La division cellulaire est un élément clé du développement. Pendant ce processus, le matériel génétique (chromosomes) est distribué entre les deux cellules filles. Cette distribution est effectuée par le fuseau mitotique ou méiotique ; une mauvaise formation de cette structure peut être critique. Le cytosquelette joue un rôle prédominant dans la division cellulaire. Malgré des progrès importants dans la compréhension de son rôle dans le processus de division cellulaire, de nombreuses questions restent encore sans réponse et des progrès techniques pour étudier ces phénomènes sont nécessaires. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle de l’auto-organisation de l’actine cytoplasmique dans deux systèmes modèles : les extraits cellulaires de Xénope et les ovocytes de souris. En utilisant une approche interdisciplinaire, nous avons développé de nouveaux outils expérimentaux et analytiques pour étudier le rôle de l’actine cytoplasmique pendant la division cellulaire. En encapsulant les extraits cellulaires de Xénope dans des gouttes, nous pouvons mimer le volume cellulaire. Nous utilisons ce système pour étudier les interactions entre l’actine et les microtubules. Dans un premier projet, nous avons montré que l’auto-organisation de l’actine peut déclencher des cascades de signalisation. Grâce à l’ingénierie de deux propriétés de l’actine, nous avons démontré que l’auto-organisation de ce polymère peut permettre l’assemblage de microtubules. Dans un deuxième projet, nous avons montré que la dynamique de l’actine cytoplasmique peut induire des contraintes sur l’organisation et la dynamique des microtubules. Nos résultats suggèrent que les propriétés dynamiques du réseau d’actine sont un facteur important pour l’assemblage des microtubules. Dans l’ovocyte de souris, nous avons développé une méthode pour suivre de manière automatique le mouvement d’objets passifs avec des tailles variables. Nous avons utilisé ce système pour étudier l’effet de l’actine cytoplasmique sur le transport à longue portée. Nous avons ainsi validé l’existence d’un mécanisme de centrage non spécifique de gros objets pendant la prophase. Nous avons aussi démontré que ce mécanisme de centrage reste présent pendant le reste de la méiose, en même temps que la migration du fuseau vers le cortex de l’ovocyte. / Cell division is a key element of the development of an embryo throughout all his life. During cell division, the genetic material (chromosomes) is distributed between the two daughter cells. This distribution is achieved by the spindle and a misbehavior in the formation of this structure can be critical. The cytoskeleton polymers are playing a predominant role in cell division. Despite important progresses in the understanding of their role in cell division process, numerous questions still have to be answered and technical progresses to study these phenomena are still needed. In this PhD work, we studied the role of cytoplasmic F-actin self-organization in two model systems: Xenopus egg extracts and mouse oocytes. Using an interdisciplinary approach, we developed new experimental and analytical tools to study the role of cytoplasmic F-actin during cell division. By encapsulating Xenopus actin-intact egg extracts in droplets, we are able to mimic cellular environment. We use this system to study interactions between F-actin and microtubules. In a first project, we showed that F-actin self-organization can trigger signaling pathways. By engineering two properties of the microfilament self-organization and using Ran dependent microtubule nucleation, we found that F-actin dynamics promotes the robust assembly of microtubules. In a second project, we showed that the dynamics of cytoplasmic F-actin can induce constraints on the microtubule organization and dynamics in aster and spindle structures. Our results suggest that the dynamic properties of cytoplasmic F-actin meshwork are of a primary importance for the proper assembly of microtubule structures.In the mouse oocyte, we set-up a method to automatically track the movement of passive objects with tunable size. We used this system to examine the effect of cytoplasmic F-actin on long-range transport. We thus validated the existence of a non-specific mechanism for large objects centering during Prophase. We also demonstrated that this centering mechanism is still present during the rest of meiosis, coexisting with the spindle migration toward the cortex.

