L'optimisation des états de surface constitue un enjeu majeur pour les biomatériaux utilisés dans le domaine biomédical. Le titane (Ti) et ses alliages à base de nickel (NiTi) restent à ce jour les biomatériaux métalliques de prédilection dans nos applications cliniques en Odontologie (implants dentaires, instruments endodontiques, et arcs orthodontiques). Le but de nos recherche est d'optimiser les surfaces du Ti et NiTi en les fonctionnalisant par des films multicouches de polyélectrolytes (FMP). Notre travail propose d'étudier différents paramètres devant être impérativement validés avant d'envisager une quelconque application biomédicale in vivo avec ce type de revêtement. Une recherche bibliographique exhastive appuie notre recherche expérimentale. Le premier axe du travail propose de déterminer si des FMP peuvent effectivement s'adsorber chimiquement sur le Ti et le NiTi. qui plus est, une étude biologique est réalisée avec des cellules humaines pour tester la biocompatibilité des ces surfaces fonctionnalisées. La deuxième partie se concentre sur la biocompatibilité de la couche précurseur des FMP à base de polyéthyléneimine (PEI). Les résultats mettent en lumière une certaine cytotoxicité de la PEI envers des ostéoblastes et des fibroblastes gingivaux humain. Pour clore ce travail, nous réalisons des essais de stérilisation afin d'évaluer l'influence d'un tel procédé sur les FMP en terme de caractérisations physico-chimique et biologique des surfaces. La perspective d'une application biomédicale avec les FMP semble prometteuse, notamment en y introduisant des molécules bioactives. Cependant, bien d'autres paramètres sont encore à étudier avant d'envisager une application expérimentale et/ou clinique in vivo. Nous pouvons citer par exemple, le vieillissement des FMP, leur comportement en milieu salivaire ou fluoré, ou encore leur résistance à l'usure. Ces différents éléments rentrent dans les perspectives d'un projet post-doctoral.

The structure of 11S cruciferin has been solved; however, how the individual subunits contribute to its physico-chemical and functional properties are not well known. The cruciferin isoforms in Arabidopsis thaliana, CRUA, CRUB, and CRUC, were investigated with respect to their molecular structures and the relationship of structural features to the physico-chemical and functional properties of cruciferin using homology modeling and various analytical techniques. Comparison of these models revealed that hydrophobicity and electrostatic potential distribution on the surface of the CRUC homotrimer had more favorable interfacial, solubility, and thermal properties than those of CRUA or CRUB. Flavor binding and pepsin digestion were associated with hypervariable regions (HVRs) and center core regions, respectively, moreso for CRUA and CRUB homotrimers than for CRUC. Chemical imaging of a single cell area in wild type (WT) and double-knockout seeds (CRUAbc, CRUaBc, and CRUabC) using synchrotron FT-IR microscopy (amide I band, 1650 cm-1, νC=O) showed that seed storage proteins were concentrated in the cell center and protein storage vacuoles, whereas lipids were closer to the cell wall. Secondary structure components of proteins of double-knockout lines did not show major differences. Changes in protein secondary structure components of pepsin-treated CRUabC (CRUC) mutant were minimal, indicating low enzyme accessibility. A three-step chromatographic procedure allowed isolation of the hexameric form of cruciferin with high purity (>95%). Fourier transform infrared (FT-IR) and circular dichroism (CD) spectroscopic analysis of the secondary structure of these proteins revealed cruciferins were folded into higher order secondary structures; 44−50% β-sheets and 7−9% α-helices. The relative subunit ratio was approximately 1:3:6 (CRUA:CRUB:CRUC) in the WT cruciferin. The Tm values of purified cruciferin at pH 7.4 (μ = 0.0) were in the order of WT = CRUA = CRUB < CRUC. The order of surface hydrophobicity as determined by ANS (1-anilinonaphthalene-8-sulfonate) probe binding was CRUA > CRUB = WT >> CRUC. Intrinsic fluorescence studies revealed a compact molecular structure for the CRUC homohexamer compared to the CRUA and CRUB homohexamers. The order of emulsion forming abilities was CRUA = CRUB > WT > CRUC (no emulsion formation) and the order of heat-induced network structure strength was WT > CRUA = CRUB > CRUC (no gel formation). The inability of CRUC to form gels or emulsions may be attributed to its low surface hydrophobicity and molecular compactness. At pH 2.0, CRUC hexamers dissociated into trimers which allowed the formation of an O/W emulsion and heat-induced network structures. Solubility of cruciferin as a function of pH at low ionic strength gave two minima around pH 4 and 7.4 yielding a “W” shape solubility profile deviating from the typical “U” or “V” shape solubility profile of other 11S globulins. The high ionic strength (μ = 0.5) was not favorable for emulsification, heat-induced gel formation, or solubilization for all cruciferins. Furthermore, the CRUA and CRUB homohexamers exhibited rapid pepsinolysis, while the CRUC homohexamer and WT heterohexamer were digested more slowly. Although fairly well conserved regions were found in the primary structure of these three cruciferin subunits, differences were found in the hypervariable regions and extended loop regions resulting in slight differences in 3D structures and interactions that occur during association to form superstructures, such as hexamers. These differences were reflected in the physico-chemical and techno-functional properties of hexamers and trimers composed of each subunit. In silico predictions for certain functionalities were highly correlated with empirical data from laboratory experiments.

