Non-invasive Approaches for the Diagnosis of Autoimmune/Autoinflammatory Skin Diseases—A Focus on Psoriasis and Lupus erythematosus

The traditional diagnostic gold standard for inflammatory skin lesions of unclear etiology is dermato-histopathology. As this approach requires an invasive skin biopsy, biopsy processing and analysis by specialized histologists, it is a resource intensive approach requiring trained healthcare professionals. In many health care settings access to this diagnostic approach can be difficult and outside emergency cases will usually take several weeks. This scenario leads to delayed or inappropriate treatment given to patients. With dramatically increased sensitivity of a range of analysis systems including mass spectrometry, high sensitivity, multiplex ELISA based systems and PCR approaches we are now able to “measure” samples with unprecedented sensitivity and accuracy. Other important developments include the long-term monitoring of parameters using microneedle approaches and the improvement in imaging systems such as optical coherence tomography. In this review we will focus on recent achievements regarding measurements from non-invasive sampling, in particular from plucked hair and skin tape-strips which seem well suited for the diagnosis of lupus erythematosus and psoriatic inflammation, respectively. While these approaches will not replace clinical observation—they can contribute to improved subgroup diagnosis, stratified therapeutic approaches and have great potential for providing molecular and mechanistic insight in to inflammatory skin diseases.With dramatically increased sensitivity of a range of analysis systems including mass spectrometry, high sensitivity, multiplex ELISA based systems and PCR approaches we are now able to “measure” samples with unprecedented sensitivity and accuracy. Other important developments include the long-term monitoring of parameters using microneedle approaches and the improvement in imaging systems such as optical coherence tomography. In this review we will focus on recent achievements regarding measurements from non-invasive sampling, in particular from plucked hair and skin tape-strips which seem well suited for the diagnosis of lupus erythematosus and psoriatic inflammation, respectively. While these approaches will not replace clinical observation – they can contribute to improved subgroup diagnosis, stratified therapeutic approaches and have great potential for providing molecular and mechanistic insight in to inflammatory skin disease

Étude de l'échange d'ions modulé électriquement (application du couplage échange d'ions-électrodialyse à la séparation de biomolécules)

Le présent travail vise à étudier le couplage de l échange d ions et de l électrodialyse. Cette étude est appliquée à la séparation de biomolécules. Un des objectifs est de diminuer la génération d effluents salins produits par les étapes d échange d ions utilisées de façon classique dans les bioséparations. Une première approche a conduit à la conception d une architecture avec un mode de fonctionnement cyclique en 3 étapes qui permet de purifier certaines familles de peptides sans utiliser de tampon de pH ni générer d effluents. Le dispositif expérimental est constitué d une cellule d électrodialyse dans laquelle sont introduites des résines échangeuses d anions. Les trois étapes sont les suivantes : fixation des biomolécules sur la résine initialement sous forme carbonate, élution par une solution de dioxyde de carbone dissous dans l eau, électrorégénération de la résine sous sa forme initiale, conduisant simultanément à la régénération de la solution d acide carbonique. L étape d électrorégénération a été modélisée et les simulations permettent d améliorer la compréhension des processus couplés mis en jeu comme les équilibres d échange d ions, les équilibres en solution, l électromigration. Une deuxième approche a ensuite consisté à étudier les possibilités de contrôle du pH par voie électrochimique, afin de limiter l utilisation de solutions tampons. La dissociation de l eau, conduisant à la formation de protons et d ions hydroxyles, a été plus particulièrement étudiée en mettant à profit les propriétés des contacts dits bipolaires sous l effet d un champ électrique. Il s est alors avéré que les choix du type de résine et de la densité de courant permettent de jouer sur le pH Toutefois ce travail doit être poursuivi par la recherche d architectures et de modes opératoires qui permettent d obtenir un pouvoir tampon adéquatThe present work aims to study the coupling of ion exchange and electrodialysis. This study is applied to the separation of biomolecules. One objective is to reduce the generation of saline wastewater produced by the ion exchange steps used conventionally in bioseparations. One approach has led to the design of architecture with a cyclic mode in 3 steps to purify some families of peptides without using a buffer pH or generate wastes. The experimental device consists of an electrodialysis cell in which are introduced anion exchange resins. The three steps are: loading of biomolecules on the resin initially in the carbonate form, elution with a solution of carbon dioxide dissolved in water, electroregeneration of the resin in its original form leading simultaneously to the regeneration of the carbonic acid solution. Using a modelling of the electroregeneration step, simulations can improve the understanding of coupled processes as the ion exchange equilibria, the equilibria in solution, the electromigration. A second approach has then been to study the possibilities of controlling the pH by electrochemical means to limit the use of buffers. The dissociation of water, leading to the formation of protons and hydroxyl ions, has been particularly studied by accounting the properties of contacts called bipolar as a result of an electric field. It was established that the choice of resin type and the current density can modify the pH. However this work must be pursued through research of architectures and operating procedures that deliver appropriate buffer capacityNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Extension du concept "One-column" au lit mobile simulé réactif (application à la séparation réactive des C8 aromatiques)