Práca sa zaoberá in silico dizajnom a validáciou peptidov založených na konotoxíne - MrIA, izolovaného z morských slimákov druhu Conus marmoreus a možnosti využitia týchto peptidov v liečbe neuroblastómu pomocou cielenia norepinefrínového transportéru. Päť peptidov založených na tomto konotoxíne bolo simulovaných pomocou simulácii molekulárnej dynamiky, ich trajektórie boli analyzované pre zistenie vlastností týchto peptidov. Dva homologické modely ľudského norepinefrínového transportéru boli vytvorené pre analýzu väzobných vlastností peptidov založených na konotoxíne ku norepinefrínovému transportéru. Peptidy boli následne syntetizované a použité na pokrytie apoferitínových nanočastíc s elipticínom uväzneným vnútri apoferitínu. Vytvorené peptidy a nanočastice boli ďalej skúmané pre objasnenie ich fyzikálo-chemických vlastností. Interakcie a cytotoxicita boli skúmané aplokáciou nanočastíc na bunky neuroblastómu a epitelu. Z in silico a in vitro analýz vyšiel YKL-6 peptid ako najlepší kandidát na ďalší výskum.

La chimie supramoléculaire est un domaine qui porte sur l’étude des interactions<p>faibles entre molécules. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et de<p>nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés, soit pour un apport<p>théorique à la compréhension de ces processus de reconnaissance, soit pour d’éventuelles<p>applications en biologie ou en chimie analytique par exemple.<p>Les calix[6]arènes sont des composés intéressants pour la reconnaissance moléculaire.<p>Ils possèdent une cavité idéale pour l’inclusion de petites molécules et peuvent être modifiés<p>par l’ajout de divers motifs de reconnaissance. Le premier calix[6]crypturée préalablement<p>étudié au sein du Laboratoire de Chimie Organique est un récepteur dont la cavité aromatique<p>est juxtaposée à un motif de reconnaissance pour anions. Ce dernier est composé d’un<p>chapeau à base de tren (tris(2-aminoéthyl)amine) portant trois groupes urée. Ce récepteur<p>possède notamment une forte sélectivité pour le chlorure et une forte affinité pour les paires<p>d’ions organiques de type chlorure d’ammonium, dans un solvant apolaire (CDCl3).<p>Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont beaucoup plus limitées dans un solvant<p>protique (CD3OD), ce qui restreint les éventuelles applications. L’objectif de ces travaux a été<p>de synthétiser de nouveaux dérivés avec une modification autour du site tris-urée pour<p>renforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique.<p>La première stratégie a consisté à agrandir le chapeau cryptant reliant les trois groupes<p>urée. Trois modes différents de complexation d’ammonium intra-cavitaire ont été mis en<p>évidence dans un solvant apolaire, dont deux sont remarquables. Avec un anion peu<p>coordinant (le picrate), le récepteur protoné inclut l’ammonium selon un processus<p>allostérique pour donner un complexe dicationique. Avec la protonation du récepteur et un<p>anion dichargé (SO4<p>2-), l’inclusion de l’ammonium constitue un complexe cascade, stable en<p>milieu protique.<p>La deuxième stratégie a consisté à supprimer les groupes méthyle du petit col<p>calixarénique via une réaction de déméthylation sélective pour obtenir le calix[6]crypturée<p>1,3,5-trishydroxyle. Dans un solvant apolaire, ce récepteur a montré une plus forte sélectivité<p>pour la complexation de paires d’ions par rapport à la complexation d’anions, permettant par<p>exemple de complexer le chlorhydrate de O,O-diméthyldopamine.<p>La troisième stratégie a été de synthétiser le calix[6]cryptothiourée, un récepteur dont<p>le chapeau comporte trois groupes thiourée. Cette modification structurale a fortement<p>renforcé la complexation d’anions mais n’a pas favorisé la complexation de paires d’ions dans<p>un solvant protique.<p>Enfin, la complexation de zwittérions a été testée sur l’ensemble de ces récepteurs et le<p>calix[6]cryptothiourée s’est avéré être un remarquable complexant de la B-alanine bétaïne.<p>Dans un mélange protique (CD3OD/CDCl3 1:1) la constante d’association est élevée (K ≈ 104<p>M-1) et supérieure d’au moins trois ordres de grandeur par rapport aux autres zwittérions<p>testés. C’est à notre connaissance un des rares récepteurs de bétaïnes et le premier à être<p>sélectif pour la B-alanine bétaïne. Enfin, le biomimétisme du mode de reconnaissance a été<p>montré par comparaison avec une protéine transporteur de bétaïne (Corynebacterium<p>glutamicum). / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Springtails (Collembola) are wingless arthropods that are impressively adapted to cutaneous respiration in temporarily rain-flooded habitats by non-wetting skin morphology. Recapitulating the robust and effectively liquid-repellent surface characteristics of springtail skin in engineered materials may offer exciting opportunities for demanding applications. Herein, we present a strategy for mimicking morphological surface features of springtail skin in polymer membranes produced by reverse imprint lithography. We report the fabrication of multi-level silicon masters that, in turn, serve as templates for the replication of flexible polymer membranes. We examined the robust wetting characteristics of polymer membranes by in situ plastron collapse tests and condensation tests. The mechanical stability of the polymer membranes was tested using a tribometer set-up and compared with needle-shaped pillar structures made from similar material. The fabricated membranes are flexible, free-standing, and adaptable to various substrate materials and shapes that allow for emerging applications.