Tous les cristallins des vertébrés sont transparents et ont un pouvoir de réfraction. Ceci est dû à l'arrangement régulier de cellules et à l'expression différentielle de protéines spécifiques, les cristallines. L'indice de réfraction croissant du cortex vers la région nucléaire est associé à l'augmentation de la concentration en cristallines. La région nucléaire, où l'indice de réfraction est le plus haut, est enrichie en γ-cristallines, une famille de polypeptides monomériques synthétisés principalement pendant le développement précoce, qui jouent un rôle important en formant un ensemble de protéines très dense. Cependant, cette concentration élevée est près d'un point critique où les protéines très solubles subissent une séparation de phase, conduite par une concurrence de forces d'interactions protéine-eau, eau-eau et protéine-protéine. Cette séparation de phase est cruciale dans l'opacification des cellules du cristallin trouvée dans certaines formes de cataracte mammifère. Une étude de diffraction de neutrons à haute résolution peut compléter les données existantes aux rayons X et peut nous permettre de faire une analyse détaillée et complète de l'organisation du solvant autour de la γcristalline. Ceci fournira une base structurale pour étudier les interactions protéine-solvant, solvant-solvant et protéine-protéine. Cette étude peut être considérablement facilitée par l'utilisation de la protéine entièrement deutériée. La substitution du deutérium à l'hydrogène réduit le bruit de fond incohérent causé par les hydrogènes, renforçant alors le rapport signal sur bruit. L'échange de l'hydrogène par le deutérium peut être fait en trempant le cristal de protéine dans une solution deutériée mais seulement 25% de hydrogènes totaux de la protéine sont alors échangés. Un échange total peut être uniquement effectué par une biosynthèse protéique in vivo, en utilisant une culture bactérienne dans un milieu deuterié. La γE cristalline de rat a été choisie comme un système modèle pour localiser les atomes d'hydrogène des molécules d'eau entourant la protéine et ceux impliqués dans des intéractions stabilisantes. De grandes quantités de protéines hydrogénées et perdeutériées ont été exprimées dans Escherichia coli, qui a poussé dans un milieu minimal, et elles ont ensuite été purifiées. Par spectrométrie de masse, le niveau de substitution isotopique des hydrogènes non échangeables dans la protéine s'est avéré être de 98%. En l'absence d'activité biochimique connue, les γE cristallines hydrogénées et deutériées ont été caractérisées par gel natif, par détermination du point isoélectrique et par des protéolyses limitées. Il n'y a aucune différence biochimique évidente entre ces formes de la protéine. D'autres caractérisations, par spectroscopie infrarouge et en dichroïsme circulaire, ont été employées pour étudier des différences significatives, mais aucune n'a été décelée. Les protéines hydrogénées et deutériées ont été cristallisées dans des tampons hydrogénés et deutériés. Les conditions de cristallisation, les groupes de l'espace et les paramètres de maille se sont avérés être les mêmes pour toutes les formes de la protéine. La comparaison de ces quatre formes de γE cristalline n'a indiqué aucune différence structurale évidente entre elles à une résolution atomique aux alentours de 1,4Å. Cependant, la variation de facteur d'agitation thermique des structures à une résolution identique (HγEh2o, HγEd2o et DγEh2o) dépend du marquage d'isotopique. Les structures de la protéine deutériée en H2O ou celle hydrogénée avec un tampon D2O ont un facteur d'agitation thermique plus bas. Par la suite, le modèle moléculaire de la γE cristalline a été obtenu à 1,36Å et quelques nouveaux détails étonnants de la protéine et du réseau de molécule d'eau entourant la protéine sont décrits dans ce rapport. Jusqu'à l'amélioration de la taille des cristaux, toute collecte de données par diffraction de neutrons ne peut pas être envisagée, mais d'une manière globale, nous avons prouvé que la perdeutériation n'induisait pas de changement structural de la protéine.

