proceedings of the 2004 crti summer symposium · 2012-08-03 · pathways. in the case of a...

Proceedings of the

2004 CRTI Summer Symposium

15-16 June 2004Gatineau Quebec

The Chemical Biological Radiological Nuclear (CBRN) Research and Technology Initiative (CRTI) was launched in May 2002 as a resultof the Government of Canada’s Public Security and Anti-Terrorismbudget in December 2001. The CRTI is mandated to improve Canada’sability to respond to CBRN incidents through investments in scienceand technology.

In its first two years of operation, the Initiative has funded53 Research and Technology, Technology Acceleration, and TechnologyDemonstration projects. It has further funded 59 Technology Acquisitionprojects to enhance the capacity of Federal Government science laborato-ries. Many of the projects have been very successful and are alreadydemonstrating results.

The 2nd Annual CRTI Summer Symposium at the Chateau CartierResort in Gatineau, Québec provides an opportunity for the CRTI andthe broader CBRN communities to learn about the progress of the proj-ects from the first two rounds of funding. The goal of the Symposium isto facilitate an occasion to share and exchange the knowledge created bythe CRTI partners and to learn about related allied work in CBRN. Thisinterchange of ideas should further contribute to building Canadiancapability and capacity in CBRN preparedness and response.

The following abstracts include all CRTI projects funded in 2002 and 2003 for either oral or poster presentation. CRTI is also pleased toinclude additional abstracts from researchers from allied and nationalCBRN communities. They are all notable by their breadth, quality, andthe contributions they are making to national and international security.

Proceedings of the 2004 CRTI SummerSymposium15-16 June 2004Gatineau Quebec

1Proceedings of the 2004 CRTI Summer Symposium 2002-2003 CRTI Por tfo l io

Forward

CRTI-0004TA Biological Point Detection: MEMS Sensor Platform for Bio-agent Detection and Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

CRTI 0006RD RD Induction of Innate Immunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

CRTI-0011TA Hand Held Real Time Biological Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

CRTI-0019TA Real-Time Confirmatory Bio-Detection and Identification: Rapid Validation and Fieldable Device Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

CRTI-0027RD Biological Dosimetry and Markers of Nuclear and Radiological Exposures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

CRTI-0027RD (a) Design and Implementation of the National Cytogenetic Emergency Network (CEN) for Biological Dosimetry following Radiological/Nuclear Accidents . . . . . . .14

CRTI-0027RD (b) Markers of Radiation Exposures in Support of Biological Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

CRTI-0027RD (c) Development of a High-Throughput Biological Dosimeter for Radiation Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

CRTI-0027RD (d) Biological Dosimetry and Markers of Nuclear and Radiological Exposures . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

CRTI 0029RD Protecting the First Responder against CB Threats . . . . . . . . . . . . . . . .19

CRTI-0052TA Rapid Carbon-14 Analysis by Accelerator Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

CRTI 0060TA Rapid Triage Management Workbench (RTMW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

CRTI-0064RD New Technologies for Surveillance of Biowarfare Agents and Identification of |Engineered Virulence Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

CRTI 0072RD Nanodosimeters Based on Optically Stimulated Luminescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

CRTI 0080TA ARGOS Decision Support System for Radiological-Nuclear Emergency Management . . . . . . . . . . . . . .30

CRTI 0085TA Evaluation of GM-CSF for Acute Radiation Syndrome . . . . . . . . . . . . . . . .32

CRTI-0087RD Therapeutic Antibodies to Ebola and Marburg Viruses . . . . . . . . . . . . . . . .34

CRTI-0091RD The Development of Recombinant Monoclonal Antibodies for the Treatment and Detection of Bio-Terrorism (BT) Agents . . . . . . . . .36

CRTI-0100TA Systems Level Simulant Test Chamber for CB Personal Protective Ensembles and Equipment, with an Articulated Mannequin Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

CRTI-0105TA Real Time Threat Imaging with CBRN Sensor Networks . . . . . . . . . .40

CRTI-0120RD Development of a Novel Molecular Imprinting Methodology for Sensing Applications . . . . . . . . . .41

CRTI 0131TA HI-6 Nerve Agent Antidote System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

CRTI 0133RD New Technologies for the Rapid Assessment of Radioactive Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

CRTI-0154RD Rapid (<1h) DNA-Based Diagnostic Tests to Identify Two Bacterial Biothreat Agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

CRTI 0161TA CB Blast Protective Helmet . . . . . .49

CRTI-0196RD Development of Rapid Detection Field Tests and Training Programs for Veterinary First Responders to Address Agro-Terrorism with Animal Pathogens . . . . . . . . .52

Table of Contents


CRTI 0203RD Standoff Detection of Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

CRTI 0204RD Bubble Detector Film . . . . . . . . . . .56

CRTI 02-0007TA Medical Countermeasures against Ricin . . . . . . . . . . . . . . . .58

CRTI 02-0021RD Direct Detection and Identification of Bioweapons Nucleic Acids Based on Cationic Polymers . . . . . . .60

CRTI 02-0024RD Probabilistic Risk Assessment Tool for Radiological Dispersal Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

CRTI-02-0035RD Canadian Network for Public Health Intelligence . . . . . . . . . . . . . . . . .64

CRTI-02-0041RD Real-Time Determination of the Area of Influence of CBRN Releases . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

CRTI-02-0041TA Deployable CBRN Monitoring Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

CRTI-02-0043TA Accelerated Consequences Management Capabilities . . . . . . . .70

CRTI-02-0045RD Forensic Optically Stimulated Luminescence (OSL) . . . . . . . . . . . . . .73

CRTI-02-0053TA A Simulation Based Decision Aid for the Optimization of Detection, Protection and Decontamination Systems with Team Structure and Procedures . . . . . . . . . . . . . . .75

CRTI 02-0057TA Canadian Radiation Alert / Expert System for Critical Infrastructure Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

CRTI-02-0066RD Development of Simulation Programs to Prepare against and Manage Bioterrorism of Animal Diseases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

CRTI-02-0067RD Restoration of Facilities and Areas after a CBRN Attack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

CRTI 02-0069RD Molecular Epidemiology of Biothreat Agents . . . . . . . . . . . . .83

CRTI 02-0080RD Psychosocial Risk Assessment and Management (RAM) Tools to Enhance Response to CBRN Attacks and Threats in Canada . . . . . . . . . . . . . . . .85

CRTI 02-0091TA Clostridium botulinumtype A genomic DNA microarray . . . . . . . . . . . . . .87

CRTI 02-0093RD Advanced Emergency Response System for CBRN Hazard Prediction and Assessment for the Urban Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

CRTI 02-0093TA Recherche sur les polymères avancés pour une application destinée à l’équipement de protection personnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

CRTI Biology Cluster Acquisition Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

CRTI Chemical Cluster Acquisition Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

CRTI Radiological-Nuclear Cluster Acquisition Projects . . . . . . . . . . . . . . .98

CRTI CHEM009AP Analysis of Chemical Warfare Agents in Samples Collected in Support of Counter-Terrorism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

CRTI RN-003AP Whole Body Monitoring for Radiological Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

CRTI RN 006AP Networking Laboratory Results from a Certified National Laboratory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104

RCMP Recovery of Physical Evidence from Crime Scenes Contaminated with Chemical or Biological Warfare Agents . . . . . . . .106

TNO Chemical Incident Simulator: A New Approach for Deriving Passive Defence Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108


Objectives

The scope of this project is todemonstrate a proof of princi-

ple for a MEMS chemical andbiosensor for detection of potentialtoxic or infectious materials. Tothis end, we intend to construct amicro- fabricated resonator ele-ment to demonstrate the feasibilityof our unique approach. Detectionand signal transduction of theMEMS sensor is based on the rela-tionship of frequency to mass in aresonating device (Hooke’s Law).The resonator sensors will containmolecular recognition elementssuch as antibodies, nucleic acidprobes or imprinted polymers.These will capture specific analytematerials on the resonator surface.The mass changes associated withspecific capture will result in achange in frequency of the res-onating elements.

This technology approach for detection is reagentless. Thesensor, combined with recogni-tion elements, is sufficient toprovide signal when specific target molecules are presented.No labels (fluorescent, colored,radioactive etc.) are required forsignal transduction. Anotheradvantage of this technology overother reagentless methods is thelow production costs of the sensorsand the ancillary systems requiredto run it. Since the signal trans-duction process has differentialfrequencies of the resonator,miniature low cost differentialamplifiers will be used. Expensivehardware such as lasers, lightsources, optical detectors andlenses are not required. Nor arecumbersome features such asoptical alignment or high voltageconnections found in many cur-rent detection platforms.

CRTI-0004TA Biological Point Detection: MEMS Sensor Platform for Bio-agent Detection and Identification

PROJECT LEAD:MEMS Precision Technology Inc.

FEDERAL PARTNERS:DRDC Suffield

AUTHORS:Dr John Dunfield and Mr Brian Norling, MEMS Precision Technologies, 3810 Fearn Way, Ladysmith, BC, tel: (250) 245 0259, fax: (250) 245 0259;

Dr William E. Lee, Defence Research DevelopmentCanada Suffield, PO Box 4000,Medicine Hat, Alberta, T1A 8K6, tel: (403) 544-4706, fax: (403) 544-3388.


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During the next several months,work in the project will focus on testing and evaluation of theresonator sensors. These deviceswill be tested for stability andfor mass sensitivity. These testswill conclude the work for theCRTI project. The strengths ofthis technology include a highdetection sensitivity, overall low cost, low power, small sizeand general robustness not yet demonstrated elsewhere.Microfabrication of the sensorelements will permit large-scaleparallel bio-analysis.

Future Outlook

Proceedings of the 2004 CRTI Summer Symposium 2002-2003 CRTI Por tfo l io

RecentProgressThe core product developmenteffort is to create an improvedthreat agent detection system thatcan be deployed in the field formilitary or civilian protection. The proposed system is simple to operate and provides real-timethreat data necessary for rapidmedical countermeasures. Theheart of the system is a MEMS-based sensing element cartridgewith the capability to accuratelydetect small numbers of bacteria,viruses, toxins or chemicals. Theprogress of the project rested uponresolving MEMS fabrication andbonding issues of the resonatordevices to the enabling electron-ics. Several fabrication runs wereundertaken, issues were resolvedand the devices were successfullyproduced. The project team suc-cessfully bonded the connections.