El proyecto de Centro de Interpretación de la biodiversidad de los humedales en Pantanos de Villa, el cual se encuentra dentro de la categoría de importancia internacional o sitio RAMSAR concedido en 1997. El propósito es concientizar a los ciudadanos para poder conservar, preservar y difundir los humedales ya que se encuentran frente a un gran peligro entre conflictos ambientales y como apropiación por parte de los vecinos en la zona protegida. El proyecto emplazado en la zona de amortiguamiento busca evitar seguir teniendo o creando barreras entre arquitectura, ciudadanos y el ecosistema, es decir, lograr conectarlos con su historia, importancia y cuidado. Se logrará por medio del énfasis de la biomímesis para que el proyecto logre que a través de la educación es frenar y que se tome conciencia sobre la degradación del espacio y permitir transmitir hacia los visitantes y turistas el valor e importancia del ecosistema en base a sus principios ya que funciona como filtro entre el entorno inmediato y el interior. / The project of Interpretation Center of the biodiversity of the wetlands in Pantanos de Villa, which is within the category of international importance or RAMSAR site granted in 1997. The purpose is to raise awareness among citizens to be able to conserve, preserve and disseminate the wetlands as they are facing great danger between environmental conflicts and as appropriation by neighbors in the protected area. The project located in the buffer zone seeks to avoid continuing to have or creating barriers between architecture, citizens and the ecosystem, that is, to connect them with their history, importance and care. It will be achieved through the emphasis on biomimicry so that the project achieves that through education it is to stop and raise awareness about the degradation of the space and allow to transmit to visitors and tourists the value and importance of the ecosystem based on its principles since it works as a filter between the immediate environment and the interior. / Trabajo de investigación

Injury to bone is one of the most prevalent and costly medical conditions. Clinical treatment of volumetric bone loss or hard-to-heal bony lesions often requires the use of proper bone grafting materials, with or without adjuvant anabolic therapeutics. Despite significant problems associated with autografting (donor site morbidity, limited supplies) and allografting (disease transmissions, high graft failure rates) procedures, synthetic bone grafts remain the least utilized clinically. Existing synthetic orthopaedic biomaterials rarely possess a combination of bone-like structural and biochemical properties required for robust osteointegration, scalable and user-friendly characteristics indispensable for successful clinical translations. This thesis tests the hypothesis that by recapitulating key structural elements and biochemical components of bone in 3- and 2-dimensional biomaterials, scalable synthetic bone grafts can be designed to enable expedited healing of hard-to-heal volumetric bone loss. Specifically, FlexBone, a 3-dimensional hydrogel scaffold encapsulating 50 wt% of structurally well integrated nanocrylstalline hydroxyapatite, the main inorganic component of bone, was developed. The large surface area of nanocrystalline hydroxyapatite combined with its intrinsic affinity to proteins and its excellent structural integration with the hydrogel matrix enabled FlexBone to both sequester endogenous protein signals upon press-fitting into an area of skeletal defect and to deliver exogenous protein therapeutics in a localized and sustained manner. We demonstrated that FlexBone enabled the functional healing of critical-size long bone defects in rats in 8 – 12 weeks with the addition of a very low dose of osteogenic growth factor BMP-2/7. This promising synthetic bone graft is now being explored for the delivery of multiple growth factors to expedite the healing of diabetic bony lesions. In addition, a 2-dimensional electrospun cellulose fibrous mesh was chemically modified with sulfate residues to mimic sulfated polysaccharide ECM components of skeletal tissues to enabled progenitor cell attachment and differentiation as well as controlled retention and localized/sustained delivery of protein therapeutics. This sulfated fibrous mesh is currently explored as synthetic periosteum to augment the osteointegration of devitalized structural allografts. Finally, a rat subcutaneous implantation model developed to examine the biocompatibility of newly developed biodegradable shape memory polymer bone substitutes is also presented.

