Optimisation du processus de développement du médicament grâce à la modélisation PK et les simulations d’études cliniques

Le développement d’un médicament est non seulement complexe mais les retours sur investissment ne sont pas toujours ceux voulus ou anticipés. Plusieurs médicaments échouent encore en Phase III même avec les progrès technologiques réalisés au niveau de plusieurs aspects du développement du médicament. Ceci se traduit en un nombre décroissant de médicaments qui sont commercialisés. Il faut donc améliorer le processus traditionnel de développement des médicaments afin de faciliter la disponibilité de nouveaux produits aux patients qui en ont besoin. Le but de cette recherche était d’explorer et de proposer des changements au processus de développement du médicament en utilisant les principes de la modélisation avancée et des simulations d’essais cliniques. Dans le premier volet de cette recherche, de nouveaux algorithmes disponibles dans le logiciel ADAPT 5® ont été comparés avec d’autres algorithmes déjà disponibles afin de déterminer leurs avantages et leurs faiblesses. Les deux nouveaux algorithmes vérifiés sont l’itératif à deux étapes (ITS) et le maximum de vraisemblance avec maximisation de l’espérance (MLEM). Les résultats de nos recherche ont démontré que MLEM était supérieur à ITS. La méthode MLEM était comparable à l’algorithme d’estimation conditionnelle de premier ordre (FOCE) disponible dans le logiciel NONMEM® avec moins de problèmes de rétrécissement pour les estimés de variances. Donc, ces nouveaux algorithmes ont été utilisés pour la recherche présentée dans cette thèse. Durant le processus de développement d’un médicament, afin que les paramètres pharmacocinétiques calculés de façon noncompartimentale soient adéquats, il faut que la demi-vie terminale soit bien établie. Des études pharmacocinétiques bien conçues et bien analysées sont essentielles durant le développement des médicaments surtout pour les soumissions de produits génériques et supergénériques (une formulation dont l'ingrédient actif est le même que celui du médicament de marque, mais dont le profil de libération du médicament est différent de celui-ci) car elles sont souvent les seules études essentielles nécessaires afin de décider si un produit peut être commercialisé ou non. Donc, le deuxième volet de la recherche visait à évaluer si les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte pour un individu pouvaient avoir une incidence sur les conclusions d’une étude de bioéquivalence et s’ils devaient être soustraits d’analyses statistiques. Les résultats ont démontré que les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte influençaient de façon négative les résultats si ceux-ci étaient maintenus dans l’analyse de variance. Donc, le paramètre de surface sous la courbe à l’infini pour ces sujets devrait être enlevé de l’analyse statistique et des directives à cet effet sont nécessaires a priori. Les études finales de pharmacocinétique nécessaires dans le cadre du développement d’un médicament devraient donc suivre cette recommandation afin que les bonnes décisions soient prises sur un produit. Ces informations ont été utilisées dans le cadre des simulations d’essais cliniques qui ont été réalisées durant la recherche présentée dans cette thèse afin de s’assurer d’obtenir les conclusions les plus probables. Dans le dernier volet de cette thèse, des simulations d’essais cliniques ont amélioré le processus du développement clinique d’un médicament. Les résultats d’une étude clinique pilote pour un supergénérique en voie de développement semblaient très encourageants. Cependant, certaines questions ont été soulevées par rapport aux résultats et il fallait déterminer si le produit test et référence seraient équivalents lors des études finales entreprises à jeun et en mangeant, et ce, après une dose unique et des doses répétées. Des simulations d’essais cliniques ont été entreprises pour résoudre certaines questions soulevées par l’étude pilote et ces simulations suggéraient que la nouvelle formulation ne rencontrerait pas les critères d’équivalence lors des études finales. Ces simulations ont aussi aidé à déterminer quelles modifications à la nouvelle formulation étaient nécessaires afin d’améliorer les chances de rencontrer les critères d’équivalence. Cette recherche a apporté des solutions afin d’améliorer différents aspects du processus du développement d’un médicament. Particulièrement, les simulations d’essais cliniques ont réduit le nombre d’études nécessaires pour le développement du supergénérique, le nombre de sujets exposés inutilement au médicament, et les coûts de développement. Enfin, elles nous ont permis d’établir de nouveaux critères d’exclusion pour des analyses statistiques de bioéquivalence. La recherche présentée dans cette thèse est de suggérer des améliorations au processus du développement d’un médicament en évaluant de nouveaux algorithmes pour des analyses compartimentales, en établissant des critères d’exclusion de paramètres pharmacocinétiques (PK) pour certaines analyses et en démontrant comment les simulations d’essais cliniques sont utiles.