La séparation des C8 aromatiques par Lit Mobile Simulé (LMS) permet d'obtenir du paraxylène (PX) pur. Les autres composés du mélange sont recyclés dans un réacteur afin d'être isomérisés puis séparés à nouveau. La charge du LMS est composée à environ 75% par ce flux de recyclage. L'intégration de la réaction dans le LMS, réalisée en intercalant des réacteurs d'isomérisation entre les lits d'adsorbant de la zone 3 (procédé LMS Réactif, LMSR), doit permettre une réduction de ce flux de recyclage.L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie d'étude des procédés de type Lit Mobile Simulé (LMS) et Lit Mobile Simulé Réactif (LMSR) basée sur :-un outil expérimental simplifié : le pilote One-column réactif (OCR)-des simulateurs One-column réactif ou non qui seront validés par les résultats expérimentaux du pilote-des simulateurs LMS et LMSR permettant d'accéder aux résultats des procédés industriels.Les simulations de One-column (OC) montrent une bonne sensibilité aux paramètres clés de la séparation des C8 aromatiques (sélectivité PX/EB et diffusion intracristalline). Les résultats expérimentaux font ressortir des difficultés importantes à mettre en œuvre le OC expérimentalement. Plusieurs hypothèses sont exposées pour expliquer les résultats obtenus mais les difficultés rencontrées limitent, en l'état, l'utilisation du pilote pour l'étude de la séparation (réactive ou non) des C8 aromatiques.L'étude du LMSR effectuée par simulation montre l'importance du nombre et de l'emplacement des réacteurs ainsi que de l'intégration du LMSR dans la boucle de production de PX. L'usage du LMSR pour la production de PX permet une réduction importante du débit de recyclageToday, pure paraxylene (PX) is mainly obtained from a mix of C8 aromatics by a separation process based on adsorption: the Simulated Moving Bed (SMB). The other components of the blend are sent to an isomerisation reactor and are recycled to the SMB. 75% of the SMB feed flow rate come from this recycle flow. Coupling reaction and separation by inserting isomerisation reactors between the adsorption beds of the third zone (Simulated Moving Bed Reactor, SMBR) should allow a reduction of this recycling flow rate.The main objective of this thesis is to develop a new methodology for studying SMB and SMBR processes based on:- a simplify experimental tool : the One-column reactive (OCR) pilot unit- simulators of the OCR which will be validated by the experimental results obtain on the pilot unit- simulators of SMB and SMBR processes which give access to industrial processes results.Simulation results show that OC system seem to be sensitive to key parameters of C8 aromatics separation (PX/EB selectivity and micropore diffusivity). Results on the pilot unit highlight the difficulties to implement an experimental OC. Hypothesis are given to explain those results but, without modification, OCR pilot unit cannot be used to study xylene separation (with or without reaction).SMBR study done by simulation shows the impact of the placement and the number of reactors. Integration of SMBR in the global PX production scheme is also essential. SMBR allows an important reduction of recycling flow rate (up to 50%).NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Procédés de séparation multi colonnes continus (extension à la chromatographie à gradient de solvant)