Objectives

Recent events have demonstratedthe threat of bioterrorism to

Canadians and the food chain.Many highly infectious agentssuch as Yersinia pestis can infectboth humans and animals, whileSmallpox and Foot-and-MouthVirus target only humans and animals, respectively. All theseagents can be dispersed throughboth airborne and waterbornepathways. In the case of a bioter-rorism attack, rapid diagnosis and therapy will be of immediateneed, while in the long-term, pre-exposure prophylaxes will be required. The goal of our pro-posal is to develop products andprocedures to provide immediateshort-term protection to the air-ways and the intestines againstvarious organisms, while at thesame time delivering vaccines thatcan provide long-term immunity.

RecentProgressThe Vaccine and Infectious DiseaseOrganization (VIDO) will screen a wide array of specific oligonu-cleotide (CpG) sequences to identifythose which are most effective and suitable in a particular animalspecies to stimulate innate immu-nity. It will be necessary todetermine optimal doses and delivery routes for CpG. The focuswill be on inducingimmunity atmucosal surfaces of the respiratoryand digestive tracts. Researcherswill also establish screening meth-ods for measuring changes in theimmune response, such as cytokineexpression profiles.

Several CpGs have been ana-lyzed for their ability to inducespecific cellular genes important for innate immunity, such as Il-6,IL12p40, IFN-�, and B7-1. In addi-tion, CpG response genes of bovine,ovine, porcine and equine originhave been cloned and expressed in transfected cell lines.

At McMaster University, asmall animal model for poxviruseswill be established. Poxviruses,especially Variola major causingsmallpox, are among the most contagious and virulent infectiousagents. At present, it is not clearwhether infectious virus stocks of Variola major are still confined to federal high containment lab-oratories in the USA and Russia or whether the virus is already inthe hands of terrorists. As this virusposes one of the most serious

CRTI 0006RD RD Induction of Innate Immunity

PROJECT LEAD:VIDO

FEDERAL PARTNERS:Health Canada

INDUSTRY PARTNERS:McMaster University, Hamilton;NCFAD, CFIA, Winnipeg.

AUTHORS:Markus Czub, Health Canada,Winnipeg, (204) 789-6037, email: [email protected];

Lorne Babiuk, VIDO, Saskatoon, tel: (306) 966-7475, email: [email protected];

Jack Gauldie, McMaster University, Hamilton, tel: (905) 521-2100x76331, email: [email protected];

Steven Jones, Health Canada,Winnipeg, tel: (204) 789-5065, email: [email protected];

Stefanie Czub, NCFAD, CFIA,Winnipeg, tel: (204) 789-2021, email: [email protected].


threats worldwide, it will be of par-ticular interest to study the rapidinduction of innate immunity in an animal model using a closelyrelated poxvirus.

Based on experimental datafrom VIDO, researchers fromMcMaster University have com-pleted a number of in vivo and invitro tests with CpG showing theimpact of delivery of this com-pound to the mucosal surface ofmice. It was shown that transmu-cosal, but not systemic, delivery of CpG oligodeoxynucleotides(ODN) to genital mucosa protectedfemale mice against mucosalintravaginal (IVAG) challengeagainst herpes simplex virus type2 (HSV-2). This protection was dueto the ability of CpG to induce localinnate immune responses at theepithelial surface in the vaginaltract since protection could beinduced in mice lacking an adap-tive immune system (RAG-2-/- and RAG-2-/- �c-/- mice). Localdelivery of CpG ODN rapidlyinduced proliferation and thicken-ing of the genital epithelium andcaused significant recruitment ofinflammatory cells to the submu-cosa. Local delivey of CpG to thevaginal mucosa resulted in inhibi-tion of viral replication but notentry of virus into genital epithelialcells. Thus, mucosal delivery ofCpG ODN induced an anti-viralstate in mucosal epithelial cells. The ability of CpG to induce a localantiviral state was not due to inter-feron-� (IFN-�). Since CpG acts bysignaling through Toll-like receptor9 (TLR9), human HEK-293 cellstransfected with murine TLR9 anda murine macrophage cell line that

naturally expresses TLR9 were usedand it was demonstrated that thisanti-viral state was dependent onand mediated through TLR9.Researchers went on to study theparameters of CpG-induced protec-tion against IVAG HSV-2 challenge.Protection in vivo occurs if CpG isdelivered 48 hours before or up to6 hours after mucosal infection.

Within the biosafety level 3and 4 containment laboratories at the Canadian Science Centre for Human and Animal Health(CSCHAH), experimental animalwork using Ebola virus and Yersiniapestis will be established and carriedout. Both agents are extremelycontagious and associated with ahigh fatality rate in humans. In itsaerosolized, i.e. weaponized form,Yersinia pestis is almost invariablyfatal and non-treatable. We willinvestigate the immediate effects of CpG molecules on animalsexposed to either one of thesedeadly pathogens. Initial animalexperiments using Ebola virus havebeen carried out in high contain-ment labs in Winnipeg and wereused to generate biological samplesfor the establishment of the screen-ing procedures.

All the studies on animals willbe evaluated employing clinical,molecular, and microbiologicalparameters. In addition, thePathology Section of the NationalCentre for Foreign Animal Diseases(NCFAD) of the Canadian FoodInspection Agency (CFIA) at theCSCHAH will conduct histopatho-logical and immunohistochemicalanalyses on tissues relevant to our studies.

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Genomic studies using DNAmicroarrays are being conductedto determine which genes may beinvolved in a CpG-induced antivi-ral state. To date, researchershave analyzed RNA isolated fromcells treated with CpG ODN, control ODN or left untreated. In future studies, cells as well astissues obtained from animalsinfected with various infectiousagents, such as Ebola virus,Poxvirus or Yersinia pestis will be used for further analyses.

In addition, a semi-quantitativeRT-PCR for both murine andhuman TLRs has been devel-oped. This assay detects mRNAfor all 9 murine and all10 human TLRs. A comparison of the expression of TLRs in vari-ous mucosal tissues in mice andhumans is currently underway.This relies both on the use ofmRNA from whole mucosal tis-sues and using Laser CaptureMicroscopy (LCM). Further, theprofile of expression in primarycultures of both human andmouse mucosal epithelial cells is being examined.

Future Outlook


Objectives

The main objective of this CRTI project was to develop a

low-cost, hand-held, real time bio-logical aerosol detector based on alaser induced fluorescence particledetector called the BiologicalAgent Real Time Sensor (BARTS).The key factor to success was thedevelopment of a smaller, lessexpensive optical cell based on alower cost UV LED light source (ora less costly continuous wave UVdiode laser) rather than the moreexpensive UV pulsed laser used inthe existing BARTS. Successfulintegration of this new optical celldramatically reduced the cost andincreased the environmental dura-bility without impacting detectionperformance. The use of the newcontinuous wave light source alsoallowed additional changes to thecapture electronics and data analy-sis subsystem that further reducedthe cost, size, weight, and powerrequirements of the sensor.

The scope of the project waslimited to research and develop-ment of a hand-held biologicalagent detector, demonstration ofthe performance of such a detectorand the construction of three prototype units. Full production-ization of the design was notattempted as part of this projectalthough GD Canada fully intendsto proceed to production with thenew sensor.

The project consisted of ninemain tasks and a number of sub-tasks that are described in detailbelow. They were completed overa period of twelve months from 01 April 2003 to 31 March 2004.A milestone (go/no-go) point wasplaced after the development ofthe new light source (the highestrisk task) to limit liability and offeran appropriate place to abandonthe project should the potential forsuccess be limited. At that decisionpoint, the team assessed the likeli-hood of success on the rest of theproject and made a decision onwhether to continue with theproject. The Project Manager thenimplemented the “go” decision inconsultation with PWGSC andDRDC Suffield.

Project Tasks:

1. Explore LED and Diode LaserLight Sources

2. Redesign the Optical Cell

3. Modify Sensor Control andData Capture Electronics

4. Design Battery PowerSubsystem

5. Design Interface for AirConcentrator

6. Acquire Material for SystemIntegration and Build

7. System Integration and Build

8. Document Final Design

9. Development of in-house test capability

CRTI-0011TA Hand Held Real Time Biological Detector

PROJECT LEAD:General Dynamics Canada Ltd.

FEDERAL PARTNERS:Defence R&D Canada – Suffield

AUTHORS:Eric Newman PEng PMP email: [email protected]

Ray Kacelenga PhD email: [email protected]– Integrated Sensor Systems,General Dynamics Canada Ltd.


RecentProgressThe recent progress in this abstractcovers the one-year period from01 April 2003 to 31st March 2004and includes all work conductedagainst the CRTI contract require-ments. The work conducted duringthis reporting period may bedivided into the following majorcategories:

Light Source – Early in the project, a significantamount of effort was dedicated tothe investigation of the viability of using a UV LED light source inplace of the traditional laser lightsources. UV LED light sources offeradvantages in the areas of size,cost and overall life cycle require-ments. Engineering sample LEDswere procured and a variety ofmethods of harnessing the powerof several lower output LEDs andconcentrating their outputs wereinvestigated. In July of 2003, adecision with respect to whichlight source would be used wasmade based on performance of UV LED based prototypes againstthe UV laser diode prototype. Itwas determined that although UV LEDs in the correct wavelengthwere available, their power outputand angle of divergence were suchthat a UV LED based optical cellwas not practical. As a result, theoptical cell development proceededwith the continuous wave UVdiode laser, while maintaininginsight into the fact that futureindustry UV LED development

would eventually yield a UV LEDwith suitable characteristics togenerate an NaDH fluorescenceresponse. Subsequently, an85 mW, 380 nm engineering LEDsample was procured from NichiaCorporation. The divergence angleof this LED source turned out tobe too wide at +/- 55 degrees mak-ing it difficult to capture much of the energy. Nichia Corporationhas gone back to the drawingboard in an attempt to reduce thedivergence angle to +/- 25 degrees.The new engineering samples areexpected anytime between Marchand June 2004. In the meantime,INO have redesigned the captureoptics and increased the fluores-cence aperture in order to capturean additional 120 % fluorescencesignal. The scatter optics have alsobeen redesigned to capture anadditional 30 % scatter signal. The building of the new optics will occur subsequent to the project completion date. Althoughthese cell enhancements weredone in anticipation of a viableLED source, all changes willimprove sensor performanceregardless of the light source.