Un photosensibilisateur est un composé chimique capable de générer, sous l'effet d'une irradiation lumineuse, des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et donc d'induire directement ou indirectement l'altération d'autres composés. La rétention sélective de ces molécules, dites photo-activables, par les tissus en prolifération leur confère des applications en thérapie anti-tumorale (Photo-Chimio-Thérapie, PDT). La plupart des photosensibilisateurs sur le marché sont des dérivés structuraux de porphyrines et sont généralement fluorescents. Cette propriété est utilisée pour déterminer leur localisation, tant au niveau systémique que cellulaire. Certains composés sont ainsi utilisés pour le diagnostic par fluorescence de certain cancers (FD). Au niveau intracellulaire, un certain nombre de ces photosensibilisateurs se localisent dans les membranes des vésicules d'endocytose. Ils peuvent ainsi induire, sous irradiation lumineuse, la libération dans le cytosol du contenu de ces vésicules, y compris des molécules exogènes incorporées dans la cellules par endocytose et dont la cible intracellulaire est cytosolique ou nucléique (ADN, protéines, nombreux médicaments...). Ces phénomènes sont à la base d'une approche permettant l'activation de macromolécules, l'Internalisation Photo-Assistée (PCI). Cette méthode potentialise considérablement l'activité biologique d'un très large spectre de molécules d'intérêt.Tant la sélectivité de ces photosensibilisateurs pour les tissus en prolifération que leur localisation intracellulaire sont à mettre en relation avec les propriétés physico-chimiques et biologiques du micro-environnement. Leur interaction avec les lipoprotéines de basse densité (LDL) peut favoriser leur entrée dans les cellules du fait de la surexpression par les cellules néoplasiques des récepteurs aux LDL. Cependant, pour certaines molécules photo-activables, un passage transmembranaire par diffusion passive a été mis en évidence. L'incorporation cellulaire est alors facilitée par l'acidification du pH stromatique. Nous nous sommes donc attaché à déterminer l'importance de tels paramètres. Notre objectif a été de définir des caractéristiques structurales déterminant le comportement cellulaire des photosensibilisateurs.Dans un premier temps, afin d'élucider les mécanismes impliqués, les interactions de photosensibilisateurs avec des LDL et des liposomes (SUV, utilisés comme modèles simples de membranes) ont été étudiées à l'équilibre et de façon dynamique. Trois photosensibilisateurs ont été utilisés : la deuteroporphyrin (DP), une porphyrine dicarboxylique et la phtalocyanine d'aluminium disulfonnée (AlPcS2). Ces études ont été menées en nous attachant tout particulièrement aux effets liés au pH. Il faut noter ici que seuls les composés carboxyliques sont susceptibles de subir une neutralisation, ne serait-ce que partielle, de leurs chaînes latérales dans une gamme de pH correspondant à des valeurs physiologiques. Les données obtenues sur ces systèmes simples nous ont ensuite permis de comprendre la localisation sub-cellulaire des photosensibilisateurs sur une lignée humaine de fibroblastes. Enfin, bien que les LDL soient des vecteurs importants des photosensibilisateurs et facilitent leur entrée dans les cellules, la localisation sub-cellulaire semble être directement liée à la dynamique du transfert des photosensibilisateurs par des membranes. En conclusion, les paramètres physico-chimiques déterminés en solutions sont des outils efficaces pour concevoir des photosensibilisateurs, prédire leur capacité d'incorporation cellulaire ainsi que leur localisation sub-cellulaire.

