Bio-ethics and one health : a case study approach to building reflexive governance

Surveillance programs supporting the management of One Health issues such as antibiotic resistance are complex systems in themselves. Designing ethical surveillance systems is thus a complex task (retroactive and iterative), yet one that is also complicated to implement and evaluate (e.g., sharing, collaboration, and governance). The governance of health surveillance requires attention to ethical concerns about data and knowledge (e.g., performance, trust, accountability, and transparency) and empowerment ethics, also referred to as a form of responsible self-governance. Ethics in reflexive governance operates as a systematic critical-thinking procedure that aims to define its value: What are the “right” criteria to justify how to govern “good” actions for a “better” future? The objective is to lay the foundations for a methodological framework in empirical bioethics, the rudiments of which have been applied to a case study to building reflexive governance in One Health. This ongoing critical thinking process involves “mapping, framing, and shaping” the dynamics of interests and perspectives that could jeopardize a “better” future. This paper proposes to hybridize methods to combine insights from collective deliberation and expert evaluation through a reflexive governance functioning as a community-based action-ethics methodology. The intention is to empower individuals and associations in a dialogue with society, which operation is carried out using a case study approach on data sharing systems. We based our reasoning on a feasibility study conducted in Québec, Canada (2018–2021), envisioning an antibiotic use surveillance program in animal health for 2023. Using the adaptive cycle and governance techniques and perspectives, we synthesize an alternative governance model rooted in the value of empowerment. The framework, depicted as a new “research and design (R&D)” practice, is linking operation and innovation by bridging the gap between Reflexive, Evaluative, and Deliberative reasonings and by intellectualizing the management of democratizing critical thinking locally (collective ethics) by recognizing its context (social ethics). Drawing on the literature in One Health and sustainable development studies, this article describes how a communitarian and pragmatic approach can broaden the vision of feasibility studies to ease collaboration through public-private-academic partnerships. The result is a process that “reassembles” the One Health paradigm under the perspective of global bioethics to create bridges between the person and the ecosystem through pragmatic ethics

On-Chip Fabry-Pérot Microcavity for Refractive Index Cytometry and Deformability Characterization of Single Cells

Une identification correcte et précise du phénotype et des fonctions cellulaires est fondamentale pour le diagnostic de plusieurs pathologies ainsi qu’à la compréhension de phénomènes biologiques tels que la croissance, les réponses immunitaires et l’évolution de maladies. Conséquemment, le développement de technologies de pointe offrant une mesure multiparamétrique à haut débit est capital. À cet égard, la cytométrie en flux est l’étalon de référence due à sa grande spécificité, sa grande sensibilité et ses débits élevés. Ces performances sont atteintes grâce à l’évaluation précise du taux d’émission de fluorophores, conjugués à des anticorps, ciblant certains traits cellulaires spécifiques. Néanmoins, sans ce précieux étiquetage, les propriétés physiques caractérisées par la cytométrie sont limitées à la taille et la granularité des cellules. Bien que la cytométrie en flux soit fondamentalement un détecteur optique, elle ne tire pas avantage de l’indice de réfraction, un paramètre reflétant la composition interne de la cellule. Dans la littérature, l’indice de réfraction cellulaire a été utilisé comme paramètre phénotypique discriminant pour la détection de nombreux cancers, d’infections, de la malaria ou encore de l’anémie. Également, les structures fluidiques de la cytométrie sont conçues afin d’empêcher une déformation cellulaire de se produire. Cependant, les preuves que la déformabilité est un indicateur de plusieurs pathologies et