Validation des modèles de pharmacologie de sécurité et évaluation de la valeur thérapeutique de l'oxytocine dans le traitement de l'infarctus du myocarde

En février, 2009 un rapport de PHRMA (Pharmaceutical Research and Manufacturers of America) confirmait que plus de 300 médicaments pour le traitement des maladies cardiaques étaient en phase d’essais cliniques ou en révision par les agences règlementaires. Malgré cette abondance de nouvelles thérapies cardiovasculaires, le nombre de nouveaux médicaments approuvés chaque année (toutes indications confondues) est en déclin avec seulement 17 et 24 nouveaux médicaments approuvés en 2007 et 2008, respectivement. Seulement 1 médicament sur 5000 sera approuvé après 10 à 15 ans de développement au coût moyen de 800 millions $. De nombreuses initiatives ont été lancées par les agences règlementaires afin d’augmenter le taux de succès lors du développement des nouveaux médicaments mais les résultats tardent. Cette stagnation est attribuée au manque d’efficacité du nouveau médicament dans bien des cas mais les évaluations d’innocuité remportent la palme des causes d’arrêt de développement. Primum non nocere, la maxime d’Hippocrate, père de la médecine, demeure d’actualité en développement préclinique et clinique des médicaments. Environ 3% des médicaments approuvés au cours des 20 dernières années ont, par la suite, été retirés du marché suite à l’identification d’effets adverses. Les effets adverses cardiovasculaires représentent la plus fréquente cause d’arrêt de développement ou de retrait de médicament (27%) suivi par les effets sur le système nerveux. Après avoir défini le contexte des évaluations de pharmacologie de sécurité et l’utilisation des bio-marqueurs, nous avons validé des modèles d’évaluation de l’innocuité des nouveaux médicaments sur les systèmes cardiovasculaires, respiratoires et nerveux. Évoluant parmi les contraintes et les défis des programmes de développements des médicaments, nous avons évalué l’efficacité et l’innocuité de l’oxytocine (OT), un peptide endogène à des fins thérapeutiques. L’OT, une hormone historiquement associée à la reproduction, a démontré la capacité d’induire la différentiation in vitro de lignées cellulaires (P19) mais aussi de cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes battants. Ces observations nous ont amené à considérer l’utilisation de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Afin d’arriver à cet objectif ultime, nous avons d’abord évalué la pharmacocinétique de l’OT dans un modèle de rat anesthésié. Ces études ont mis en évidence des caractéristiques uniques de l’OT dont une courte demi-vie et un profil pharmacocinétique non-linéaire en relation avec la dose administrée. Ensuite, nous avons évalué les effets cardiovasculaires de l’OT sur des animaux sains de différentes espèces. En recherche préclinique, l’utilisation de plusieurs espèces ainsi que de différents états (conscients et anesthésiés) est reconnue comme étant une des meilleures approches afin d’accroître la valeur prédictive des résultats obtenus chez les animaux à la réponse chez l’humain. Des modèles de rats anesthésiés et éveillés, de chiens anesthésiés et éveillés et de singes éveillés avec suivi cardiovasculaire par télémétrie ont été utilisés. L’OT s’est avéré être un agent ayant d’importants effets hémodynamiques présentant une réponse variable selon l’état (anesthésié ou éveillé), la dose, le mode d’administration (bolus ou infusion) et l’espèce utilisée. Ces études nous ont permis d’établir les doses et régimes de traitement n’ayant pas d’effets cardiovasculaires adverses et pouvant être utilisées dans le cadre des études d’efficacité subséquentes. Un modèle porcin d’infarctus du myocarde avec reperfusion a été utilisé afin d’évaluer les effets de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Dans le cadre d’un projet pilote, l’infusion continue d’OT initiée immédiatement au moment de la reperfusion coronarienne a induit des effets cardiovasculaires adverses chez tous les animaux traités incluant une réduction de la fraction de raccourcissement ventriculaire gauche et une aggravation de la cardiomyopathie dilatée suite à l’infarctus. Considérant ces observations, l’approche thérapeutique fût révisée afin d’éviter le traitement pendant la période d’inflammation aigüe considérée maximale autour du 3ième jour suite à l’ischémie. Lorsqu’initié 8 jours après l’ischémie myocardique, l’infusion d’OT a engendré des effets adverses chez les animaux ayant des niveaux endogènes d’OT élevés. Par ailleurs, aucun effet adverse (amélioration non-significative) ne fût observé chez les animaux ayant un faible niveau endogène d’OT. Chez les animaux du groupe placebo, une tendance à observer une meilleure récupération chez ceux ayant des niveaux endogènes initiaux élevés fût notée. Bien que la taille de la zone ischémique à risque soit comparable à celle rencontrée chez les patients atteints d’infarctus, l’utilisation d’animaux juvéniles et l’absence de maladies coronariennes sont des limitations importantes du modèle porcin utilisé. Le potentiel de l’OT pour le traitement de l’infarctus du myocarde demeure mais nos résultats suggèrent qu’une administration systémique à titre de thérapie de remplacement de l’OT devrait être considérée en fonction du niveau endogène. De plus amples évaluations de la sécurité du traitement avec l’OT dans des modèles animaux d’infarctus du myocarde seront nécessaires avant de considérer l’utilisation d’OT dans une population de patients atteint d’un infarctus du myocarde. En contre partie, les niveaux endogènes d’OT pourraient posséder une valeur pronostique et des études cliniques à cet égard pourraient être d’intérêt.