Les procédés multi-colonnes de chromatographie ont connu depuis quelques années un développement tel qu'ils sont devenus des standards industriels à toutes échelles, depuis celle des produits pharmaceutiques à haute valeur ajoutée jusqu'à celle des grands intermédiaires chimiques. La spécificité du présent travail consiste à étudier, pour ces procédés, l'influence d'un gradient d'élution. Il s'agit de faire varier au cours du temps la force éluante de la phase mobile. L'objectif est d'augmenter la productivité et le taux de récupération d'un produit à haute valeur ajoutée, tout en répondant à des contraintes de pureté. L'utilisation d'un gradient de solvant, courante en chromatographie analytique, fait l'objet d'un intérêt plus récent en chromatographie préparative. Les applications visées concernent des séparations de mélanges complexes où l'espèce cible a une affinité intermédiaire pour le support solide par rapport à celle des autres espèces, ce qui est souvent le cas lors de la purification de biomolécules issues de matières premières naturelles ou issues des biotechnologies. Dans ce cas, la séparation conduit à trois fractions, des impuretés faiblement retenues, la fraction intermédiaire et des impuretés fortement retenues. Pour notre étude, un mélange modèle, peu coûteux et non toxique, de cinq acides aminés a été choisi. Ces acides aminés ont été choisis en tenant compte de leur caractère apolaire et hydrophobe. Les séparations ont été réalisées par chromatographie en phase inverse. Dans un premier temps, une étude expérimentale, réalisée à l'aide d'une chaîne HPLC, a permis de déterminer les paramètres des isothermes d'adsorption de chaque acide aminé pour différentes teneurs en solvant organique de l'éluant. Une loi empirique a permis de relier le facteur de rétention k à la composition de la phase mobile (K = f (xméthanol)). Un travail de modélisation/simulation, reposant sur l'approche d'une cascade de mélangeurs, a ensuite permis de simuler les séparations obtenues dans le cas d'une seule colonne, puis dans le cas d'un système multi-colonnes. L'utilisation des lois reliant les facteurs de rétention k à la concentration en modifieur a alors permis de réaliser des simulations pour différents gradients de solvants. Dans le cas d'une seule colonne, le gradient a été optimisé en minimisant la durée de la séparation et en respectant une contrainte sur la résolution des pics des 2 espèces les plus difficiles à séparer. Une bonne adéquation a été observée entre les simulations et les résultats expérimentaux obtenus avec un gradient sur une seule colonne. Des expérimentations numériques ont alors été réalisées dans le cas du système multi-colonnes. Les paramètres opératoires optimaux ont été déterminés dans le cas du mélange étudié. Ces réglages seront ainsi utilisés lors de la validation expérimentale qui sera réalisée sur l'unité pilote. Cette unité comporte trois colonnes. Il s'agit d'un procédé séquentiel cyclique. Pour le mode opératoire retenu, chaque cycle comporte 8 étapes. A chaque étape les alimentations et soutirages des différentes colonnes sont modifiées. Pour le soutirage qui correspond à la fraction de l'espèce cible, les critères étudiés seront la pureté et le taux de récupérationMulti-column chromatographic processes have known, for a few years, a development on all scales, from high added value pharmaceutical products to major chemical intermediates. The specificity of the present work is to study the influence of a gradient elution for these processes. It consists in varying the eluent strength of the mobile phase over the time. The aim is to increase the productivity and the recovery ratio of a high added value product, while satisfying the constraints of purity. Solvent gradient is currently used in analytical chromatography and presents a recent interest in preparative chromatography. The applications concern separations of complex mixtures where the target species has an intermediate affinity for the solid phase compared to other species, which is often the case during the purification of biomolecules extracted from natural raw materials or resulting from biotechnologies. In this case, separation leads to three fractions, impurities weakly retained, an intermediate fraction and impurities strongly retained. For our study, a model mixture, inexpensive and nontoxic, of five amino acids was selected considering their nonpolar and hydrophobic character. The separations were carried out by reversed phase chromatography. An experimental study using a HPLC system was first carried out with single-element solution of each amino acid in isocratic mode. This enabled to determine adsorption isotherm parameters. An empirical law giving the retention factor as a function of eluent composition was determined (K = f (xmethanol)). A work of modeling / simulation, assuming linear isotherm and based on the mixed cells approach, permitted to simulate the separations obtained in the case of a one-column process, then in the case of a multi-column system. The use of retention factors laws allowed to carry out simulations for different solvent gradients. In the case of a single column, a simple methodology was developed to calculate the optimal solvent gradient. The gradient was optimized by minimizing the separation time and by respecting a constraint on the peaks resolution of the two species which are the most difficult to separate. A really good adequacy was observed between simulations and the experimental results. Numerical experimentations, executed in the case of the multi-columns process, made it possible, yet, to find the optimal operating parameters in the case of the studied mixture. These settings will be applied in the experimental validation which will be realized on the pilot unit. This unit has three columns. It is a cyclic sequential process. For the selected operating mode, each cycle contains eight steps. At each step, inlets ant outlets streams of different columns are switched. The criteria for the target species fraction are purity and recoveryNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocMETZ-SCD (574632105) / SudocSudocFranceF

Lithium-Ion Battery Recycling: Metal Recovery from Electrolyte and Cathode Materials by Electrodialysis