d’état de santé cellulaire sont manifestes. Pour ces raisons, l’étude de l’indice de réfraction et de la déformabilité cellulaire en tant que paramètres discriminants est une avenue prometteuse pour l’identification de phénotypes cellulaires. En conséquence, de nombreux biodétecteurs qui exploitent l’une ou l’autre de ces propriétés cellulaires ont émergé au cours des dernières années. D’une part, les dispositifs microfluidiques sont des candidats idéaux pour la caractérisation mécanique de cellules individuelles. En effet, la taille des structures microfluidiques permet un contrôle rigoureux de l’écoulement ainsi que de ses attributs. D’autre part, les dispositifs microphotoniques excellent dans la détection de faibles variations d’indice de réfraction, ce qui est critique pour un phénotypage cellulaire correcte. Par conséquent, l’intégration de composants microfluidiques et microphotoniques à l’intérieur d’un dispositif unique permet d’exploiter ces propriétés cellulaires d’intérêt. Néanmoins, les dispositifs capables d’atteindre une faible limite de détection de l’indice de réfraction tels que les détecteurs à champ évanescent souffrent de faibles profondeurs de pénétration. Ces dispositifs sont donc plus adéquats pour la détection de fluides ou de molécules. De manière opposée, les détecteurs interférométriques tels que les Fabry- Pérots sont sensibles aux éléments présents à l’intérieur de leurs cavités, lesquelles peuvent mesurer jusqu’à plusieurs dizaines de micromètres.----------Abstract Accurate identification of cellular phenotype and function is fundamental to the diagnostic of many pathologies as well as to the comprehension of biological phenomena such as growth, immune responses and diseases development. Consequently, development of state-of-theart technologies offering high-throughput and multiparametric single cell measurement is crucial. Therein, flow cytometry has become the gold standard due to its high specificity and sensitivity while reaching a high-throughput. Its marked performance is a result of its ability to precisely evaluate expression levels of antibody-fluorophore complexes targeting specific cellular features. However, without this precious fluorescence labelling, characterized physical properties are limited to the size and granularity. Despite flow cytometry fundamentally being an optical sensor, it does not take full advantage of the refractive index (RI), a valuable labelfree measurand which reflects the internal composition of a cell. Notably, the cellular RI has proven to be a discriminant phenotypic parameter for various cancer, infections, malaria and anemia. Moreover, flow cytometry is designed to prevent cellular deformation but there is growing evidence that deformability is an indicator of many pathologies, cell health and state. Therefore, cellular RI and deformability are promising avenues to discriminate and identify cellular phenotypes. Novel biosensors exploiting these cellular properties have emerged in the last few years. On one hand, microfluidic devices are ideal candidates to characterize single cells mechanical properties at large rates due to their small structures and controllable flow characteristics. On the other hand, microphotonic devices can detect very small RI variations, critical for an accurate cellular phenotyping. Hence, the integration of microfluidic and microphotonic components on a single device can harness these promising cellular physical properties. However, devices achieving very small RI limit of detection (LOD) such as evanescent field sensors suffer from very short penetration depths and thus are better suited for fluid or single molecule detection. In opposition, interference sensors such as Fabry-Pérots are sensitive to the medium inside their cavity, which can be several tens of micrometers in length, and thus are ideally suited for whole-cell measurement. Still, most of these volume sensors suffer from large LOD or require out-of-plane setups not appropriate for an integrated solution. Such a complex integration of high-throughput, sensitivity and large penetration depth on-chip is an ongoing challenge. Besides, simultaneous characterization of whole-cell RI and deformability has never been reported in the literature