Spherical agglomerates of benzoic acid crystals have been successfully prepared by drowning-out crystallization in three solvent partial miscible mixtures. Benzoic acid is dissolved in ethanol, bridging liquid is added and this mixture is fed to the agitated crystallizer containing water as the anti-solvent. Small crystals are produced by crystallization of the substance, and the crystals are agglomerated through the action of the bridging liquid. Different solvents: chloroform, toluene, heptane, pentane, cyclohexane, ethyl acetate and diethyl ether are chosen as bridging liquids, all being low soluble in water and showing good wettability for benzoic acid crystals. The influence of process conditions such as concentration of solute, agitation rate, feeding rate, amount of bridging liquid and temperature on the properties of benzoic acid spherical agglomerates, are investigated. Different sets of experiments were accomplished to track how the properties of the particles gradually change during the normal spherical crystallization experiment. Other sets of experiments were performed to examine the influence of agitation and process time for agglomeration. The product properties such as particle size distribution, morphology and mechanical strength have been evaluated. The mechanical strength of single agglomerates has been determined by compression in a materials testing machine, using a 10 N load cell. Compression characteristics for single agglomerates are compared with the data on bed compression. The present study shows that the bridging liquid has significant influence on the product properties, using diethyl ether and ethyl acetate no agglomerates are formed. Using any of the other five solvents (chloroform, toluene, heptane, pentane, and cyclohexane) spherical agglomerates are formed, as long as a sufficient amount of the bridging liquid is used. Using cyclohexane as bridging liquid at 5°C and toluene at 20°C the particles are larger compared to particles formed at other conditions. The highest particle fracture stress is obtained by using toluene as the bridging liquid at 5 and 20°C. Particle morphology depends on the bridging liquid used and the particles are completely spherical when toluene and pentane are used as bridging liquids. Different process parameters are found to have a significant influence on the physico-mechanical properties of the product. The range of operation for spherical agglomeration is relatively narrow and only at certain conditions spherical agglomerates are produced. With increasing amount of bridging liquid the particle size and strength increase and the morphology improves. Particle size decreases and the fracture force increases with increasing feeding rate, but the morphology remains unchanged. For all the solvents, the particle size and the fracture stress increase with decreasing temperature. For four of the solvents the morphology improves with decreasing temperature. For cyclohexane the result is the opposite, in that the particles are spherical at 20°C and irregular at 5°C. Spherical agglomerates of benzoic acid, both as single particles as well as in the form of a bed, have a high compressibility and low elastic recovery, properties that are favorable for direct tabletting. As the feed solution is supplied to the crystallizer the amount of benzoic acid that can crystallize actually does crystallize fairly rapidly. Hydrodynamics are responsible for bringing particles together for the agglomeration. Experiments reveal that during the gradual addition of the feed to the agitated aqueous solution, both particle size and particle number increases. It is clear from the experiments that not only further addition of feed solution leads to larger product particles but also continued agitation. Along the course of the process the properties of the particles change gradually but substantially. By continued agitation, the particle porosity decreases, density, strength gradually increases and also the spherical shape develops gradually. / QC 20110419

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l'ensemble des pathologies identifiées en France chaque année. Ces maladies inflammatoires et dégénératives des articulations sont pour la plupart consécutives au vieillissement ou à un traumatisme et évoluent vers l'usure des cartilages, d'où un handicap sévère. Comme aucun traitement ne permet la réparation totale du tissu cartilagineux, la recherche médicale développe des techniques d'ingénierie tissulaire. Ces techniques utilisent des substrats polymériques et des cellules souches qui sont " contraints " de se développer pour former du tissu cartilagineux. Cependant, ces techniques ne peuvent pas encore être utilisées à l'échelle d'une articulation complète car il n'est pas possible de reproduire ex vivo à grande échelle la structure et les propriétés mécaniques et physicochimiques du cartilage articulaire. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont permis de développer des matériaux polymères capables d'être implantés à l'échelle macroscopique dans les articulations pathologiques afin de combler l'usure des cartilages. Pour se faire, de nouveaux biomatériaux - hydrogels p(HEMA) - ont été obtenus en contrôlant le caractère hydrophile des hydrogels p(HEMA) au cours de leur synthèse chimique en présence de différents co-monomères (acide acrylique, acrylamide, acrylate d'éthylène et acrylate de butyle). Partant de là, les propriétés physicochimiques, mécaniques et tribologiques de ces nouveaux hydrogels ont été optimisées afin d'obtenir des propriétés similaires à celles du cartilage articulaire sain. Ensuite, la libération contrôlée de médicaments par ces hydrogels a été étudiée afin de minimiser les risques inflammatoires lors de leur utilisation en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire.

