The slippery zone of the carnivorous (animal eating) plants Nepenthes alata located inside the pitcher shows pronounced anti-adhesive properties. Even insects with highly developed adhesive systems cannot adhere to the slippery zone. This zone consists of three hierarchically structured levels. Lunate cells (length scale of several dozens micrometers) as the first level are covered by two waxy layers representing the second and third hierarchical levels. Inspired by the anti-adhesive properties of the slippery zone, artificial surfaces consisting of polymeric monolithic microsphere arrays within the diameter range 0.4 - 90 µm were developed. These microsphere arrays having approximately the same dimensions as the level 1 lunate cells were prepared by a double replication procedure. For preparation of synthetic anti-adhesives, two different designs, polystyrene (PS) microsphere arrays for dry adhesion and porous polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP) microsphere arrays for wet adhesion tests, respectively, were investigated. The adhesion measurements showed that such surfaces exhibit pronounced anti-adhesive properties to rigid as well as to sticky and compliant counterpart surfaces. Moreover, cell culturing experiments suggest that surface topographies promote anti-fouling properties. The bioinspired design strategy reported here may provide access to bioinspired surfaces with tailored contact mechanics by simple modifications of straightforward production processes. Furthermore, the results presented here may improve understanding of the contact mechanics of biological models.

外科手術後の癒着防止を目的としてゼラチンを使用した新規癒着防止材を開発した。ゼラチンを数種類の形状に加工し、その有用性を従来製材との比較のもとに検討した。実験により①熱架橋を行うことで性質を制御でき、様々な形状にも容易に加工できる。②創傷治癒を阻害することなく十分な癒着防止効果を持ち、従来製材では禁忌とされていた環境でも使用が可能である。③腹腔鏡手術でも使用可能な材型にも加工できるとの結果を得た。 / To prevent adhesion after surgical operation, we developed a new anti-adhesive material that is made of gelatin. We processed gelatin into several kinds of shapes and examined its usefulness compared with conventional materials. We got the result that ① it can be controlled properties by thermal crosslinking, and easily processed into various shapes ② It has sufficient anti-adhesive effects without inhibiting wound healing, and can be used the sites which are typically contraindicated for conventional materials. ③ it can be processed into a shapes that can be used also in laparoscopic surgery. / 博士(理学) / Doctor of Philosophy in Science / 同志社大学 / Doshisha University

La maladie de Crohn (MC) est une maladie inflammatoire chronique du tube digestif caractérisée par un état d’hyperactivation du système immunitaire intestinal. Les données cliniques et expérimentales montrent que l’étiologie de la MC serait une réponse immunitaire aberrante à des facteurs environnementaux et/ou infectieux chez un hôte génétiquement prédisposé. Les patients atteints de MC présentent une perméabilité intestinale anormalement élevée pouvant expliquer la stimulation du système immunitaire intestinal par les bactéries et antigènes du microbiote. La muqueuse iléale des patients atteints de MC est anormalement colonisée par des souches de Escherichia coli ayant la propriété d’adhérer et d’envahir les cellules épithéliales intestinales, de survivre et de se multiplier dans les macrophages en entraînant la sécrétion de TNF-α (Tumor Necrosis Factor-alpha). Un pathovar de E. coli associé à la MC et dénommé AIEC pour « Adherent-Invasive E. coli » a été défini. Les souches AIEC adhérent via l’adhésine FimH des pili de type 1 aux résidus mannose de la glycoprotéine CEACAM6, anormalement exprimée au niveau de l’épithélium iléal des patients atteints de MC. Au cours de la maladie, l’inflammation intestinale peut être contrôlée par les traitements médicamenteux ou la chirurgie sans pour autant obtenir de rémission complète et définitive.Le but du travail était d’analyser les conséquences de l’infection par des bactéries AIEC in vivo dans un modèle murin reproduisant l’interaction AIEC/CEACAM6 et de proposer des stratégies pour éliminer ces bactéries de l’intestin. Nous avons montré que les AIEC avaient la capacité d’altérer la fonction de barrière de l’épithélium intestinal chez des souris transgéniques CEABAC10 exprimant CEACAM6. Cette altération est associée à une forte induction de l’expression de la protéine de jonction Claudine-2, comme observée chez les patients atteints de MC. Nous avons ensuite démontré que la levure S. cerevisiae CNCM I-3856 et des produits de levures étaient capables de maintenir l’intégrité de la barrière intestinale des souris en prévenant la colonisation du tractus digestif par les bactéries AIEC. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés au développement de nouvelles molécules antagonistes de l’adhésine FimH. Les thiazolylaminomannosides ont montré un puissant effet inhibiteur de l’adhésion des bactéries AIEC à des cellules épithéliales intestinales. Les heptyl-mannosides sont également de puissants inhibiteurs de l’adhésion des AIEC et leur présentation en multivalence sur des corps polymériques ou des cyclodextrines potentialisent l’effet anti-adhésif. De manière intéressante, certains heptyl-mannosides diminuent fortement la colonisation de l’intestin par les bactéries AIEC et préviennent la colite chez des souris CEABAC10. Toutefois, la multivalence n’apporte pas d’efficacité supplémentaire dans ce contexte. En conclusion, deux stratégies anti-adhésives ont été étudiées : les levures et les mannosides. Elles pourraient être proposées aux patients atteints de MC fortement colonisés par les AIEC afin d’éliminer ces bactéries du tractus digestif pour espérer diminuer l’inflammation. Les perspectives à ce travail seront la mise au point de techniques de détection simples et rapides des personnes colonisées ou susceptibles d’être colonisées par ces souches de E. coli pour cibler la population à traiter par les probiotiques levures et les molécules anti-adhésives. / Crohn’s disease (CD) is an inflammatory bowel disease (IBD) with a multifactorial etiology, resulting from an exacerbated inflammatory response to intestinal microbes and/or microbial components in genetically susceptible hosts. CD patients present an increased intestinal permeability which can favor the overstimulation of the intestinal immune system by bacteria or antigens from microbiota. Ileal mucosa from CD patients is abnormally colonized by Escherichia coli strains sharing the ability to adhere to and to invade intestinal epithelial cells, to survive and to replicate within macrophages, inducing high secretion of TNF-α (Tumor Necrosis Factor-). These strains associated with CD are grouped in a pathovar of E. coli named AIEC for « Adherent-Invasive E. coli ». AIEC bacteria adhere via the adhesin FimH localized at the tip of the type 1 pili, to mannose residues exposed on the glycoprotein CEACAM6 abnormally expressed at the ileal mucosa of CD patients. Currently, intestinal inflammation can be controlled with drugs or intestinal surgery but total remission cannot be yet achieved. The aim of the present work was to investigate consequences of AIEC infection in a murine model mimicking the AIEC/CEACAM6 interaction and to test different strategies to eradicate these bacteria from the gut. We showed that AIEC bacteria altered barrier function of the intestinal epithelium in transgenic CEABAC10 mice expressing human CEACAM6. The overexpression of the pore-forming tight junction protein claudin-2 was correlated with the increase intestinal permeability, as observed in CD patients. We demonstrated that the yeast strain S. cerevisiae CNCM I-3856, as well as some yeast products, were able to prevent increase of intestinal permeability in decreasing AIEC gut colonization. In a second part, we investigated another strategy targeting AIEC bacteria using antagonists to FimH adhesin. Thiazolylaminomannosides molecules exerted a strong inhibitory effect on the ability of AIEC bacteria to adhere to intestinal epithelial cells. Heptyl-mannosides (HM) also shared high inhibitory properties in vitro and their efficacy can be potentiated when HM are harbored in multiple copies on polymeric or cyclodextrin cores. Interestingly, some HM molecules strongly decreased AIEC gut colonization and the signs of colitis in vivo, in AIEC LF82-infected CEABAC10 mice. In that context, multivalency did not improve inhibitors efficacy.To conclude, two different strategies were studied: probiotic yeasts and anti-adhesive mannosides. These treatments should be proposed in CD patients highly colonized by AIEC bacteria in order to eliminate these bacteria from the gut and to decrease intestinal inflammation. Future works will focus on the development of quick and easy detection methods to determine people colonized or susceptible to be colonized by AIEC bacteria to treat this subpopulation of CD patients.