Optical Cell Enhancements – The project has yielded severaloptical cell enhancements duringthe past year. The most significantof these enhancements was therelocation of the scatter PMToptics to the incident light axis in order to take advantage of thedominant scatter phenomenon in the cell. This change hasimproved both the particle count-ing and sizing efficiency. Otherenhancements include the

redesign of the air nozzle, theintroduction of a mirror toincrease the amount of fluores-cence detected, introduction ofoptical filter packs at the lightsource and scatter and fluores-cence PMTs, and introduction of mechanical optical alignmentfeatures to simplify manual align-ment of the laser light source.

Battery Power/Chassis Design – A custom removable and recharge-able battery pack was designed topermit use of the hand-held bio-logical agent detector for a typicalfirst responder mission profile ofone hour. The chassis designincludes ergonomic and humanfactor considerations revealedthrough meetings with the CalgaryFire Department HazardousMaterials Team and later validatedthrough marketing contact withvarious US based HomelandSecurity agencies.

Aerosol Test Path (ATP) – The ability to quickly validatedesign changes and sensor per-formance under customized testconditions is critical to any effi-cient development program.Although external testing was conducted as part of this project,an internal aerosol test facility was developed. The ATP is atrailer- mounted, stainless steelducting that incorporates intakeand exhaust filtering and variableaerosol control. The airflow ratesacross the equipment under testare also variable. Other featuresinclude: accommodation of slitsamplers for referee data, on boardincubator and power distribution,


suite of control sensors, viewingports and access doors, as well as a full complement of safetyequipment. The ATP has permittedreal time verification of designconcepts, calibration of opticalcells, and preparation of equip-ment prior to testing at externalfacilities.

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The future plans for this projectinclude:

(a) Complete the assembly ofprototype units # 2 and # 3;

(b) Integrate, when received,the 365 nm, 100 mW LEDinto the illumination sourcesub-assembly;

(c) Continue with activity toautomate an Aerosol TestChamber at GD Canada;

(d) Compile the final CRTIreport and project close-out.

Future Outlook


Objectives

This project proposes the develop-ment of a limited number of

operational fieldable prototypes of a breakthrough in biosensingtechnology based on the use ofnano-technological ‘smart’ materialstermed Bio-Alloy™. These materialsare based upon the discovery(global patents allowed / pending)and development of photolumines-cent (PL) nanostructured (2-3 nmfeatures) semiconductor (e.g. dopedsilicon) materials to which bioengi-neered Recognition Elements (REs;current focus on antibodies; nucleicacids, enzymes, and chemical lig-ands also possible) are chemicallyimmobilized. Validation will bedone using BW agent simulants and possibly ‘live’ agents in con-junction with DRDC Suffield.Studies could also be conducted inassociation with the Canadian FoodInspection Agency on ultra-rapiddetection and identification of food-borne biological agents.

RecentProgressTo date, the evaluation of the firstbreadboard platform (BBD1) hasbeen completed, and the evalua-tion of the second breadboardplatform (BBD2) has been initi-ated. At this time, all elements(fluidics, optics, firmware & soft-ware) are showing positiveperformance. The verificationprocess is progressing using vali-dated “in-house” test platforms to confirm presence or absence of target. BBD2 is capable of independently addressing threeBio-Alloy™ chips simultaneously,through 3 independent opto-electronics channels. Different fluidics scenarios are being investi-gated: variable flow path thickness(0.1, 0.3 and 1mm) and sampleintroduction by capillarity, wickingand active pumping. To date, theresults have been encouragingusing the sample introduction bycapillarity. The other options willbe evaluated in order to optimizethe measurement cycle.

Ultimately, the scope of the project is to provide proof-of-concept andfunctionality for the development ofa fieldable biosensing device that uti-lizes the underlying Bio-Alloy™ smartmaterial technology. At this stage,the focus is on optimizing the Bio-Alloy™ chips, biosensing cartridgeand opto-electronics in order todeliver a robust and reproducible

test platform. The final prototype will have capability to determine the presence of biological analytes in environmental and food samples.Recent international conferencesrelated to counterterrorism technol-ogy requirements continue tohighlight the urgent need for solu-tions in cost-effective, widelydistributed, bio-detection and identification systems.

Future Outlook

CRTI-0019TA Real-Time Confirmatory Bio-Detection and Identification:Rapid Validation and Fieldable Device Prototyping

PROJECT LEAD:IatroQuest Corporation

FEDERAL PARTNERS:DRDC Suffield

INDUSTRY PARTNERS:Dycor Technologies Ltd., Fluorosense Inc.

AUTHORS:Guy Rodomista and Dr Denis Godin,IatroQuest Corporation, 1000 Chemin du Golf, Verdun, QCH3E 1H4, tel: (514) 362-1091,http://www.IatroQuest.com;

Dr William E. Lee, DRDC- Suffield,PO Box 4000, Medicine Hat, Alberta,T1A 8K6, tel: (403) 544-4706;

Tim Friesen, Dycor Technologies Ltd,17944 106-A Ave, Edmonton,Alberta, T5S 1V3, tel: (780) 486-0091,http://www.dycor.com;

Bill Sinclair and Mike McDonnell,Fluorosense Inc, 1948 Merivale Rd.,Suite 101, Nepean, Ontario, K2G 1E9, tel: (613) 224-1192, http://www.fluorosense.com.


Objectives

The objective of this project is toestablish a National Biological

Dosimetry Response Plan (NBDRP)and develop rapid methods ofradiation exposure assessment toincrease throughput in large-scaleevents. Biological dosimetryassesses radiation exposure whenphysical dosimetry is not available.It can be a means of screening thegeneral population for radiationexposure and identifying firstresponders who must be restrictedfrom further exposure. It can alsobe a means of assessing long-termrisks following radiation exposure.In the event of a radiation emer-gency, timely assessment ofradiation exposure and responsewill help guide the actions ofemergency officials, first respon-ders and health care personnel.

RecentProgressThe first component of this projectis the development of a NationalBiological Dosimetry Response Plan(NBDRP). This is an emergencyresponse plan for the coordinateddelivery of dosimetry services by a network of laboratories across the country. This dosimetry servicenetwork will be able to respond tonational and regional needs in anuclear or radiological event. Theinitial phase of NBDRP develop-ment is complete. The plan buildsupon a collaborative agreement

among three laboratories to assessradiation exposure using the dicen-tric chromosome assay (DCA). Theexisting network now consists offour laboratories.

The DCA measures dicentricand ring chromosomes that arecaused by radiation. These labora-tories are working towards the ISO 90238 standard for biologicaldosimetry. This will require(1) standard operating proce-dures, (2) standard trainingdocuments, and (3) intercompari-son of results from standard slidesevaluated by trained staff. Todate, staff have been trained,standard operating procedureshave been drafted and calibrationcurves for predicting radiationexposure are being developed.

In order to extend the net-work, clinical laboratories acrossthe country are now beingrecruited for performing the DCA.These laboratories will form theCanadian Cytogenetic EmergencyNetwork. A workshop planned forMay 2004 has been organized toprovide participants with theoreti-cal and practical knowledge aboutthe current state of biologicaldosimetry in Canada and to createa forum for discussion about net-work operations. Once established,the NBDRP will be maintained in a state of readiness for emergencyresponse by continuing a programof intra- and inter-laboratory com-parisons and participating inemergency exercises.

CRTI-0027RD Biological Dosimetry and Markers of Nuclear and Radiological Exposures

PROJECT LEAD:Health Canada, Radiation Protection Bureau

FEDERAL PARTNERS:DRDC Ottawa

INDUSTRY PARTNERS:Atomic Energy of Canada Limited,McMaster University, Credit Valley Hospital

AUTHORS:Slavica Vlahovich


The second component of thisproject is the development andimplementation of improved assaysfor estimating individual radiationexposure and response following aradiological incident. With a goal of achieving faster and automatedmethods to screen large numbers ofsamples, a flow cytometric versionof the DCA (FDCA) is being devel-oped. Progress includes producingchromosomes in suspension, suc-cessful staining of centromeres, firston slides, then in solution, anddetecting centromeres in solutionusing the flow cytometer. Furthersteps are being taken to optimizethe staining.

A method of premature chromosome condensation fluo-rescence in situ hybridization(PCC-FISH) is being investigated to determine if it can be used forthe early detection of personalexposure within 4-12 hours post-irradiation. A literaturesearch was completed and experiments are in progress tooptimize the technique. Doseresponse curves for different radiation qualities are beingdeveloped in collaboration with a U.S. laboratory.

Other techniques being exam-ined include a modified FDCAprocedure using fluorescence in situ hybridization (F-FISH),evaluation of apoptosis, and spectral karyotyping (SKY) inlymphocytes. Work has begun onevaluation of apoptosis and FISH of chromosomes in suspension, aprerequisite for the application ofFISH to the flow cytometric assay.

SKY may provide an estimate ofthe level of damage, and subse-quently the magnitude of thedose, within 24-48 hours follow-ing exposure. SKY can also beused in follow-up investigationsto monitor future health risk.Dose response curves for low-LET

radiation are about 50% com-plete. SKY analysis performed sofar on human peripheral bloodlymphocytes indicates a highdetection rate of chromosomerearrangements using this technique.

13

Techniques are being developed to determine the exposed individ-ual’s absorbed dose directly usingelectron spin resonance (ESR) intooth enamel within 24-72 hourspost-irradiation. However, since collection of tooth enamel fromexposed individuals could be prob-lematic, the ESR tooth enamelassay is being developed in ani-mals that could also be involved in the exposure (e.g. mice, cats,and dogs). All experiments for low-LET radiation tooth enameldose response curves using ESR in human and canine teeth havebeen completed and manuscriptspublished. Work is in progress togenerate a neutron calibrationcurve. Once proven in the labora-tory, any or all of these methodswill be expanded to laboratoriesacross the country to improve theresponse time to radiological ornuclear events.

In addition to these cytogeneticassays, state-of-the-art genomicsand proteomics technologies arebeing used to identify specific biological markers of radiationexposure. Biological markers can be used as indicators of an individ-ual’s response to damage caused byradiation. This is more biologically

relevant than a measure of expo-sure and may be useful inassessing the long-term risks following radiation exposure. It is expected that data on individualresponsiveness will revise the tradi-tional means of risk assessmentand triage that is based on popula-tion studies and does not take intoaccount individual variability. Todate, a list of radiation responsivemarkers has been identified andvariation in the endogenous levelsof these markers is under investiga-tion. Human Research Ethicsapproval for analysis of humanblood irradiated in vivo is pending.Where applicable, a prototype for a field deployable assay will bedeveloped and tested. This could be used for surveillance purposesor rapid identification of potentiallyexposed individuals. Moreover, individual plasma profiling has the potential of providing informa-tion about exposure to otherstressors such as biological or chemical agents.

Future Outlook


The project team is developing a network of laboratories across

Canada to provide the capacity forrapid biological dose estimatesusing the dicentric chromosomeassay (DCA) in emergency situa-tions. The DCA measures dicentricand ring chromosomes, which areinduced by radiation, in cellsblocked in metaphase. This methodhas been used internationally forover 30 years and has been stan-dardized by ISO (ISO 19238). Theteam is currently working towardsthis standard in all four laboratoriesto form the core of the nationalnetwork.

In cases where only a smallnumber of dose estimates arerequired, up to 1000 metaphasesper blood sample are analyzed,allowing detection of exposures as low as 0.15 Gy. However, indealing with a large number ofsamples from potentially exposedindividuals, where turnaroundtime is critical, the detectionthreshold can be raised to 1 Gy,thus reducing the number ofmetaphases to be analyzed.

In a major emergency situa-tion, even with the combinedcapacity of the four core labs, only a limited biological dosimetryservice would be available due tolimitations in both equipment andexpertise. Therefore, to increaseCanada’s response capacity, theproject is expanding the networkto include cytogenetic laboratoriesacross the country. As part of thisinitiative, a workshop on biologicaldosimetry was held in May 2004in Toronto as part of the GreatLakes Chromosome Conference,which was attended by directors ofinterested cytogenetic laboratories.

Blinded slides, prepared forDCA analysis following in vitroirradiation of blood from a healthyvolunteer donor to a range of �-ray doses, were distributed tothe workshop participants and tothe four core laboratories. Fiftymetaphases will be analyzed perslide, to mimic triage scoring, anddose estimates will be calculated.Results from all laboratories willbe collated and analyzed. Followingthis initial scoring exercise, labora-tories will be sent slides on anongoing basis to maintain theirexpertise in the DCA and toensure their readiness to respond to local and national radiological/nuclear emergencies.

CRTI-0027RD (a) Design and Implementation of the National CytogeneticEmergency Network (CEN) for Biological Dosimetry following Radiological/Nuclear Accidents




AUTHORS:Susan M. Miller and Catherine L Ferrarotto, Consumer and Clinical RadiationProtection Bureau, Health Canada,Ottawa ON;

Diana Wilkinson, DRDC Ottawa,Department of National Defence,Ottawa, ON;

Donald P. Morrison, RadiationBiology and Health Physics Branch,Atomic Energy of Canada Limited,Chalk River, ON;

Douglas R. Boreham, McMasterInstitute of Applied RadiationSciences, McMaster University,Hamilton, ON;

Jo-Anna Dolling, McMaster Instituteof Applied Radiation Sciences,McMaster University, Hamilton, ONand Genetics Department, CreditValley Hospital, Mississauga, ON.


Recent international develop-ments have raised issues of

security that have led to theadvancement of public healthmeasures intended to guide theactions of emergency officials, first responders and health-carepersonnel. Of primary concern for the emergency health care personnel is a rapid and accurateidentification of the incident andits associated health risks. Triagemethodologies are stronglydependent on this identificationbeing correct. In the event of radi-ological exposure, a respondingphysician must have evidence confirming a biological effect priorto initiation of triage. Physicalmonitoring provides guidance butmay be misleading and thus inap-propriate for initiation of certaintreatment strategies. Traditional

biological methods use the rate of change in blood cell countsfrom peripheral blood samples asan indicator of radiation exposureand a predictor of radiation dose.It is the intention of this projectthat the methodologies beingdeveloped will provide supportivebiological information to the physi-cians so that conclusive results maylead to more rapid triage.

The project will use genomicand proteomic strategies to identifybiological markers of radiationexposure. Through clinical studiesof cancer patients receiving radia-tion therapy, some of these markershave already been identified. Theproject will determine the range of basal level expression for someof these markers and comparethese background values in non-irradiated individuals to those inirradiated patient populations. It is hoped that this research willanswer a number of questions.First, can the radiation-induced biomarkers be used as specific indi-cators for radiation exposure or arethey more likely to be representa-tive of a generalized stress responsecaused by physical stress, biological,chemical or radiological agents?Can biological markers be used as indicators of an individual’sresponse to damage thus providinga more biologically relevant meas-ure of exposure that may be usefulin assessing the long-term risks following radiation exposure? Will this information on individualresponsiveness be in agreement

with the traditional risk assess-ment values extrapolated fromcytogenetic damage assays that are based on population studiesand do not take into account individual variability? Can identifi-cation of biomarkers of responseassist medical professionals in customizing triage methodologiesby providing them with individual-specific medical information? And finally, can this knowledge of biomarkers of response facili-tate the development of a fielddeployable assay for surveillancepurposes or rapid identification ofpotentially exposed individuals?

A list of radiation responsivemarkers has been identified andthe variation in the endogenouslevels of these markers is underinvestigation. The team will pres-ent preliminary information onthe endogenous levels of thesemarkers in a non-irradiated con-trol population. It will also presentexperimental strategies designed to answer the earlier identifiedquestions and how this informationcan support the presently existingprogram for biological dosimetry.

CRTI-0027RD (b) Markers of Radiation Exposures in Support of Biological Dosimetry




AUTHORS:Diana Wilkinson


Biological dosimetry assessesradiation exposure when phys-

ical dosimetry is not available. Itcan be a means of screening thegeneral population for radiationexposure and identifying firstresponders who must be restrictedfrom further exposure. It can alsobe used to assess long-term risksfollowing radiation exposure. Inthe event of a radiation emergency,timely assessment of radiationexposure will help guide theactions of emergency officials, first responders and health carepersonnel.

Traditionally, biologicaldosimetry is performed using the dicentric chromosome assay(DCA), which measures dicentricand ring chromosomes that arecaused by radiation. This CRTIproject is establishing a NationalCytogenetic Emergency Network(CEN) using the DCA. However,this is a microscope-based assaywhich requires specialized train-ing and is labour intensive.Adapting dicentric analysis toflow cytometry would allow forhigher throughput and greateraccessibility.

A new centromere-specificantibody is now available whichallows uniform staining of cen-tromeres in all chromosomes. This is a key feature required forsuccessful dicentric detection byflow cytometry. Microscopy datashowed that 99% of dicentricsidentified by DAPI had both centromeres labelled with thisantibody. Samples from the sameexperiment were analyzed usingthe DCA and the same number ofdicentrics per cell was found withboth techniques.

For dicentric detection byflow cytometry, a method for fluorescently labelling the cen-tromeres of chromosomes insuspension has been developed.The project team is currently optimizing the conditions thatwould allow identification of single and double labelling ofchromosomes. Once this assay is established, it will be valuableas a screening tool following aradiological or nuclear emergency.

CRTI-0027RD (c) Development of a High-Throughput Biological Dosimeter for Radiation Exposure




AUTHORS:R.C. Wilkins, S.M. Miller, C.L. Ferrarotto, B.C. Kutzner, P.V. Bellier and J.P. McNamee,Consumer and Clinical RadiationProtection Bureau, 775 Brookfield Road, Health Canada, Ottawa, ON, K1A 1C1.


Objectives

The overall objective of thisproject is to establish a

National Biological DosimetryResponse Plan (NBDRP) that utilizes classical and novelapproaches in biological dosimetryto rapidly determine the magni-tude of a radiation exposure to apopulation. Biological dosimetryassesses radiation exposure whenphysical dosimetry is not available.McMaster University is activelyinvolved in research that focuseson development of new moleculartools to assess radiation exposurein biological systems.

The specific aim of this researchis to expand and optimize theapplication of two biologicalprocesses that occur after radiationexposure. The levels of radiation-induced programmed cell death(apoptosis) and chromosome aber-rations (damage) in white bloodcells (lymphocytes) have beenshown to correlate with radiationexposure. The advantage of meas-uring apoptosis and chromosomeaberrations in lymphocytes is thatthese endpoints can be measuredby taking a small blood sample.This presentation will outline theprogress made regarding the mostsuitable assays to measure apoptosisand chromosome aberrations foremergency biological dosimetry.

RecentProgressWhen human white blood cellsare irradiated, they can diethrough a process of programmedcell death called apoptosis. Thereare a number of ordered biochem-ical processes that take place oncea cell has committed to undergoapoptosis. It has been previouslyshown that the level of apoptosismeasured in irradiated lympho-cytes is proportional to dose. Theteam has completed tests thatcompared a series of techniquesand assays and determined that an automated flow cytometryapproach in conjunction withlabelling a cell surface markerAnnexin V is most likely the simplest and fastest method foremergency biological dosimetrypurposes. The project team hasshown that the technique is sensi-tive enough to measure doses atleast as low as 0.25 Gy. An unex-pected result showed that lowenergy neutrons had a similar relative biological effectiveness,per unit dose, as gamma radiationfor inducing apoptosis. The processof radiation-induced apoptosis in human lymphocytes will bedescribed in the following presen-tation. The current detectiontechniques tested by the projectteam to measure apoptosis will bereviewed and the sensitivity andspeed for automated scoring usingflow cytometry will be discussed in the context of different radiation qualities.

CRTI-0027RD (d) Biological Dosimetry and Markers of Nuclear and Radiological Exposures




AUTHORS:D.R. Boreham, J. Lavoie, N. McFarlane, M-E. Bahen, L. Ryan, K. Schnarr, R. Wilkins, J. McMamee,and J.A. Dolling, McMaster Instituteof Applied Radiation Sciences,McMaster University, 1280 Main St. West, Hamilton,Ontario, tel: (905) 525-9140, ext. 27538, email: [email protected]


Future experiments will test the usefulness of apoptosis andchromosome aberrations usingSKY to assess the risks of verylow-dose exposures in humans.The project has ethical approvalto obtain blood samples fromhuman patients who have beenexposed to whole body lowdoses of diagnostic radiation.The team will continue to optimize the sensitivity of itstechniques and analyze bloodsamples from these individuals in an attempt to define thelower limit of detection forthese biological endpoints. The team also intends on inves-tigating the newest application of SKY, known as m-banding,which involves multiple colourbanding of individual chromo-somes. This technique couldprovide even higher resolutionfor emergency biologicaldosimetry because it can detectintra-chromosomal rearrange-ments indicative of exposure fromhigh linear energy transfer (LET)radiation, such as alpha radia-tion, that might be associatedwith a dirty bomb detonation.

Future Outlook

Chromosome aberrationshave been used for more than 40 years to measure radiationdamage in human lymphocytes.The team’s efforts have focussedon measuring chromosome aber-rations using a powerful newtechnique in molecular cytoge-netics called spectral karyotyping(SKY). An objective of this projectis to develop these techniques for both immediate and long-term radiation risk assessment.Molecular cytogenetics is a technical term used to describebiochemical techniques that allowidentification of chromosomedamage caused by a DNA damag-ing agent like radiation. Humanshave 23 pairs of chromosomes(karyotype) and SKY uses aprocess called fluorescence in situ hybridization (FISH) that“paints” each chromosome pair a unique colour. When chromo-some damage occurs afterradiation exposure, rearrange-ments between chromosomes is common and visualization of specific colour junctions canidentify aberrations. It has beenshown that gamma radiationcauses the formation of relativelysimple chromosome rearrange-ments that are proportional todose. The shape of the aberrationcurve is very similar to the curvi-linear dose response seen forclassical aberration measurementusing the simple dicentric assay.The advantage of SKY, however,is that even simple appearingdicentrics can be characterized as originating from complexrearrangements between three or more chromosomes. This is

important because the level ofrearrangement complexity isbelieved to be directly propor-tional to the degree of cellularharm (risk). Interestingly, SKYresults have shown that the complexity of chromosome aber-rations associated with exposure to low-energy neutrons is largecompared to gamma radiation. At neutron doses around 1 Gy, almost every cell has atleast one chromosome that isaberrant. The presentation willdescribe molecular cytogeneticsand the techniques used to meas-ure chromosome aberrationscaused by radiation of differentqualities. The sensitivity of SKY willbe compared to other more classicaltechniques and the advantages ofSKY for emergency biologicaldosimetry will be discussed.


Objectives

Over the last few years, the firstresponder community, such as

firefighters, police, and emergencymedical teams, has been facedwith the challenge of examiningtheir capability to respond to anew class of potential disasters,terrorism using various particu-larly toxic materials such aschemical, biological, or radiologicalagents. While the community is inthe process of equipping and train-ing its members with appropriatepersonal protective equipment(PPE) as time and budgets willallow, there are still uncertaintiesas to the best equipment and oper-ational procedures to be used. Thefirst responder community needsguidance in how to appropriatelyselect and use existing off-the-shelf equipment in order to meettheir immediate needs as well as,ultimately, equipment designedagainst appropriate standards.

To assist first responders inobtaining the best possible equip-ment, the project will: a) provideguidance in the use and selection of protective equipment in order toenhance preparation for responseto a CB incident; and b) drive the development (for Canada) ofprotective equipment guidelinesand standards for response to a CB event.

RecentProgressProtective equipment performance evaluationsIn order to develop the best possible guidance for first respon-ders, the project will determineactual protective equipment per-formance under the most realisticexposure conditions possible.

Respiratory protectionMan in simulant (MIST) methodsare under development for evalua-tion of respirator protection underoperationally relevant conditions,while modeling is being used to supplement this information. A more reliable procedure has been developed for measuring the respiratory protection againstaerosols (protection factor) for first responders wearing a negativepressure respiratory mask. A mobile operational protectionfactor instrument has beenacquired that will be used forthese evaluations. In addition, a model to predict protective performance of air-purifying respirator filters against a widevariety of toxic industrial chemi-cals and military gases is beingdeveloped and validated.

CRTI 0029RD Protecting the First Responder against CB Threats

PROJECT LEAD:Royal Military College of Canada(RMC), DND

FEDERAL PARTNERS:RCMP, DRDC Suffield, Director NBCDefence (DNBCD), Health Canada

INDUSTRY PARTNERS:3M Canada, DuPont Canada,Research Development andEngineering Command (RDECOM, US Army Edgewood)

AUTHORS:Eva Gudgin Dickson and PaulBodurtha, Dept. of Chemistry andChemical Engineering, PO Box 17000, Station Forces, Royal Military College, Kingston,Ontario, K7K 7B4. email: [email protected],[email protected].


Body protection: vapour-liquidMIST assessments of protectionprovided by first responder equip-ment are also being performed tostudy the percutaneous exposureto, and to model effects from,vapour and liquid contact. Methodsfor evaluation and risk assessmentfor vapour exposure to toxic agentssuch as mustard and VX have pre-viously been developed, usingman-in-simulant test (MIST) meth-ods, in conjunction with a numberof other national programs. Thesehave been used for prediction ofeffects of chemical agent vapourexposure to firefighters wearingstandard turnout gear. In theseevaluations, individuals wearingthe protective gear are exposed to a chemical agent vapour simulantwhile performing a series of opera-tionally relevant activities, andvapour penetration at a variety ofbody locations is monitored. Thesemethods are used for evaluation ofequipment for the police line offi-cer, with the particular participationof the RCMP in selection and eval-uation of equipment. In addition,in collaboration with a variety offirst responder organizations, thesemethods have been extended tooperational assessment of firstresponder equipment in the case of exposure to liquid agents. Basedon the distribution of observeddosages measured at the skin afterliquid contamination of the equip-ment at different locations,predictions can be made of themean and worst-case likely effects

that would be seen for rescuersperforming the types of specificactivities. Preliminary evaluationsof firefighter and tactical policeequipment using simple liquidexposure patterns have been completed.

In collaboration with projectCRTI-0161TA (CBRN BlastProtective Helmet Development),the vapour and liquid explosive dispersal protection provided by theprototype helmet, along with thebomb disposal overgarment systemused by the RCMP, has been evalu-ated. These results have been usedin the design of the next generationprototype to be produced underthat project.

Body protection: Bio-aerosolA procedure has been refined todetermine how well protectiveequipment can protect the firstresponder from skin/respiratorytract contamination while workingin an area contaminated by a bacterial spore aerosol such asanthrax. In this procedure, firstresponders performing a series of operationally relevant activitiesare exposed to a non-toxic aerosolof Bacillus globigii spores (anthraxsimulant). Samples are collectedfrom the exterior of the protectivewear and, after removal of theprotective wear, from the samepositions on the skin of the volun-teer, and also from within therespirator. The samples areprocessed to show how manyColony Forming Units (CFU)

were present on both the outerand inner sample points for eachposition, and are used to deter-mine a protection factor.

Skin permeationIn vitro skin absorption test systemshave been established at bothHealth Canada and DRDC Suffieldto examine dermal exposure oftoxic chemicals, such as pesticidesand chemical warfare agents. Theresearch at Suffield will involve theabsorption of the nerve agent VX,and the pesticide parathion, onviable skin tissue samples from apig (swine). Two potential exposurescenarios have been evaluated atHealth Canada for studying theabsorption of the chemical agentsimulant, methyl salicylate, and thepesticides parathion and malathion,by viable human skin. The first scenario involves the collection ofskin sections and receptor fluidright after exposure (3 or 30 min-utes), and the second scenario hasreceptor fluids collected hourly forsix hours following a 30-minuteexposure. Based on these studies,the amount of toxic material thatwould permeate through skin overthese durations of exposure can be predicted.

Standards developmentA standards team has been organ-ized amongst various key partnersas well as outside organizationsrepresenting first responders andstandards developing bodies. Apreliminary position paper, titled ACanadian standard for respiratory and


skin protection for official first respon-ders to a Chemical or Biological Event –Criteria, Selection and Use Guidelines,is currently being prepared. The standards development andrecommendation involves twocomponents: 1) personal protectiveequipment (PPE) testing / perform-ance criteria, and (2) selection anduse guidelines for the end user(including training and education).The team has also compiled a vari-ety of Canadian and internationalstandards relevant to the area.

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A few key activities that will beperformed within the next yearinclude operational protectionfactor determination for firstresponder respiratory protec-tion system; determination ofbioaerosol protection factorsfor a variety of first responderequipment including the CBRNblast protective helmet; anddetermination of realistic con-tamination patterns provided by liquid explosive and spraydissemination, and exposurelevels that would result in firstresponders in such a contami-nated environment. Preliminaryguidance to first responders on selection of respiratory andbody protection will also beprovided. Final recommenda-tions for guidance andstandards will occur in 2006 at the closeout of the project.

Future Outlook


Objectives

To provide equipment and todevelop and test procedures

for the rapid, sensitive and highthroughput analysis of organicsamples (especially those related to human health and the environ-ment, e.g. in the food chain), sothat the level of carbon-14 con-tamination which might resultfrom a variety of CBRN events can be accurately determined. This will provide a capability forboth assessing the extent of 14Ccontamination in a particular areaand for certifying the efficacy ofremediation work. This projectincludes:

� The purchase of a high capac-ity CO2 gas-fed ion source and its integration into theIsoTrace Accelerator MassSpectrometry (AMS) system;

� The purchase and modificationof an elemental analyzer toproduce CO2 from the envi-ronmental samples;

� The construction of a gastransfer line to provide puri-fied CO2 at the appropriaterate to the ion source; and

� The integration of the softwarecontrols of all components tofacilitate automated analysis.

RecentProgressThe CO2 gas-fed ion source wasordered on March 19 2003 anddelivery is expected by April 302004. During a visit in November2003 to Oxford University wherethe prototype for this source isinstalled, it was in routine opera-tion for AMS 14C analysis, havingundergone several engineeringimprovements, which are includedin the one being shipped to theproject team. At IsoTrace, ion opti-cal matching calculations havebeen completed, vacuum compo-nents to connect the source to therotatable electric analyzer in theinjection line are currently in pro-duction in the machine shop, andelectrical and other componentsrequired to install the source havebeen delivered.

After careful examination ofelemental analyzers from 5 manu-facturers, visits to a number ofsites where they are being usedand telephone discussions withother users, it was decided that the Elementar vario ELIII was themost suitable for adaptation to therequirements of producing CO2 foran AMS source. This unit and itsancillary equipment have beenordered and delivery is expectedby April 23 2004. Space is beingprepared for its installation in asample preparation laboratory forthe initial testing phase.

CRTI-0052TA Rapid Carbon-14 Analysis by Accelerator Mass Spectrometry

PROJECT LEAD:IsoTrace Laboratory, University of Toronto

FEDERAL PARTNERS:Health Canada, Fisheries and Oceans

INDUSTRY PARTNERS:High Voltage Engineering Europa B.V.

AUTHORS:Dr. Jack Cornett, Health Canada -Radiation Protection Bureau, tel: (613) 952-9071, email: [email protected];

Dr. W. E. Kieser, IsoTrace Laboratory,University of Toronto, tel: (416) 978-2241, email: [email protected].


Hiring procedures for thechemical technologist who will be in charge of sample prepara-tion, introduction and analysisand for the electronics technolo-gist, who will provide the supportfor automating the locally builtcomponents and integrating themand the existing control systems,are approaching completion: ashort list of candidates have beeninterviewed and the successfulones will begin work by April 12 2004.

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When the ion source arrives and is connected to the AMS system, acceptance tests will be carried out, according to aprotocol agreed on by HighVoltage Engineering andIsoTrace. Concurrently, trainingsessions for the operation of theelemental analyzer will occur, the design for the gas transfer system, based on a similar sys-tem in operation at Oxford, will be finalized and components willbe purchased or produced in local shops.

Following acceptance of the ionsource, work will begin on theassembly and test of the gastransfer system and on the inte-gration of the software controlsfor the three new systems withthe current AMS control systems.Concurrently, Health Canada andFisheries and Oceans will providetypical samples for testing and to check for any limitations in the elemental analyzer combus-tion system.

Following connection of the elemental analyzer to the ionsource and the control softwareintegration, analysis protocolsfor the various types of sampleswill be developed and draft ver-sions of these will be circulatedto all project partners. Afterfinal revision and acceptance of these protocols, informationwill then be provided throughHC-RPB and DFO-AERU to firstresponders and to those who will be involved in wide-areadecontamination and remedia-tion by seminars, workshops andspecialized training sessions.

Future Outlook


The Rapid Triage ManagementWorkbench (RTMW) is a

system designed to manage the communication of medicalinformation during a chemical,biological, radiological or nuclear(CBRN) event. RTMW is designedto be particularly useful in masscasualty events. The system isportable and capable of beingdeployed in the field, in rural andurban settings, with a minimum of training. A medical data capturemodule provides first respondersand medical caregivers in the fieldwith the means to record casual-ties’ medical information quicklyand accurately. These data arethen entered into a central data-base that allows other responseteam members to access it. TheRTMW system can be used at anylocation that has an Internet con-nection or stand-alone capabilitiesin the event of an Internet failure.

ObjectivesRTMW will enable the responseteam to function efficiently andeffectively by making relevantmedical information immediatelyavailable to all response teammembers. In particular, it will provide all members of the teamwith accurate and up-to-dateinformation on casualties’ currentstatus. RTMW will be designedwith an appropriate level of accesssecurity, to ensure the security andprivacy of patient informationstored in the database.

RTMW will provide multiple benefits:

� Rapid triage with up-to-datemedical data will increase efficiency in patient care andtransportation.

� Caregivers will provide effec-tive and efficient care becausethe right people and equipmentwill have been triaged to wherethey can do the most good.This will minimize providerfatigue and unnecessarily pro-longed exposure to potentiallyhazardous environments.

� Health care facilities willreceive relevant patient dataprior to admission.

� The safety of response teammembers will be improved as information on potentialmedical hazards is quicklycommunicated to all clustermembers.

� The response team or reliefagencies will be able to provide patients’ families with accurate, up-to-dateinformation.

� Public health organizationswill have accurate informationand will therefore be able toprovide advice and directionsto the public based on current data.

� RTMW will use the currenttriage marking system used byEmergency Medical Services;all first responders will befamiliar with the RTMW triagesystem; therefore training is minimized.

CRTI 0060TA Rapid Triage Management Workbench (RTMW)

PROJECT LEAD:WorldReach Corporation

FEDERAL PARTNERS:National Research Council of Canada

AUTHOR:Laura Brown


� CBRN preparedness staff willuse RTMW as a teaching toolin the art of triage. RTMWcould also be part of firstresponder curriculum on anational level.

� By facilitating medical information exchange in a well-organized response,RTMW will maximize leadtimes for decision-making that can minimize the overallimpact of the event.

RecentProgressRTMW makes use of the Internetas well as the latest database tech-nology. The hardware and softwarecomponents have been selected so that standard PC / Windowsequipment can be used, eliminatingthe need to procure and maintainspecial equipment for this system.The system has two major compo-nents: (1) a portable componentused in the field, and (2) a station-ary database accessible through the Internet.

RTMW is bilingual andincludes an on-line help facilityand supporting documentation.Further, RTMW is designed usinguser-centric design methods. The Human Oriented Technology(HOT) Lab at Carleton Universityapplied proven techniques toidentify requirements and designthe interface.

The following have been completed:

� All project plans

� Critical Design Review

� Software RequirementsSpecifications

� Privacy Impact Assessment

� User Interface Design

To date, all milestones havebeen met.

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� RTMW will be completed inthe summer of 2004

� It will be used in a full-scaleexercise in Ottawa in the fallof 2004

� A marketing team is cur-rently developing amarketing strategy to integrate RTMW within the WorldReach CrisisManagement product suite.

� Proposal in place for further funding to add software modules so as to expand the suite of CBRN Emergency MedicalInformation Managementsoftware tools.

Future Outlook


Objectives

An innocuous bacteriumbecomes a lethal weapon by

the introduction of a virulencegene. The technology for genetransfer in organisms such asBacillus anthracis and Yersinia pestishas existed for over a decade, andtherefore there is an urgent needto develop the capability to iden-tify introduced virulence genes inengineered biowarfare strains.Current methods lack resolvingpower to find unknown insertions.Whole-genome sequencing of allsuspected biowarfare agents isimpractical, and microarray-basedapproaches, while powerful, arelimited to genes present in the reference strains. The project teamwill adapt its novel DNA scanningtechnology, which couples theresolving power of two-dimensionalDNA electrophoresis with com-parative genomic hybridization, to rapidly identify engineeredgenes. This technology is calledBacterial Comparative GenomicHybridization or BCGH. To identifyan unknown virulence gene usingBCGH, the engineered biowarfarestrain harbouring the novel gene is compared against a related labreference strain. DNA fragmentsfrom the two strains are com-bined, displayed in 2-dimensions,blotted onto a membrane, andsequentially probed (hybridized)with DNA from each individualstrain. The engineered gene isidentified as a novel spot(s) that

can be excised from a parallel gel,cloned and sequenced to reveal itsidentity. This information can beused to tailor therapy and developsurveillance strategies.

� The project team will profileBacillus anthracis (anthrax),Yersinia pestis (plague),Francisella tularensis (tularemia),Burkholderia pseudomallei(melioidosis), and E. coli O157,Salmonella typhi, Shigella flexneriand Yersinia enterocolitica (thefood-borne pathogens).Restricted pathogens andBioSafety Level 3 organismswill be cultured by NML andDRDC. For these, DNA onlywill be provided to the UBC labs.

� Display parameters (frag-mentation conditions, gelcomposition, temperature,time, etc.) will be determinedempirically for each of theorganisms. The sensitivity,quality assurance and qualitycontrol of BCGH will beassessed using a panel ofspiked genes representing a spectrum of sequence composition.

� Technology transfer will bejointly executed between the University and Federalproject participants.

� Standardization and refine-ment at Federal sites will be carried out by NML and DRDC.

CRTI-0064RD New Technologies for Surveillance of Biowarfare Agentsand Identification of Engineered Virulence Genes

PROJECT LEAD:The University of British Columbia

FEDERAL PARTNERS:Health Canada - NationalMicrobiology Laboratory and DRDC-Suffield

AUTHORS:Julia Rathmann, Chad Malloff andWan Lam, BC Cancer ResearchCentre, 601 West 10th Avenue,Vancouver, BC, V5Z 4E6, tel: 604-877-6149, email: [email protected].

Steve Pleasance and RachelFernandez, Microbiology &Immunology, University of BritishColumbia, #300-6174 University Blvd,Vancouver, BC, V6T 1Z3, tel: 604-822-6824, email: [email protected].

Louis Bryden, Shannon Hiebert andMichael Mulvey, Canadian ScienceCentre for Human and AnimalHealth, 1015 Arlington St., Winnipeg, MB, R3E 3R2, tel: 204-789-2133, email: [email protected]

Yimin Shei and Barry Ford, DRDCSuffield, PO Box 4000 Station Main,Medicine Hat, Alberta, T1A 8K6,email: [email protected].


� State of the art software(BioNumerics from AppliedMaths) will be used to ana-lyze and archive the 2D-DNAprofiles, as well as to commu-nicate between the partnerlaboratories.

� Expected project completiondate is December 2006.

RecentProgress� Personnel at DRDC and NML

have completed BiosafetyLevel 3 training.

� NML and DRDC labs have iso-lated Y. pestis and B. anthracisDNA for UBC labs.

� A technical workshop washeld at UBC in October 2003.

� NML and DRDC labs haveestablished functional 2D DNAfacilities, and personnel havebeen trained.

� In-house software developedat UBC is being used andadapted to predict optimumDNA display parameters in silico based on sequencedgenomes of biowarfare strains.

� Display parameters have beendeveloped for DNA of lowerG+C content at UBC.

� DNA displays have been gen-erated for Y. pestis, B. anthracisand Y. enterocolitica.

� Non-radioactive imaging pro-tocols are being developed atthe NML and UBC sites.

� Analysis and archiving of 2DDNA displays has been initi-ated and will be on-going.

� BioNumerics software hasbeen evaluated at NML andfound to be useful.

� Progress and results were presented at:

• the American Society forMicrobiology NorthwestBranch Meeting in

Vancouver, BC in August2003 (“Profiling BacterialGenomes to IdentifyAcquired Genes”)

• the American Society forMicrobiology BiodefenseMeeting in Baltimore, MD in March 2004 (“Two-DimensionalBacterial Genome Displayfor the Identification ofEngineered Genes”).

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2004-2005:

� DNA will be isolated from S. typhi, S. flexneri and E. coli O157.

� DNA displays will be generatedfor S. typhi, S. flexneri and E. coli O157.

� BCGH conditions will be testedusing a panel of spiked genesand constructs.

� Clinical isolates will be compared using BCGH for validation purposes.

� Standardization and qualitycontrol of 2D DNA display andBCGH will be conducted.

� Analysis and archiving of 2DDNA displays will be on-going.

Expected final outcomes:

� Completed 2D display andBCGH analysis of Y. pestis, B. anthracis, F. tularensis, B. pseudomallei, S. typhi, S. flexneri, E. coli O157, and Y. enterocolitica.

� Completed protocol standardi-zation and technology transferto NML and DRDC includingstreamlining of protocols forroutine use in diagnostic andforensic laboratories.

In a bioterrorism event, the identi-fication of engineered genes willfacilitate diagnosis, surveillance,vaccination, and therapeutic meas-ures that can be targeted at thevirulence gene or gene product to control disease outbreaks.

Future Outlook


Objectives

In the event of a radiologicalincident, tracking the spread

of radioactive material will be ofutmost importance. Informationon the distribution of contamina-tion will be required both to guideevacuation and to plan responseswhile minimizing the risk to allinvolved. The aim of this project is to create small, low-cost dosime-ters that could be quickly andeasily deployed by the thousandsover a contaminated area, providinga detailed map of the contamina-tion pattern.

Early work in this areapointed to the use of OpticallyStimulated Luminescence (OSL)as the most promising technologyfor such a dosimeter. The dosime-ter design consists of a singlecrystal of OSL material (whichacts as the detector’s sensitive volume), a laser diode to stimu-late emission from the crystal and an avalanche photodiode todetect the emission. This designlends itself well to miniaturizationand system-on-chip architecture.It is felt that the dosimeter’s sen-sitive volume can be miniaturizedto nanoscale proportions andintegrated with control, read-outand communication electronics.With these detectors, multipleprobes could be spread over acontaminated area and couldtrack the contamination in realtime. Simulations have shownthat this approach would produceextremely accurate contaminationmapping and would be very

robust: the set of detectors wouldsurvive even if there were a largenumber of individual failures.

The project is designed to fol-low two separate but related tracks:Bubble Technology Industries Inc.(BTI) is designing the dosimeterand associated electronics and theUniversity of Toronto Electronic-Photonic Materials Group (EPMG)is taking the BTI design and adapt-ing it to a chip-level design. Thisproject will result in two prototypedosimeters. The first, fabricated by BTI, will be a completed andtested prototype minidosimeterwith integrated control, read-out,communications and GPS electron-ics. The second will be a prototypenanodosimeter (produced byEPMG) based on the BTI designand tested with the minidosimeterelectronics.

RecentProgressAs it stands, the project is slightlyahead of schedule and a great dealof progress has been made on theprototype dosimeters, both at BTIand at the University of Toronto.Efforts at BTI were focused on theproduction of the minidosimeterprototype, while EPMG has beendesigning a custom avalanchephotodiode for use with the nanodosimeter.

CRTI 0072RD Nanodosimeters Based on Optically Stimulated Luminescence

PROJECT LEAD:DRDC Ottawa


UNIVERSITY PARTNERS:University of Toronto

INDUSTRY PARTNERS:Bubble Technology Industries Inc.

AUTHOR:Lorne Erhardt, DRDC Ottawa, 3701 Carling Ave. Ottawa ON, tel: (613) 991-5900, email: [email protected]


A prototype minidosimeter wasdesigned and constructed at BTI,and tested for its response to ionizing radiation. After this char-acterization phase, the efforts atBTI turned to the integration of allthe required electronics with thesensitive portions of the dosimeter.The vast majority of the effort inthe past year has been in decidingon the communications architec-ture and integrating the appropriateelectronics into the minidosimetersystem. Communications hardwarewas purchased and custom soft-ware was written to allow datafrom the minidosimeter to be transferred on a wireless network.In addition to the communications,a single-board 18 parallel-channelGPS receiver module with smallfootprint was integrated into theminidosimeter circuit board, whichallowed minidosimeter positiondata to be transferred on the wireless network along with thedose information. A plug-and-play,self-organizing, self-healing net-work of minidosimeters has beencreated. Multiple communicationschannels (such as telephone, cellphone, PDA, satellites, wirelessmodem, airborne platform) fromthe access point can be utilized toensure deployment in any and allenvironments (urban, rural andremote). The network managementand traffic can be accessed locallyor remotely. Together, theseachievements result in a prototypeminidosimeter with all the associ-ated electronics that has beendemonstrated to operate asrequired by the project team. Thiswas a key milestone in the projectand has been successfully met.

Research at the University of Toronto over the past year has focused exclusively on thedevelopment and fabrication of an avalanche photodiode (APD),which can be operated in theGeiger mode, with spectralresponse tailored to the output ofthe OSL material. This required athorough review of the current scientific literature to determine the status of Geiger mode ava-lanche photodiodes in the visiblewavelength range. Particular atten-tion was paid to the identificationof suitable materials, structures andtechniques to fabricate such a pho-todiode. A model was developed to simulate the separate absorptionand multiplication regions of theAPD design; the associated processflow was also developed. A series of structures were prepared bymolecular beam epitaxy (MBE) in order to reveal key design variables influencing optical andelectronic properties of structures.Measurements of the composi-tional, structural, electrical andoptical properties of these structureswere made to establish feedback to growth and processing steps. Aprototype avalanche photodiodestructure was constructed and characterized, and its response was determined to be in the desiredwavelength range. This was viewedas a critical step for the eventualproduction of a nanodosimeter, andwith its completion a key milestonehas been successfully achieved.

29

The next steps for this projectinvolve the refinement of boththe prototype minidosimeterand the avalanche photodiode.BTI will be incorporating theminidosimeter’s sensitive vol-ume and all the electronics intoa small package to allow it tobe used autonomously. Thismilestone in on-track to be completed, ahead of schedule,by December 2004. The proto-type minidosimeter will then betested extensively by BTI, DRDCOttawa and Health Canada to determine its utility. At the University of Toronto, thenext phase will be focused on a complete assessment of theperformance of the prototypeAPD device and its refinement.Following this will be the devel-opment of an appropriate lightemitter for the nanodosimeterread-out, integration of the APDand light source with the OSLmaterial, and finally integrationof the BTI designed electronicswith the aforementioneddevices. This will result in a prototype nanodosimeter and should be completed, onschedule, by July 2005.

Future Outlook


Objectives

National and internationalbenchmarks, reports, and exer-

cises have shown that in a seriousradiological or nuclear (RN) event,coordinated information andactions are critical to achievingeffective emergency response.Under Health Canada’s lead, theFederal Nuclear Emergency Plan(FNEP) provides the national preparedness and response frame-work for RN emergencies affectingCanadians, supports the provincialresponse, and provides the radio-logical consequence managementframework in support of Canada’sNational Counter-Terrorism Plan.FNEP emergencies involve 20+ federal organizations, many ofwhich are responsible for key consequence assessment data.Robust data management tools are required to integrate and assess this data, and support decisions on response measures.

In this project, Health Canada’sNuclear Emergency Preparednessand Response Division is collabo-rating with Environment Canada -Canadian Meteorological Centre(CMC) and other key federal andinternational partners to implementthe ARGOS RN Decision SupportSystem in Canada as an operationalFNEP response capability. ARGOS ismade available through partnershipwith the Danish EmergencyManagement Agency and PrologDevelopment Center A/S (PDC).Canadian implementation ofARGOS involves core softwareenhancements in order to interfacewith Canadian meteorological and

radiological surveillance, monitor-ing, modelling and forecasting datasources and capabilities. CMC isaccelerating development and distribution of local and regionalmeteorological modelling capabili-ties supporting RN emergencyresponse. Health Canada is alsoworking with other FNEP partners,including Natural ResourcesCanada - Radiation Geophysics and Health Canada - EnvironmentalRadiation Hazards to integrate aer-ial and fixed point surveillance andlaboratory sample analysis data.

This project will result in an operational decision supportsystem that will facilitate a fast,coordinated response to an RNincident, improved emergencydata management and effectivedecision making supporting firstresponders, the operational com-munity, and the public. To date, it has resulted in a new level ofdata integration for RN emergencyresponse, new methods of datadelivery, and advances in atmos-pheric emergency modellingcapabilities that are being lever-aged for other emergency groups.

CRTI 0080TA ARGOS Decision Support System for Radiological-Nuclear Emergency Management

PROJECT LEAD:Health Canada (Radiation ProtectionBureau / Nuclear EmergencyPreparedness and Response Division)

FEDERAL PARTNERS:Environment Canada (CanadianMeteorological Centre /Environmental Emergency ResponseDivision), Natural Resources Canada(Radiation Geophysics), HealthCanada (Radiation ProtectionBureau / Environmental RadiationHazards Division)

AUTHOR:Brian Ahier, Health Canada (Nuclear Emergency Preparednessand Response Division), tel: (613) 954-6674, email: [email protected]


RecentProgressProgress on this project began withcompletion of the Project Charterin December 2002, the first withinthe CRTI framework. Followingmembership of Health Canada inthe ARGOS Consortium of mem-ber countries and the negotiationof contracts with the industrypartner, design meetings were heldto review Canadian data sourcesand specifications, and determinethe design specifications for theproject phases. Phase 1 coveredthe development of ARGOS dataimport facilities and modules forCanadian data. Phase 2 focused onthe interface with CMC modellingcapabilities, including atmosphericplume trajectories and dispersionmodelling. Phases 3 and 4 addressthe interface with Health Canada’sfixed point gamma surveillancenetwork and LaboratoryInformation database, and CMC’sadvanced short-range atmosphericdispersion models.

To date, PDC and CMC havecollaborated on interfacingCanadian meteorologicalresources with the ARGOS coresoftware. PDC and Health Canadahave worked on the enhance-ment of system functionality.CMC has worked in parallel onthe delivery of key meteorologicaldata to the ARGOS system, andon enhancements to their atmos-pheric modelling capabilities,which are used directly withinARGOS. Health Canada has con-tinued work on the operational

implementation of the ARGOSsystem and associated computerinfrastructure within its offices,model verification, and the inter-face with web-enabled GIScapabilities for rapid data exchangebetween FNEP partners.