Berry ripening in lowbush blueberry (Vaccinium angustifolium Ait.) is influenced by developmental, physiological and climatic factors resulting in a heterogenous mix of maturities at harvest. This study characterizes the physico-chemical changes which occur during fruit ontogeny and links ripening patterns to micoclimate. Individual clones in five commercial fiels were followed in the 2006 and 2007 growing seasons. Phenolic acids, flavonols, and flavan-3-ols decreased and anthocyanins increased with maturity. Peak maturity consistently occurred at 1200 accumulated growing degree days (GDD). There was a sharp decline in fruit retention at the end of the growing season suggesting a date after which harvested yield declines but no consistent pattern was detected between years or fields.The consistency of GDD accumulation in relation to ripening pattern suggests GDDs can be used as a predictive ripening index. The physico-chemical nature of ripe berries indicates ripe berries could be harvested earlier than is currently the practice.

No description available.

This study is aimed at investigating the feasibility of using the radiometric technique as an alternative to traditional methods for determining soil physico-chemical parameters which are important for terroir characterization. In-situ and ex-situ radiometric analyses of soil from three vineyard blocks of Simonsig Wine Estate in the Stellenbosch district (Western Cape, South Africa) were studied. A mobile MEDUSA gamma-ray detection system comprising a CsI(Na) crystal (length 15 cm, diameter 7 cm) and associated electronics mounted on a portable trolley were used for partial terroir characterisation. Thereafter activity concentrations of 40K, 232Th series and 238U series in soil (top ~30 cm) from the measured MEDUSA spectra (0 – 3 MeV) were extracted by means of the full-spectrum analysis (FSA) method. A lead-shielded HPGe detector was used for analyzing collected soil samples while soil physico-chemical parameters were analysed using standard methods at research and commercial laboratories.

A multi-integrative approach was used to identify spatial and temporal relationships of natural and anthropogenic environmental variables affecting riverine ecosystem structure and function in the Athabasca Oil Sands Region (AOSR). A series of inter-related field studies were conducted to assess three key components of the freshwater food web (physico-chemical environment, basal productivity, benthic macroinvertebrates) utilizing an a priori environmental disturbance gradient experimental design. The gradient design was formulated to best discriminate the possible effects of natural and anthropogenic environmental variables on two river basins (Steepbank and Ells Rivers) each having different levels of oil sands (OS) land use disturbance. Findings from this study showed that natural variation explained most longitudinal and seasonal responses of physico-chemical environmental variables for both rivers, including possible mechanisms such as physical and chemical effects from the OS geological deposit and inputs from shallow groundwater upwelling. Basal productivity was likely controlled by natural variables within the Steepbank and Ells Rivers, such as potential OS deposit effects, nutrient availability and influences from turbidity and physical factors, with disturbance from OS development either negligible or not detected. Longitudinal and seasonal differences in benthic macroinvertebrate community composition were mostly related to natural variation, including possible mechanisms such as high discharge and sediment slump events on the Steepbank River, and community shifts from elevated metal concentrations from natural sources at upstream sites on the Ells River. This study demonstrated that developing baseline information on watersheds can be essential at discriminating sources of disturbance, with natural variation potentially confounding with anthropogenic factors. This study also highlights the need for further research to obtain an improved understanding of mechanistic pathways to better determine natural and anthropogenic non-point source disturbances and cumulative effects on the structure and function of tributary ecosystems in the AOSR at relevant spatial and temporal scales. / Graduate / 0329 / clsuzann@uvic.ca