International audienceThe potential of electrodialysis to recycle spent lithium-ion batteries was assessed by investigating the recovery of lithium(I) from a synthetic solution representative of the aqueous effluent generated by shredding spent lithium-ion batteries underwater. Likewise, electrodialysis was tested for the selective recovery of lithium(I) towards cobalt(II), nickel(II) and manganese(II) from a synthetic solution representative of the leaching liquor of cathode materials. NMR spectroscopy showed that the implementation of electrodialysis to extract lithium from the aqueous effluent produced during battery shredding underwater should take into account the presence of HF generated by PF6− hydrolysis. In particular, it seems relevant to perform shredding under calcium chloride solution in order to precipitate fluoride and reduce HF generation. This work also showed that electrodialysis is an interesting technology for selectively recovering lithium from the leach solution of spent cathode materials, providing that divalent cations were previously removed to avoid metal precipitation inside the electrodialysis membranes. After removing cobalt(II) and nickel(II) at pH 2.8 and manganese(II) partially at pH 5.5 by using the ion exchange resin Dowex M4195, it is possible to extract and selectively concentrate lithium by electrodialysis without coextracting manganese(II) by using a lithium-selective membrane (faradic efficiency of 57.6%, permselectivity for lithium towards manganese of 6.9). Finally, a hybrid flowsheet implementing mineral processing and hydrometallurgy, including electrodialysis, ion exchange and crystallization stages, was proposed based on these results to reduce effluent generation and produce metal salts from spent lithium-ion battery

Application of Electrodialysis for the Selective Lithium Extraction towards Cobalt, Nickel and Manganese from Leach Solutions Containing High Divalent Cations/Li Ratio

International audienceThe present work aims at investigating the potentialities of implementation of electro- dialysis for the recycling of spent lithium-ion batteries. In this work, the use of highly-selective membrane toward lithium(I) in electrodialysis was investigated to recover selectively lithium(I) toward cobalt(II), nickel(II) and manganese(II) by means of monovalent ion-selective membranes. It was shown that the presence of divalent cations in the leach solution is responsible for a significant decrease of the limiting current despite an increase in ionic conductivity. Therefore, monitoring the ionic conductivity was not sufficient to operate electrodialysis under optimal conditions, especially when highly selective membranes were used. Furthermore, it was demonstrated that the current has to be lower than the limiting current to avoid metal hydroxide precipitation into the membrane porosity by monitoring the limiting current over time

Procédé de traitement in situ des sites pollués par réduction chimique à l'aide de micro et nanoparticules de fer zérovalent

Dans cette thèse, nous avons déterminé les mécanismes qui régissent l'efficacité des particules de fer zérovalent (ZVI) dans la dépollution des sols et des eaux souterraines. Dans les milieux contaminés par des polluants accepteurs d'électrons, le ZVI est injecté in situ sous forme de suspensions de particules micro et/ou nanométriques. La première étude a porté sur la caractérisation de poudres industrielles et de particules synthétisées au laboratoire à partir de thé vert. Afin de comparer la réactivité de l'ensemble des particules, un test en milieu fermé a été mis en oeuvre avec une solution de nitrate. Ce test a permis de différencier les particules en mettant en évidence des mécanismes réactionnels et des cinétiques de réduction qui dépendent du type de poudre utilisé. La seconde étude a porté sur la dégradation du chrome hexavalent (dans une matrice sol et eau) en combinant le ZVI à du thiosulfate de sodium. Les résultats ont été probants et ont mené au dimensionnement d'un pilote sur un site de Soléo Services. Enfin, deux cas de remédiation de sites pollués aux solvants chlorés ont été étudiés. Des expériences de laboratoire ont été menées pour expliquer l'impact des conditions opératoires sur l'efficacité du traitementThis thesis aims at a better understanding of mechanisms governing the efficiency of zerovalent iron (ZVI) particles in soil and groundwater remediation. In these processes ZVI is injected in situ as micro and/or nanoparticles slurry in areas contaminated by electron acceptor pollutants. At first, we characterized industrial powders and particles synthetized with green tea in the laboratory. In order to compare the reactivity of all the particles, a batch test has been carried out with nitrate solution. Differences in pathways and kinetic reduction have been exhibited. Secondly, we combined ZVI with sodium thiosulfate to investigate hexavalent chromium degradation (soil and water matrices). The results are conclusive and were used to design a pilot on a Soléo Services site.Finally, remediation cases of sites contaminated by chlorinated solvents have been investigated. Lab experiments have been run to explain the influence of operating conditions on the treatment efficacyNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF