Some diagnostic methods have been used for a very long time. Congo red stain saw the light of day in 1883, and quickly became important in many fields of use. Nowadays we recognize the importance of Congo red in diagnose of amyloid diseases. However, the technique and experience needed throughout the process from a suspected case to the diagnose is of greate importance. When diagnostic difficulties appeared in a few patient cases at the local hospital in Gävle, Sweden, a solution was needed. A delayed diagnose could have a potential devastating outcome seen in the perspective of the patient. Therefore it is crucial to have both sensitive and specific diagnostic methods that are optimized against the sought pathogenesis. This study aspired to find the solution to the difficulties in diagnostic work, brought to light by a pathology doctor at the hospital. Several different methodical procedures are used throughout the process, and were evaluated with focus lying on the thickness of the tissue, the staining method and the microscopes used in diagnostics. Different thickness of the tissue was cut and stained. The results demonstrated the importance of proper techniques and methods in preparing the tissue, and the tools to analyse it with. The thickness of tissue and the lightsource in the microscope played a cruicial role in diagnostics. Additionally it showed the importance to continue to raise the quality of work and make progress in the diagnostic and scientific field, possibly by finding new applications for old methods.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les interactions entre un polyoside anionique (pectine) et des cations monovalent (Na+) et divalents (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) en régime dilué (c < c*) et concentré (c ≈ c*). Ainsi, une pectine faiblement méthylée (LMP) a été étudiée en comparaison avec l’acide polygalacturonique (PGA). L’affinité de ces polyosides pour fixer les ions calcium diminue quand la concentration en NaCl augmente. Elle est plus élevée dans le cas du Ca-polyGal en comparaison avec Ca-LMP ; ceci peut être expliqué par la faible rigidité des chaînes observée pour le polyGal. Les interactions entre les quatre cations divalents (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) et les deux biopolymères (PolyGal et LMP) en régime dilué ont été étudiées afin d’obtenir des informations sur la structure du réseau, le mode d’association et l’énergie d’association. Nous avons donc proposé un mécanisme d’association qui est composé de deux étapes : i) formation de monocomplexes et de réticulations ponctuelles et ii) formation de dimères. Le passage de l’étape (i) à l’étape (ii) est caractérisé par un ratio molaire critique (R*=[M2+]/[Gal]) qui dépend du nombre et de la stabilité des réticulations ponctuelles entre le polymère et le cation. Pour le Mg-polyGal, l’association est due à une condensation des ions magnésium autour des chaînes du polyGal. Les résultats de simulations ont montré que l’association de 4 cations Zn2+ avec 2 chaînes composées de 8 unités Gal est similaire à une structure de type « boîte à œuf ». Ce modèle n’est pas applicable à la structure obtenue par l’association des cations Ca2+ et Ba2+. Les associations entre les polyGals et les cations divalents à une concentration en polymère proche de la concentration de recouvrement (c*) permettent d’obtenir des gels uniquement pour les trois cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+). Les propriétés viscoélastiques de ces gels ainsi que la cinétique de gélification ont été étudiés. Dans le cas des gels, la première étape du mécanisme d’association proposé (formation de monocomplexes et de réticulations ponctuelles) s’accompagne d’une augmentation de l’épaisseur du gel ; alors que la deuxième étape (formation de dimères) conduit à une densification du gel. Nous avons remarqué que le coefficient de diffusion du front de gel suit l’ordre suivant : Ba2+ > Ca2+ > Zn2+ > Mg2+ ; ceci peut être relié à l’affinité entre les molécules d’eau de la sphère de coordination et le cation. En effet, l’affinité du cation pour l’eau augmente selon l’ordre inverse : Ba2+ < Ca2+ < Zn2+ < Mg2+. Enfin, nous avons utilisé ces trois polyosides (PGA, LMP et ALMP - pectine faiblement méthylée amidée) en association à des ions calcium pour fabriquer des microparticules contenant la rutine afin de cibler sa libération au niveau intestinal. Nous avons ainsi relié la cinétique de libération de la rutine à la structure du réseau mis en place lors de l’étape de gélification. Les microparticules à base de pectine ALMP présentent une capacité à fixer l’eau et un taux de libération de la rutine plus élevés que les microparticules à base de LMP et PGA. Le gel Ca-ALMP est plus flexible et présente des modules viscoélastiques plus faibles que les gels Ca-PGA et Ca-LMP. Nous avons attribué ceci à la distribution aléatoire des groupements ester et/ou amide dans ALMP qui gênerait la formation des dimères : les liaisons hydrogènes entre les fonctions amines et les fonctions carboxylates seraient donc responsables de la flexibilité du réseau formé. / In this thesis, we studied the interactions between an anionic polysaccharide (pectin) and monovalent cation (Na+) and divalent cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) in dilute regime (c < c*) and concentrate regime (c ≈ c *). Thus, a low methoxy pectin (LMP) was studied in comparison with a polygalacturonic acid (PGA). The affinity to bind calcium ions for these polysaccharides decreases as the NaCl concentration increases. This binding affinity was higher for Ca-polyGal than for Ca-LMP due to the low rigidity of chains observed in the polyGal. The interactions between four divalent cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) and the two biopolymers (polyGal and LMP) in the dilute regime were studied in order to obtain information about the network structure, the mode of association and the binding energy. Therefore, we propose a mechanism of the binding which consists of two steps: i) formation of monocomplexations and point-like cross-links ii) formation of dimers. The threshold molar ratio (R* = [M2+]/[Gal]), between these two steps depends on the number and the stability of the point-like cross-links between polyGal chains and the cation. Mg2+ interacts so strongly with water that is remains weakly bound to polyGal (polycondensation) by sharing water molecules from its first coordination shell with the carboxylate groups of polyGal. Molecular dynamic simulations of galacturonate chains in explicit water showed that the « egg-box » model is more adapted for zinc cations than for calcium and barium. When the concentration of the polyGal is close to the overlap concentration (c*), the addition of divalent cations allows to obtain gels for only three cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+). The viscoelastic properties of these gels and the gelation kinetics were studied. In the case of gel formation, the first step (formation of monocomplexations and point-like cross-links) is accompanied by an increase in the gel thickness; while the second step (formation of dimers) leads to a densification of the gel. We found that the diffusion coefficient of the gel front increased according the following order: Ba2+ > Ca2+ > Zn2+ > Mg2+; this may be related to the affinity between the water molecules from the coordination sphere and the cation. Indeed, the affinity of the cation for water molecules increases in the reverse order: Ba2+ < Ca2+ < Zn2+ < Mg2+. Finally, we have used the three polysaccharides (PGA, LMP and ALMP - amidated low methoxyl pectin) in association with calcium ions to produce microparticles containing rutin to target drug release in the intestine. We have linked the rutin release kinetics to the network structure established in the gelation step. ALMP microparticles had higher ability to uptake water and thus higher drug release rate than two others microparticles (Ca-LMP and Ca-PGA). The Ca-ALMP gel was more flexible and had the lower viscoelastic modulus than Ca-PGA and Ca-LMP gels. We attributed this to the random distribution of ester and/or amide groups in ALMP, which hinders the formation of dimers: the hydrogen bonds between the amine groups and carboxylate groups are responsible for the flexibility of the network formed.

The work carried out is based on the thesis properties of clinched joints are determined by the proportions of binding mechanisms form-closure, force-closure and material-closure. To describe the acting binding mechanisms and thus to derive the joint properties, detailed knowledge of the local effect of the individual binding mechanisms is necessary to ensure their targeted adjustment by the joining process. The targeted setting of different proportions of the binding mechanisms is achieved firstly via tool geometry and secondly via surface condition of the joined parts. An introduced form-closure component can be quantified by metallographic cross section with subsequent measurement of the quality-determining parameters such as undercut, penetration depth and neck thickness. To qualify the force-closure component, a torsional load can be applied mechanically at rotationally symmetrical clinch joints. This also allows the influence of different surface conditions on the tribological system to be quantified. Measurement of electrical resistance can reveal the binding mechanisms of force- and material-closure. These investigations are carried out on an aluminum joining part combination of the same type. As a result of these investigations, the clinched joints can be designed according to the load occurring in the later life cycle in the form of an optimum and compromise variant with regard to minimum loads to be transmitted mechanically, electrically with regard to low resistance or manufacturing with minimum energy input.

La reconnaissance moléculaire joue un rôle central dans tous les processus biologiques ainsi que dans le développement de nouvelles biotechnologies. Depuis les 60 dernières années, deux mécanismes de reconnaissance moléculaire ont permis de décrire le couplage entre la liaison et le changement conformationnel observé chez les biomolécules. Le mécanisme par ajustement induit a lieu lorsque le ligand se lie à l'état inactif de la biomolécule et induit un changement de conformation vers la forme active. Le mécanisme par sélection conformationnelle, quant à lui, a lieu lorsque le ligand se lie directement à l'état spontanément actif de plus faible population et le stabilise, déplaçant ainsi la population de biomolécule vers cet état. Bien que nous connaissons des exemples de protéines qui fonctionnent selon chacun de ces mécanismes, nous ne comprenons pas encore les différences entre les performances de ces mécanismes ni les déterminants moléculaires qui leur donnent lieu. Une compréhension approfondie de ces mécanismes nous permettrait de mieux comprendre pourquoi certaines protéines ont évolué selon un mécanisme en particulier ainsi que de s'inspirer de ces mécanismes pour le développement de biotechnologies finement régulées. Jusqu'à aujourd'hui, ces deux mécanismes ont exclusivement été étudiés dans le contexte des biomolécules naturelles, principalement des protéines, dont la complexité dynamique et structurale rend difficile la comparaison et la manipulation individuelle des différents paramètres thermodynamiques. Il est donc particulièrement ardu de caractériser le rôle de chacun de ces paramètres quant à la sélection et la performance de ces mécanismes. Pour contourner ces limitations expérimentales, nos travaux de recherche se sont intéressés à recréer ces mécanismes à l'aide d'interrupteurs d'ADN fluorescents pour lesquels il est possible de prédire et de modifier la structure et les propriétés thermodynamiques ainsi que d'en mesurer l'activation en temps réel. Ce faisant, il a été possible d'observer que le mécanisme par ajustement induit est obtenu lorsque le site de liaison est partiellement accessible dans l'état inactif. Nous avons aussi observé que ce mécanisme permet une activation et une désactivation jusqu'à 10 000 fois plus rapide que la sélection conformationnelle, qui par contraste, donne lieu à une activation plus lente ainsi qu'à un maintien prolongé de l'activation. Ces différences cinétiques suggèrent ainsi un rôle évolutif distinct pour chacun et laissent envisager des applications en biotechnologies pour l'optimisation de la cinétique. / Molecular recognition plays a central role in almost every biological and biotechnological process. Over the last 60 years, two molecular recognition mechanisms have been used to appropriately describe the coupling between binding and conformational change in biomolecules. The induced fit mechanism takes place when ligand binding to the inactive state of the biomolecule induces the conformational change leading to the active state. On the other hand, in the conformational selection mechanism, where active and inactive states exist in equilibrium, the ligand binds selectively to the active state of the biomolecule and shifts the equilibrium towards this state by stabilizing it. Even though these mechanisms have been widely studied, it is still unclear if they differ in performance or how each mechanism can be modulated. Such a fundamental understanding of the differences between these mechanisms would shed light on the reasons for an apparent selective pressure driving the use of a specific mechanism for a given biomolecule and would also allow us to engineer new biomolecules which would benefit from the strengths of these mechanisms. To date, both mechanisms have been exclusively studied in the context of naturally occurring biomolecules, mainly proteins, whose structural and dynamic complexity as well as diversity seem to prevent comparison and manipulation of specific and individual thermodynamic parameters. Consequently, only little progress has been made towards characterizing the role of certain key thermodynamic parameters on the selection and performance of the mechanism. To circumvent this limitation, we have reproduced these mechanisms using simple fluorescent DNA constructs allowing for reliable prediction and variation of both structure and thermodynamics as well as real time monitoring of the activation process in presence of a DNA target. These DNA "switches" allowed us to determine that an induced fit mechanism occurs when the binding site is partially available in the inactive state and that this mechanism allows for a faster activation and deactivation (up to four orders of magnitude) compared to a conformational selection mechanism, which in contrast corresponds to a slower activation and deactivation, leading to a longer activation period. The observed kinetic differences between these mechanisms points towards potential uses for both in different areas of biotechnology as well as some rationale behind evolution favoring one mechanism over the other for a given protein.