Bio-éthique écosystémique : des données médicales, agricoles & environnementales à une éthique de l’antimicrobiogouvernance

L’anti-microbio-gouvernance apparaît comme un ensemble de politiques, de standards et d’avis judicieux visant à responsabiliser les pratiques à l’égard des conséquences d’une technologie – l’antibiotique. Si l’antibiotique améliore à court terme l’offre de soins (la cure pharmaceutique), il est aussi à la source de nouveaux risques anthropiques et écologiques à long terme pour la santé, la productivité et la biodiversité, en raison de l’émergence de gènes de résistance réduisant l’efficacité des traitements et faisant pression sur les communautés bactériennes – humaines, urbaines, édaphiques, etc. L’appréciation de ce dilemme (cure / risque), puis la performance de sa gestion, reposent sur la qualité des politiques et du processus d’antimicrobiogouvernance ainsi que des réflexions en amont intégrant les valeurs (éthiques), les savoirs (scientifiques) et l’expérience. La vision globale de Van Rensselaer Potter pour la bioéthique ouvre la perspective vers la philosophie et la pratique d’Aldo Leopold, dont une technique d’aménagement adaptatif des écosystèmes co-construite, par communauté, sur la base d’une bio-éthique globale (techno-socio-écologique) des pratiques et de l’environnement. En effet, comment responsabiliser tout un chacun face à une cure, à un risque et à l’incertitude ? En prenant la perspective de la sociologie des organisations, cette thèse explore une piste étudiée en science, technologie et société : comment concerter l’humain et le non-humain (les technologies et la Nature) par la voie de systèmes (communication, collaboration et éducation) pour anticiper l’émergence de problèmes ? L’objectif de cette thèse est de proposer une approche en éthique pour coconstruire la gouvernance des relations se tissant entre les secteurs et les disciplines bâtis sur les valeurs de la santé, de la productivité et de la biodiversité. À sa racine, ce cadre de gouvernance vise à dynamiser l’arbitrage de l’accès et de la protection des données – et conséquemment le trajet de l’information, des connaissances et des applications technologiques, pratiques et politiques – sans briser la confiance des acteurs impliqués. L’arbitrage des données, à la source de la production des connaissances techniques, est la clé pour orienter les systèmes de communication et de politiques conduisant à des conseils et à des régulations. Cette nouvelle approche en éthique cherche à avancer la vision d’un projet commun sans altérer l’intégrité des actions spécifiques à la médecine, à l’agriculture et à l’écologie. Cette thèse théorise et applique le procédé d’une bioéthique expérimentale combinant les façons de faire empirique, réflexive et multisite. Elle s’inspire de méthodes en anthropologie, en sociologie et en gestion, et de la réflexivité balancée. Quatre unités épistémiques sont articulées in fine selon une logique précise pour éviter un biais cognitif auquel le raisonnement d’une bio-éthique s’expose (le sophisme naturaliste) : le descriptif, une prise de conscience (partie I) ; l’appréciatif, une théorie de travail (partie II) ; le normatif, la préparation du terrain (partie III) ; et l’évaluatif, les outils de bioéthique (partie IV). Ultimement, le produit de l’approche est un cadre de gouvernance coconstruit avec plusieurs collaborateurs dont les initiatives sont susceptibles de provoquer des changements politiques et scientifiques. À titre de bioéthicien, l’intention est d’aider les personnes et les institutions ayant le leadership de projets de société à développer des outils capables d’encapaciter (ang., empowerment) les communautés à gouverner les changements à venir qui les concernent.Anti-microbial governance can be understood as a set of policies, standards and judicious guidance aimed at making practices more responsible for the consequences of a technology – the antibiotic. While in the short-term antibiotics improve the quality of care (the pharmaceutical cure), they also create new long-term risks to anthropical and environmental health, productivity and biodiversity, due to the emergence of resistance genes that reduce the effectiveness of treatments and put pressure on bacterial communities – human, urban, edaphic, etc. The appreciation of this cure / risk dilemma, and the performance of its management, rely on the quality of the antimicrobial policy and governance processes as well as on upstream reflections integrating (ethical) values, (scientific) knowledge and experience. Van Rensselaer Potter’s global vision for bioethics opens the perspective towards Aldo Leopold’s philosophy and practice, namely an adaptive management technique of ecosystems co-constructed, per community, based on a global (techno-socio-ecological) bio-ethics of practices and the environment. Indeed, how can we make everyone responsible in the face of a cure, risk and uncertainty? By taking the perspective of the sociology of organizations, this thesis explores a path studied in Science, Technology and Society: how to bring together the human and the non-human (technologies and Nature) through (communication, collaboration and education) systems to anticipate the emergence of problems? This thesis will propose an approach in ethics to co-construct the governance of relationships between sectors and disciplines built on the values of health, productivity and biodiversity. At its root, this governance framework aims to energize the arbitration of access to and protection of data – and consequently the paths of information, knowledge and technological, practical and political applications – without breaking the trust of the actors involved. Data arbitration, at the source of technical knowledge production, is the key to guiding communication and policy systems toward guidelines and regulations. This new approach to ethics proposes the vision of a common project without altering the integrity of specific actions in medicine, agriculture and ecology. This thesis theorizes and applies the practice of an experimental bioethics combining empirical, reflexive, and multisite ways of thinking. It draws on methods in anthropology, sociology, and management, and uses the reflexive balancing process. Four epistemic units are articulated in fine according to a precise logic in order to avoid a cognitive bias to which the reasoning of a bioethics is exposed (the naturalistic fallacy): the descriptive, a raising of awareness (part I); the appreciative, a working theory (part II); the normative, the preparation of the terrain (part III); and the evaluative, the tools of bioethics (part IV). Ultimately, the product of this approach is a governance framework co-constructed with several collaborators whose initiatives have the potential to bring about policy and scientific changes. As a bioethicist, the intention is to help individual and institutional leaders of socio-technical projects to develop tools capable of empowering communities to prospectively govern the changes that concern them

Bio-ethics and one health: a case study approach to building reflexive governance

Surveillance programs supporting the management of One Health issues such as antibiotic resistance are complex systems in themselves. Designing ethical surveillance systems is thus a complex task (retroactive and iterative), yet one that is also complicated to implement and evaluate (e.g., sharing, collaboration, and governance). The governance of health surveillance requires attention to ethical concerns about data and knowledge (e.g., performance, trust, accountability, and transparency) and empowerment ethics, also referred to as a form of responsible self-governance. Ethics in reflexive governance operates as a systematic critical-thinking procedure that aims to define its value: What are the “right” criteria to justify how to govern “good” actions for a “better” future? The objective is to lay the foundations for a methodological framework in empirical bioethics, the rudiments of which have been applied to a case study to building reflexive governance in One Health. This ongoing critical thinking process involves “mapping, framing, and shaping” the dynamics of interests and perspectives that could jeopardize a “better” future. This paper proposes to hybridize methods to combine insights from collective deliberation and expert evaluation through a reflexive governance functioning as a community-based action-ethics methodology. The intention is to empower individuals and associations in a dialogue with society, which operation is carried out using a case study approach on data sharing systems. We based our reasoning on a feasibility study conducted in Québec, Canada (2018–2021), envisioning an antibiotic use surveillance program in animal health for 2023. Using the adaptive cycle and governance techniques and perspectives, we synthesize an alternative governance model rooted in the value of empowerment. The framework, depicted as a new “research and design (R&D)” practice, is linking operation and innovation by bridging the gap between Reflexive, Evaluative, and Deliberative reasonings and by intellectualizing the management of democratizing critical thinking locally (collective ethics) by recognizing its context (social ethics). Drawing on the literature in One Health and sustainable development studies, this article describes how a communitarian and pragmatic approach can broaden the vision of feasibility studies to ease collaboration through public-private-academic partnerships. The result is a process that “reassembles” the One Health paradigm under the perspective of global bioethics to create bridges between the person and the ecosystem through pragmatic ethics

À la recherche du chaînon manquant entre bio et éthique

Van Rensselaer Potter (1911-2001), le biologiste à l’origine du terme « bioéthique » dans les écrits nord-américains, considère que « real bioethics falls in the context of the ideals of […] Aldo Leopold », un forestier, philosophe et poète ayant marqué le XXe siècle. Associer Leopold à Potter a pour effet de placer la bioéthique dans la famille des éthiques de l’environnement, ce qui la différencie du sens conventionnel retenu en médecine et en recherche depuis le Rapport Belmont (1979), une déclaration ayant propulsé l’institutionnalisation de la bioéthique en Amérique du Nord. Cependant, diviser la bioéthique entre le médical et l’environnemental est réducteur. Potter propose au contraire une bioéthique globale s’intéressant aux enjeux situés à leur interface, dont ceux concernant la terre, la vie sauvage, la surpopulation, la consommation, etc. Cet article vise à amorcer un nouveau chantier d’analyse de la pensée de Potter en s’appuyant sur l’héritage de Leopold en biologie. Une synthèse de cette vision potterienne est proposée de manière à considérer son œuvre comme un tout cohérent s’intégrant aux grands débats qui transcendent les XXe et XXIe siècles. Sa vision apparaît comme une sagesse collective et prospective sous la forme d’une science de la survie et d’un code de bioéthique. Dépassant l’éthique de l’environnement, son association avec Leopold offre un modèle de la complexité s’imposant comme cas indissociable du contexte qui l’englobe, en améliorant nos façons d’intervenir en pratique dans un monde en constante transformation, à titre de gouvernance adaptative et de sagesse de la responsabilité

The importance of single-mode behavior in silicon-on-insulator rib waveguides with very large cross section for resonant sensing applications

Control of light properties through propagation in large cross section optical rib waveguides is of utmost importance to obtain the desired behavior, especially with resonant cavities. We have simulated, fabricated, and experimentally tested optical rib waveguides to evaluate the advantages of single-mode properties against multimode. Modal analysis of very large cross section rib waveguides showed that only particular dimensions allow a single-mode behavior. Furthermore, on-chip Fabry-Perot cavities were coupled to rib waveguides to assess impacts for a typical resonator. Experimental results are in good agreement with simulation guidelines, effectively highlighting the importance of single-mode behavior for resonant sensing applications

High-throughput volume refractive index distribution measurement through mechanical deformation of single cells

This paper reports a high-throughput microphotonic biosensor measuring volume refractive index distribution through mechanical deformation of single cells. Preliminary results suggest that different cell states can be distinguished. This feature could readily add novel parameters for cell analysis without resorting to nucleic acid dies

High-throughput refractive index-based microphotonic sensor for enhanced cellular discrimination

This paper presents a novel microphotonic sensor based on silicon technologies for high-throughput single cell measurements. It employs a highly sensitive Fabry-Pérot resonant cavity to extract cellular refractive index information. The integrated large cross-section rib waveguides provide a single-mode like behavior important for resonant cell sensing. Differentiated myeloid cells derived from a promyelocytic leukemia cell line were injected in a microchannel, sheathlessly focused using inertial forces and analyzed while flowing through the resonant cavity volume. Results were compared against a commercial flow cytometer and showed a substantial improvement on cellular discrimination. Thus, this sensor has the ability to discriminate cell populations, usually identified using fluorescent parameters, without any dyes and can reach measurement rate as high as 2000 cells per second. By harnessing the cell's effective volume refractive index, our device offers complementary measurements readily improving actual technologies and thus providing crucial information for research and clinical professionals