Práce se zabývá zarovnáváním excitabilních buněk na multielektrodových polích. Nejprve bylo analyzováno zarovnávání excitabilních buněk. Byly použity embryonální neurony z hippocampusu potkanů a HL-1 buňky, které jsou odvozeny z AT-1 linie nádorových myších atriálních kardiomyocytů. Zarovnávání bylo testováno na drážkovaných površích a na površích s materiály s různou buněčnou afinitou. Bylo prokázáno, že na drážkových površích se ve směru drážek zarovnávají neurony i HL-1 buňky, ale na površích s různou chemickou affinitou se zarovnávají pouze neurony. Dále byly vyrobeny vlastní multielektrodová pole, na těchto multielektrodových polích byly kultivovány HL-1 buňky a byl změřen a analyzován akčních potenciál HL-1 buněk. Cílem bylo prokázat, že je možné měřit akční potenciál na vyrobených multielektrodových polích. Pro zarovnání buněk na multielektrodovém poli bylo vyrobeno speciální multieletrodové pole s uniformním povrchem. Toto multielektrodové pole je nazýváno planární multielektrodové pole. Planární multielektrodové pole bylo vyrobeno speciálním vyrobním procesem. Vrstvy planárního multielektrodového pole byly deponovány na pomocný substrát v opačném pořadí. Pomocný substrátem pro depozici byla křemíková deska, na který byla nadeponována další pomocná vrstva zlata. Horní izolační vrstva planárního multielektrodové pole byla deponována jako první a nejspodnější vrstva substrátu byla nadeponována jako poslední. Planární multielektrodové pole i s pomocnou zlatou vrstvou bylo strhnuto s křemíku díky nízké adhezi zlata ke křemíku a planární multielektrodové pole se otočilo vzhůru nohama. Pomocná zlatá vrstva byla odstraněna mokrým leptadlem a tím bylo planární multielektrodové pole dokončeno. Na planárním multielektrodovém poli byly zarovnány HL-1 buňky do pruhů chemickou metodou pomocí kombinace otisku adhezní látky a následným potažení neotisklých ploch anti-adhezní látkou. Elektrofyziologické vlastnosti zarovnaných HL-1 buněk byly změřeny pomocí planárního multielektrodového pole. Tímto experimentem byla představena výrobní technologie pro výrobu planárních multielektrodových polí a toto planární multielektrodové pole bylo úspěšně testováno pro zarovnání HL-1 buněk na jeho povrchu kombinací otisku adhezní látky a potahování antiadhezivním činidlem.