Mesoporous silica nanoparticles (MSNPs) possess large surface areas and ample pore space that can be readily modified with specific functional groups for targeted binding of bioactive materials to be transported through cellular barriers. Engineered silica nanoparticles (ESNP) have been used extensively to deliver bio-active materials to target intracellular sites, including as non-viral vectors for nucleic acid (DNA/RNA) delivery such as for siRNA induced interference. The reverse process guided by the same principles is called “nanoharvesting”, where valuable biomolecules are carried out and separated from living and functioning organisms using nano-carriers. This dissertation focuses on ESNP design principles for both applications. To investigate the bioactive materials loading, the adsorption of antioxidant flavonoids was investigated on titania (TiO2) functionalized MSNPs (mean particle diameter ~170 nm). The amount of flavonoid adsorbed onto particle surface was a strong function of active group (TiO2) grafting and a 100-fold increase in the adsorption capacity was observed relative to nonporous particles with similar TiO2 coverage. Active flavonoid was released from the particle surface using citric acid-mediated ligand displacement. Afterwards, nanoharvesting of flavonoids from plant hairy roots is demonstrated using ESNP in which TiO2 and amine functional groups are used as specific binding sites and positive surface charge source, respectively. Isolation of therapeutics was confirmed by increased pharmacological activity of the particles. After nanoharvesting, roots are found to be viable and capable of therapeutic re-synthesis. In order to identify the underlying nanoparticle uptake mechanism, TiO2 content of the plant roots was quantified with exposure to nanoparticles. Temperature (4 or 23 °C) dependent particle recovery, in which time dependent release of ESNP from plant cells showed a similar trend, indicated an energy independent process (passive transport). To achieve the selective separation and nanoharvesting of higher value therapeutics, amine functionalized MSNPs were conjugated with specific functional oligopeptides using a hetero-bifunctional linker. Fluorescence spectroscopy was used to confirm and determine binding efficiency using fluorescently attached peptides. Binding of targeted compounds was confirmed by solution depletion using liquid chromatography–mass spectrometry. The conjugation strategy is generalizable and applicable to harvest the pharmaceuticals produced in plants by selecting a specific oligopeptide that mimic the appropriate binding sites. For related gene delivery applications, the thermodynamic interaction of amine functionalized MSNPs with double-stranded (ds) RNA was investigated by isothermal titration calorimetry (ITC). The heat of interaction was significantly different for particles with larger pore size (3.2 and 7.6 nm) compared to that of small pore particles (1.6 nm) and nonporous particles. Interaction of dsRNA also depended on molecular length, as longer RNA (282 base pair) was unable to load into 1.6 nm particles, consistent with previous confocal microscopy observations. Calculated thermodynamic parameters (enthalpy, entropy and free energy of interaction) are essential to design pore size dependent dsRNA loading, protection and delivery using MSNP carriers. While seemingly diverse, the highly tunable nature of ESNP and their interactions with cells are broadly applicable, and enable facile nano-harvesting and delivery based on a continuous uptake-expulsion mechanism.

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This study produced cross-laminated timber panels at a range of four lamina thickness (5/8, 1, 1 1/8, and 1 1/4 inch) and three bonding pressures (50, 125, 200 psi), producing a total of 12 panels for mechanical testing. The goal of this study is to observe how the thickness and pressure trends affect the mechanical properties of CLT. Tests include flatwise bending, flatwise shear, internal-bond, and delamination. Results showed that bending MOE decreases as the panel thickness increases while bonding pressure had no significance. Bending MOR was less significant for the thickness and more significant for pressure compared to the MOE. Shear tests showed strong inverse relationship between MOR and thickness while increasing pressure strongly increased MOR. Internal-bond testing showed no clear relationship between thickness or pressure. Delamination decreased as a result of higher pressures while thickness had no significant affect.

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