La force de réaction au sol verticale maximale comme témoin d'effets fonctionnels et structuraux chez des modèles canins d'arthrose : potentiel envers le développement thérapeutique

Les modèles animaux d’arthrose permettent d’évaluer le potentiel d’agents thérapeutiques en phase préclinique de développement. Le présent ouvrage tient compte du chien comme modèle d’arthrose naturelle (chez l’animal de compagnie) ou expérimentale (par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial). Au sein des expérimentations, la force de réaction au sol verticale maximale, mesurée lors de l’analyse cinétique de la locomotion, est proposée comme témoin d’effets fonctionnels et structuraux sur ces modèles d’arthrose. Sur un modèle canin d’arthrose naturelle, le seuil de changement minimal détectable a été déterminé. Les changements au dysfonctionnement locomoteur peuvent désormais être cernés en s’affranchissant de la marge d’erreur inhérente à la mesure de la force verticale maximale. Il en découle l’identification de répondants lors d’essais cliniques entrepris chez le chien arthrosique. Une analyse rétrospective a, par la suite, déterminé un taux de répondants de 62.8% et d’une taille d’effet de 0.7 pour des approches thérapeutiques actuellement proposées aux chiens arthrosiques. Cette analyse détermina également que la démonstration d’une réponse thérapeutique était favorisée en présence d’un fort dysfonctionnement locomoteur. Sur un modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial, la force verticale maximale a démontré une relation inverse avec certains types de lésions arthrosiques évaluées à l’aide d’imagerie par résonance magnétique. Également, la sensibilité de la force verticale maximale a été mise en évidence envers la détection d’effets structuraux, au niveau de l’os sous-chondral, par un agent anti-résorptif (le tiludronate) sur ce même modèle. Les expérimentations en contexte d’arthrose naturelle canine permettent de valider davantage les résultats d’essais cliniques contrôlés utilisant la force verticale maximale comme critère d’efficacité fonctionnelle. Des évidences cliniques probantes nécessaires à la pratique d’une médecine basée sur des faits sont ainsi escomptées. En contexte d’arthrose expérimentale, la pertinence d’enregistrer le dysfonctionnement locomoteur est soulignée, puisque ce dernier est en lien avec l’état des structures. En effectuant l’analyse de la démarche, de pair avec l’évaluation des structures, il est escompté de pouvoir établir la répercussion de bénéfices structurels sur l’inconfort articulaire. Cet ouvrage suggère qu’une plateforme d’investigations précliniques, qui combine le modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial à un essai clinique chez le chien arthrosique, soit un moyen de cerner des bénéfices structuraux ayant des impacts fonctionnels. Le potentiel inférentiel de ces modèles canins d’arthrose vers l’Homme serait ainsi favorisé en utilisant la force verticale maximale.

Le blocage androgénique intermittent versus continu dans le traitement du cancer de la prostate

L’administration du blocage androgénique de façon intermittente pourrait offrir plusieurs avantages dans le traitement du cancer de la prostate. Toutefois, ce mode d’administration demeure controversé. Nous avons donc effectué une revue systématique et méta-analyse d’essais cliniques randomisés afin de comparer l’efficacité et la tolérabilité du blocage androgénique intermittent versus continu. Une analyse de non-infériorité a été effectuée pour la survie avec un seuil préétabli de 1,15 pour la borne supérieure de l’intervalle de confiance (IC). Au total, 15 études étaient éligibles. Le blocage androgénique intermittent était non inférieur au blocage androgénique continu avec un hazard ratio de 1,02 (IC à 95%: 0,93-1,11). Il y avait peu de différence entre les deux groupes pour la qualité de vie globale. Toutefois, plusieurs études ont rapporté une meilleure fonction physique et sexuelle avec le traitement intermittent. Le blocage androgénique intermittent est une alternative thérapeutique acceptable dans le cancer de la prostate.

Développement et validation d'une méthode de calcul indépendant des unités moniteur basée sur les simulations Monte Carlo pour la vérification des traitements IMRT

Résumé : La radiothérapie par modulation d'intensité (IMRT) est une technique de traitement qui utilise des faisceaux dont la fluence de rayonnement est modulée. L'IMRT, largement utilisée dans les pays industrialisés, permet d'atteindre une meilleure homogénéité de la dose à l'intérieur du volume cible et de réduire la dose aux organes à risque. Une méthode usuelle pour réaliser pratiquement la modulation des faisceaux est de sommer de petits faisceaux (segments) qui ont la même incidence. Cette technique est appelée IMRT step-and-shoot. Dans le contexte clinique, il est nécessaire de vérifier les plans de traitement des patients avant la première irradiation. Cette question n'est toujours pas résolue de manière satisfaisante. En effet, un calcul indépendant des unités moniteur (représentatif de la pondération des chaque segment) ne peut pas être réalisé pour les traitements IMRT step-and-shoot, car les poids des segments ne sont pas connus à priori, mais calculés au moment de la planification inverse. Par ailleurs, la vérification des plans de traitement par comparaison avec des mesures prend du temps et ne restitue pas la géométrie exacte du traitement. Dans ce travail, une méthode indépendante de calcul des plans de traitement IMRT step-and-shoot est décrite. Cette méthode est basée sur le code Monte Carlo EGSnrc/BEAMnrc, dont la modélisation de la tête de l'accélérateur linéaire a été validée dans une large gamme de situations. Les segments d'un plan de traitement IMRT sont simulés individuellement dans la géométrie exacte du traitement. Ensuite, les distributions de dose sont converties en dose absorbée dans l'eau par unité moniteur. La dose totale du traitement dans chaque élément de volume du patient (voxel) peut être exprimée comme une équation matricielle linéaire des unités moniteur et de la dose par unité moniteur de chacun des faisceaux. La résolution de cette équation est effectuée par l'inversion d'une matrice à l'aide de l'algorithme dit Non-Negative Least Square fit (NNLS). L'ensemble des voxels contenus dans le volume patient ne pouvant être utilisés dans le calcul pour des raisons de limitations informatiques, plusieurs possibilités de sélection ont été testées. Le meilleur choix consiste à utiliser les voxels contenus dans le Volume Cible de Planification (PTV). La méthode proposée dans ce travail a été testée avec huit cas cliniques représentatifs des traitements habituels de radiothérapie. Les unités moniteur obtenues conduisent à des distributions de dose globale cliniquement équivalentes à celles issues du logiciel de planification des traitements. Ainsi, cette méthode indépendante de calcul des unités moniteur pour l'IMRT step-andshootest validée pour une utilisation clinique. Par analogie, il serait possible d'envisager d'appliquer une méthode similaire pour d'autres modalités de traitement comme par exemple la tomothérapie. Abstract : Intensity Modulated RadioTherapy (IMRT) is a treatment technique that uses modulated beam fluence. IMRT is now widespread in more advanced countries, due to its improvement of dose conformation around target volume, and its ability to lower doses to organs at risk in complex clinical cases. One way to carry out beam modulation is to sum smaller beams (beamlets) with the same incidence. This technique is called step-and-shoot IMRT. In a clinical context, it is necessary to verify treatment plans before the first irradiation. IMRT Plan verification is still an issue for this technique. Independent monitor unit calculation (representative of the weight of each beamlet) can indeed not be performed for IMRT step-and-shoot, because beamlet weights are not known a priori, but calculated by inverse planning. Besides, treatment plan verification by comparison with measured data is time consuming and performed in a simple geometry, usually in a cubic water phantom with all machine angles set to zero. In this work, an independent method for monitor unit calculation for step-and-shoot IMRT is described. This method is based on the Monte Carlo code EGSnrc/BEAMnrc. The Monte Carlo model of the head of the linear accelerator is validated by comparison of simulated and measured dose distributions in a large range of situations. The beamlets of an IMRT treatment plan are calculated individually by Monte Carlo, in the exact geometry of the treatment. Then, the dose distributions of the beamlets are converted in absorbed dose to water per monitor unit. The dose of the whole treatment in each volume element (voxel) can be expressed through a linear matrix equation of the monitor units and dose per monitor unit of every beamlets. This equation is solved by a Non-Negative Least Sqvare fif algorithm (NNLS). However, not every voxels inside the patient volume can be used in order to solve this equation, because of computer limitations. Several ways of voxel selection have been tested and the best choice consists in using voxels inside the Planning Target Volume (PTV). The method presented in this work was tested with eight clinical cases, which were representative of usual radiotherapy treatments. The monitor units obtained lead to clinically equivalent global dose distributions. Thus, this independent monitor unit calculation method for step-and-shoot IMRT is validated and can therefore be used in a clinical routine. It would be possible to consider applying a similar method for other treatment modalities, such as for instance tomotherapy or volumetric modulated arc therapy.

On The Consistency Of Monte Carlo Track Structure Dna Damage Simulations.

Monte Carlo track structures (MCTS) simulations have been recognized as useful tools for radiobiological modeling. However, the authors noticed several issues regarding the consistency of reported data. Therefore, in this work, they analyze the impact of various user defined parameters on simulated direct DNA damage yields. In addition, they draw attention to discrepancies in published literature in DNA strand break (SB) yields and selected methodologies. The MCTS code Geant4-DNA was used to compare radial dose profiles in a nanometer-scale region of interest (ROI) for photon sources of varying sizes and energies. Then, electron tracks of 0.28 keV-220 keV were superimposed on a geometric DNA model composed of 2.7 × 10(6) nucleosomes, and SBs were simulated according to four definitions based on energy deposits or energy transfers in DNA strand targets compared to a threshold energy ETH. The SB frequencies and complexities in nucleosomes as a function of incident electron energies were obtained. SBs were classified into higher order clusters such as single and double strand breaks (SSBs and DSBs) based on inter-SB distances and on the number of affected strands. Comparisons of different nonuniform dose distributions lacking charged particle equilibrium may lead to erroneous conclusions regarding the effect of energy on relative biological effectiveness. The energy transfer-based SB definitions give similar SB yields as the one based on energy deposit when ETH ≈ 10.79 eV, but deviate significantly for higher ETH values. Between 30 and 40 nucleosomes/Gy show at least one SB in the ROI. The number of nucleosomes that present a complex damage pattern of more than 2 SBs and the degree of complexity of the damage in these nucleosomes diminish as the incident electron energy increases. DNA damage classification into SSB and DSB is highly dependent on the definitions of these higher order structures and their implementations. The authors' show that, for the four studied models, different yields are expected by up to 54% for SSBs and by up to 32% for DSBs, as a function of the incident electrons energy and of the models being compared. MCTS simulations allow to compare direct DNA damage types and complexities induced by ionizing radiation. However, simulation results depend to a large degree on user-defined parameters, definitions, and algorithms such as: DNA model, dose distribution, SB definition, and the DNA damage clustering algorithm. These interdependencies should be well controlled during the simulations and explicitly reported when comparing results to experiments or calculations.

An Eulerian Immersed Boundary Method for flow simulations over stationary and moving rigid bodies

The fluid flow over bodies with complex geometry has been the subject of research of many scientists and widely explored experimentally and numerically. The present study proposes an Eulerian Immersed Boundary Method for flows simulations over stationary or moving rigid bodies. The proposed method allows the use of Cartesians Meshes. Here, two-dimensional simulations of fluid flow over stationary and oscillating circular cylinders were used for verification and validation. Four different cases were explored: the flow over a stationary cylinder, the flow over a cylinder oscillating in the flow direction, the flow over a cylinder oscillating in the normal flow direction, and a cylinder with angular oscillation. The time integration was carried out by a classical 4th order Runge-Kutta scheme, with a time step of the same order of distance between two consecutive points in x direction. High-order compact finite difference schemes were used to calculate spatial derivatives. The drag and lift coefficients, the lock-in phenomenon and vorticity contour plots were used for the verification and validation of the proposed method. The extension of the current method allowing the study of a body with different geometry and three-dimensional simulations is straightforward. The results obtained show a good agreement with both numerical and experimental results, encouraging the use of the proposed method.

Turbulence in collisionless plasmas: statistical analysis from numerical simulations with pressure anisotropy

In recent years, we have experienced increasing interest in the understanding of the physical properties of collisionless plasmas, mostly because of the large number of astrophysical environments (e. g. the intracluster medium (ICM)) containing magnetic fields that are strong enough to be coupled with the ionized gas and characterized by densities sufficiently low to prevent the pressure isotropization with respect to the magnetic line direction. Under these conditions, a new class of kinetic instabilities arises, such as firehose and mirror instabilities, which have been studied extensively in the literature. Their role in the turbulence evolution and cascade process in the presence of pressure anisotropy, however, is still unclear. In this work, we present the first statistical analysis of turbulence in collisionless plasmas using three-dimensional numerical simulations and solving double-isothermal magnetohydrodynamic equations with the Chew-Goldberger-Low laws closure (CGL-MHD). We study models with different initial conditions to account for the firehose and mirror instabilities and to obtain different turbulent regimes. We found that the CGL-MHD subsonic and supersonic turbulences show small differences compared to the MHD models in most cases. However, in the regimes of strong kinetic instabilities, the statistics, i.e. the probability distribution functions (PDFs) of density and velocity, are very different. In subsonic models, the instabilities cause an increase in the dispersion of density, while the dispersion of velocity is increased by a large factor in some cases. Moreover, the spectra of density and velocity show increased power at small scales explained by the high growth rate of the instabilities. Finally, we calculated the structure functions of velocity and density fluctuations in the local reference frame defined by the direction of magnetic lines. The results indicate that in some cases the instabilities significantly increase the anisotropy of fluctuations. These results, even though preliminary and restricted to very specific conditions, show that the physical properties of turbulence in collisionless plasmas, as those found in the ICM, may be very different from what has been largely believed.

PRECESSING JETS AND X-RAY BUBBLES FROM NGC 1275 (3C 84) IN THE PERSEUS GALAXY CLUSTER: A VIEW FROM THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATIONS

The Perseus galaxy cluster is known to present multiple and misaligned pairs of cavities seen in X-rays, as well as twisted kiloparsec-scale jets at radio wavelengths; both morphologies suggest that the active galactic nucleus (AGN) jet is subject to precession. In this work, we performed three-dimensional hydrodynamical simulations of the interaction between a precessing AGN jet and the warm intracluster medium plasma, whose dynamics are coupled to a Navarro-Frenk-White dark matter gravitational potential. The AGN jet inflates cavities that become buoyantly unstable and rise up out of the cluster core. We found that under certain circumstances precession can originate multiple pairs of bubbles. For the physical conditions in the Perseus cluster, multiple pairs of bubbles are obtained for a jet precession opening angle >40 degrees acting for at least three precession periods, reproducing both radio and X-ray maps well. Based on such conditions, assuming that the Bardeen-Peterson effect is dominant, we studied the evolution of the precession opening angle of this system. We were able to constrain the ratio between the accretion disk and the black hole angular momenta as 0.7-1.4. We were also able to constrain the present precession angle to 30 degrees-40 degrees, as well as the approximate age of the inflated bubbles to 100-150 Myr.

The merging cluster Abell 1758 revisited: multi-wavelength observations and numerical simulations

Context. Cluster properties can be more distinctly studied in pairs of clusters, where we expect the effects of interactions to be strong. Aims. We here discuss the properties of the double cluster Abell 1758 at a redshift z similar to 0.279. These clusters show strong evidence for merging. Methods. We analyse the optical properties of the North and South cluster of Abell 1758 based on deep imaging obtained with the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) archive Megaprime/Megacam camera in the g' and r' bands, covering a total region of about 1.05 x 1.16 deg(2), or 16.1 x 17.6 Mpc(2). Our X-ray analysis is based on archive XMM-Newton images. Numerical simulations were performed using an N-body algorithm to treat the dark-matter component, a semi-analytical galaxy-formation model for the evolution of the galaxies and a grid-based hydrodynamic code with a parts per million (PPM) scheme for the dynamics of the intra-cluster medium. We computed galaxy luminosity functions (GLFs) and 2D temperature and metallicity maps of the X-ray gas, which we then compared to the results of our numerical simulations. Results. The GLFs of Abell 1758 North are well fit by Schechter functions in the g' and r' bands, but with a small excess of bright galaxies, particularly in the r' band; their faint-end slopes are similar in both bands. In contrast, the GLFs of Abell 1758 South are not well fit by Schechter functions: excesses of bright galaxies are seen in both bands; the faint-end of the GLF is not very well defined in g'. The GLF computed from our numerical simulations assuming a halo mass-luminosity relation agrees with those derived from the observations. From the X-ray analysis, the most striking features are structures in the metal distribution. We found two elongated regions of high metallicity in Abell 1758 North with two peaks towards the centre. In contrast, Abell 1758 South shows a deficit of metals in its central regions. Comparing observational results to those derived from numerical simulations, we could mimic the most prominent features present in the metallicity map and propose an explanation for the dynamical history of the cluster. We found in particular that in the metal-rich elongated regions of the North cluster, winds had been more efficient than ram-pressure stripping in transporting metal-enriched gas to the outskirts. Conclusions. We confirm the merging structure of the North and South clusters, both at optical and X-ray wavelengths.

Polarization effects in molecular dynamics simulations of glass-formers Ca(NO(3))(2)center dot nH(2)O, n=4, 6, and 8

Thermodynamics, equilibrium structure, and dynamics of glass-forming liquids Ca(NO(3))(2)center dot nH(2)O, n=4, 6, and 8, have been investigated by molecular dynamics (MD) simulations. A polarizable model was considered for H(2)O and NO(3)- on the basis of previous fluctuating charge models for pure water and the molten salt 2Ca(NO(3))(2)center dot 3KNO(3). Similar thermodynamic properties have been obtained with nonpolarizable and polarizable models. The glass transition temperature, T(g), estimated from MD simulations was dependent on polarization, in particular the dependence of T(g) with electrolyte concentration. Significant polarization effects on equilibrium structure were observed in cation-cation, cation-anion, and water-water structures. Polarization increases the diffusion coefficient of H(2)O, but does not change significantly the diffusion coefficients of ions. Viscosity decreases upon inclusion of polarization, but the conductivity calculated with the polarizable model is smaller than the nonpolarizable model because polarization enhances anion-cation interactions.

Fragility and glassy dynamics of 2Ca(NO(3))(2)center dot 3KNO(3) under pressure: Molecular dynamics simulations

Molecular dynamics simulations of the glass-forming liquid 2Ca(NO(3))(2)center dot 3KNO(3) (CKN) were performed from high temperature liquid states down to low temperature glassy states at six different pressures from 10(-4) to 5.0 GPa. The temperature dependence of the structural relaxation time indicates that the fragility of liquid CKN changes with pressure. In line with recent proposal [Scopigno , Science 302, 849 (2003)], the change on liquid fragility is followed by a proportional change of the nonergodicity factor of the corresponding glass at low temperature. (c) 2008 American Institute of Physics.

ECAP of Fe. Experiments and simulations of the in-elbow textures

The study of deformation properties of low carbon steels is of particular interest because of their many technological applications. Obtaining fine grained Fe based materials can be approached by one of the several available Severe Plastic Deformation (SPD) techniques. The current paper shows experimental data and simulations of the deformation process of iron samples by Equal Channel Angular Extrusion (ECAE). The samples were extruded in a 120 degrees channel die either by one or a few passes. The heterogeneity and local development of the deformation on the elbow of the channel has been studied by X-ray measuring and simulation of the texture evolution. The Self Consistent models used for simulation allowed the calculation of the spin of the main texture components which agreed pretty well with the experiments.

Impact on HDPE and PVC plates - Experimental tests and numerical simulations

This paper presents first material tests on HDPE and PVC, and subsequently impact tests on plates made of the same materials. Finally, numerical simulations of the plate impact tests are compared with the experimental results. A rather comprehensive series of mechanical material tests were performed to disclose the behaviour of PVC and HDPE in tension and compression. Quasi-static tests were carried out at three rates in compression and two in tension. Digital image correlation. DIC, was used to measure the in-plane strains, revealing true stress-strain curves and allowing to analyze strain-rate sensitivity and isotropy of Poisson`s ratio. In addition, dynamic compression tests were carried out in a split-Hopkinson pressure bar. Quasi-static and dynamic tests were also performed on clamped plates made of the same PVC and HDPE materials, using an optical technique to measure the full-field out-of-plane deformations. These tests, together with the material data, were used for comparative purposes of a finite element analysis. A reasonable agreement between experimental and numerical results was achieved. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Medium carbon steel deep drawing: A study on the evolution of mechanical properties, texture and simulations, from cold rolling to the end product

Medium carbon steels are mostly used for simple applications; nevertheless new applications have been developed for which good sheet formability is required. This class of steels has an inherent low formability. A medium carbon hot rolled SAE 1050 steel has been selected for this study. It has been cold rolled with reductions in the 7-80% range. Samples have been used to assess the cold work hardening curve. For samples with a 50 and 80% thickness reduction, an annealing heat treatment has been performed to obtain recrystallization. The material has been characterized in the ""as received"", cold rolled and annealed conditions, using several methods: optical microscopy, X-ray diffraction (texture), Vickers hardness and tensile testing. The 50% cold rolled and recrystallized material has been further studied in terms of sheet metal formability and texture evolution during the actual stamping of a steel toecap that has been used to validate the finite element simulations. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.