ARGOS is now installed andoperational on Health Canada’sdedicated infrastructure, with thefollowing core capabilities:

� Automatic synchronizationwith a CMC weather serverfor import of current and forecast meteorological data

� On-demand CMC atmosphericmodel requests launched fromwithin ARGOS, and linked touser-supplied source terminformation

� Short-range dispersion anddose model linked to CMCmeteorological files

� Dispersion model outputslinked to internal dose pathways models

� Import of NRCan aerial surveillance data

� Link to Health Canada’s fixed point gamma surveil-lance network

� Visualization of results (by isotope, time step and outputtype); and

� Local data replication allowingcore operations in case ofcommunications failure

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The goal of this project is toimplement ARGOS as an oper-ational federal emergencyresponse tool within HealthCanada, and to make it avail-able to the FNEP responseorganization, by the end of2004. The next steps are tocomplete development andinterface with the short-rangeparticle model, fixed point surveillance and laboratoryresults, and integrate into FNEP emergency procedures.CMC is also working, throughother CRTI projects, on urbandispersion and improved depo-sition models. When these arecompleted, they will be accessi-ble to ARGOS through a singleconsistent interface, therebyextending the system capabilitywell beyond the original projectscope. Finally, access to theARGOS outputs will be madeavailable to FNEP partnersthrough the FNEP EmergencyCommunications Website andthe EMAP-Nuclear GIS web-distribution system, developedand implemented in partnershipwith Environment Canada –Atlantic Region.

Future Outlook


Objectives

Radiation overexposure is considered a potential threat

to both civilian and military per-sonnel in various circumstances. It may also be envisaged thatdeliberate exposure in a militaryor terrorist situation is of reason-ably high probability due toproliferation of global nuclearcapacity and traffic in spentnuclear fuels.

The primary goal of this proj-ect is to demonstrate the utility of Cangene’s pipeline GM-CSFproduct LEUCOTROPIN™ forhaematopoietic reconstitution following radiation-induced bonemarrow aplasia in rhesusmacaques exposed to uniformtotal body x-irradiation. The pri-mary application for the drug inradiation exposure would be forthe early treatment of patientsexposed to low to medium doseradiation. However, the drug mayalso be useful for protection ofindividuals likely to be exposed to radiation such as rescue work-ers and others. The study utilizescynomolgus monkeys as a modelanimal and results would suggestoptimal treatment regimes foraffected humans.

An important part of thisproject involves development andevaluation of a longer acting formof GM-CSF, produced by modify-ing the protein with polyethyleneglycol (PEG), which may offer less frequent and therefore moreconvenient dosing regime for thepatients. PEGylated proteins mayhave a number of advantagesover their unmodified counter-parts including increased half-life,reduced antigenicity andimproved solubility.

CRTI 0085TA Evaluation of GM-CSF for Acute Radiation Syndrome

PROJECT LEAD:Cangene Corporation


AUTHORS:Darin Lee, Vadim Tsvetnitsky, Donald IH Stewart email: [email protected], 3403 American Drive, Mississauga, Ontario, L4V 1T4, Canada.tel: (905) 405-2930.


RecentProgressTo achieve these goals, Cangenehas produced LEUCOTROPIN™according to its established cGMPprocess at 2,100 L scale in the company’s manufacturing facility.Three lots of freeze-dried and liquidformulations were prepared andmade available for evaluation inthe animal studies, which were initiated on April 01, 2004 at theUniversity of Maryland and arescheduled to run for 90 days. Twotreatment protocols are beingassessed where GM-CSF is admin-istered either early on (within20 hours) or with a delay (by3 days) after x-irradiation, allowingevaluation of two likely real-lifescenarios.

We have prepared laboratory-scale quantities of GM-CSFconjugated to 20 kDa mono-methoxypoly (ethylene glycol)(mPEG) and assessed the effect of PEGylation on in vitro cell proliferation using the TF-1myeloid progenitor cell line.Somewhat contrary to expecta-tions, attachment of a singlemPEG molecule per protein(monoPEGylated GM-CSF) didnot lead to any loss of in vitroactivity when compared to thenonPEGylated form, while asanticipated both di- and tri-PEGylated GM-CSFs formsexhibited three- to ten-fold reductions in activity respectively.

We have completed a largerscale (100 mg) synthesis, purifica-tion and characterization ofmonoPEGylated 20 kDa mPEG-GM-CSF. These materials will beused to perform additional investi-gations of in vitro liquid formulationstability and in vivo serum stability.It is anticipated that a successfuldemonstration of enhanced serumhalf-life in the in vivo studies willlead to future studies of mPEG-GM-CSF in the treatment of acuteradiation syndrome.

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Upon the completion of the radia-tion protection study scheduledfor the end of July 2004, Cangeneplans to review generated data in consultation with the RadiationProtection Bureau, HealthCanada, and prepare supplemen-tal New Drug Submission (NDS)should the results be judged positive. This should be completedas planned by the end of October 2004.

Future Outlook


Objectives

The filoviruses Ebola andMarburg are Category A

Biological Agents as defined byCentres for Disease Control (CDC).These viruses cause an acute hem-orrhagic fever in man with amortality rate ranging from 23-90% and are prone to human-to-human transmission. TheMarburg virus was weaponized inthe former USSR and a Japanesesect recently attempted to obtainthe Ebola virus for use in a bioterrorist attack. As neither thera-peutic nor prophylactic treatmentsare available for these filoviruses,they present a great risk to bothmilitary and civilian populations.

Therapeutic antibodies havebeen suggested by many in thefield to be the most promisingstrategy at present (Bray andParagas, 2002), as this approachprovides a short-term strategy,something which is urgentlyrequired to address the CRTI priority of therapeutic measuresfor immediate reaction and nearterm consequence managementcapability. Passive protectionagainst a lethal Ebola virus chal-lenge has been demonstrated in small animals (Wilson, et al.,2000; Takada et al., 2002) andpost-exposure treatment with convalescent plasma seemed tohave a protective effect in humans(Mupapa, et al., 1999). A challengein developing effective neutralizingantibodies has been the limitedknowledge on viral proteins targeted by the host immuneresponse. However, recent

studies have developed a betterunderstanding in this area anddetermined that the transmem-brane glycoproteins (GP) are thekey targets.

In this project, different forms of the viral transmembraneglycoproteins will be used asimmunogens for the developmentof therapeutic monoclonal andpolyclonal antibodies. In a firststep, caprine/ovine polyclonalantibodies will be raised andtested for efficacy and safety inEbola and Marburg protectionmodels (mice, guinea pigs). Thecaprine/ovine polyclonal antibodyapproach will provide a supply oftherapeutic drug for short-termdelivery. To provide a long-termsolution, recombinant monoclonalantibodies will be developed forboth Ebola and Marburg viruses.While the lead time to generationof the recombinant antibodies willbe longer than for the caprine/ovine antibodies, the recombinantproducts will be of better-definedspecificity and will be available forindefinite supply.

CRTI-0087RD Therapeutic Antibodies to Ebola and Marburg Viruses

PROJECT LEAD:Health Canada

FEDERAL PARTNERS:Canadian Food Inspection Agency

INDUSTRY PARTNERS:Cangene Corp., University of Alberta

AUTHORS:Vadim Tsvetnitsky, Eric Wiersma,Donald IH Stewart, Heinz Feldmann,Mavanur Suresh and Steven M. Jones email: [email protected], 1015 Arlington Street, Winnipeg, R3E 3R2, Canada. tel: (204) 789-5065


RecentProgressTo achieve these goals, the projectteam has successfully rescued,using a technique called reversegenetics, recombinant vesicularstomatitis virus (VSV) vectorscontaining the glycoproteins ofEbola (VSV-EBOVGP) or Marburg(VSV-MARVGP). These viruseswill be used to immunize goatsfor the production of polyclonalneutralizing serum and mice forthe production of neutralizingmonoclonal antibodies. In a sepa-rate study not funded by CRTI,mice were immunized with theVSV-EBOVGP vaccine and werecompletely protected from chal-lenge with 1 million lethal dosesof Ebola virus. Splenic RNA frommice surviving challenge was sentto the University of Alberta andhas been used to develop immunemouse phage display of FAb. Twoindependent complete phagelibrary constructions weredemonstrated. The First Ebola-biased Fab antibody phagemidlibrary was generated with anestimated complexity of 7x107

clones. The second independentEbola-biased Fab antibody phagelibrary has been generated withan estimated complexity of 6x107

clones. These libraries will be thebasis of selecting potentially use-ful anti-Ebola GP 1,2 antibodies.The phages are currently beingpanned against VLPs and mockmembrane fraction prepared by NML Winnipeg. The Fab-expressing phagemid library

was used for two rounds of pan-ning against these targets andenriched antigen-specific Fabphage particles were isolated.Phage particles were expandedand prepared for binding studies,which are still in progress.Cangene has produced a naïvehuman Fab phage library with anestimated complexity of 1x1010

clones and is currently panningthis library against both a trans-membrane region deleted mutantof Ebola GP and the secreted formof Ebola GP (sGP).

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Once the goat antiserum hasbeen produced, Cangene willuse proprietary technology toproduce a hyperimmune serum,of clinical grade, for testing in in vivo models of Ebola andMarburg hemorrhagic fever. Thepanning of the phage librarieswill be followed by production ofrecombinant antibodies, humanand murine, which will be testedin vitro and in vivo. The aim ofthe project is to develop a panelof monoclonal antibodies, whichcan be used in combination totreat humans infected witheither Ebola or Marburg. Thenext step will be to bring theseproducts into clinical use.

Future Outlook


Objectives

This project is focused on thedevelopment of protective and

diagnostic monoclonal antibodiesfor the detection, prophylaxis andpost-exposure treatment of bacte-rial and viral agents. The projectis initially limited to antibodydevelopment for Alphaviruses,Foot-and-mouth Disease (FMD)Virus, and Anthrax. However, the knowledge gained in thisproject will advance vaccinedesign for other potential agents of bio-terrorism and infectiouspathogens in general of bothhumans and animals.

In case of a terrorist event, the public health system must dealwith thousands, or even hundredsof thousands, of potentiallyexposed persons. Effective post-exposure treatment is required. Atpresent, antibiotics are availableonly for some bacterial agents andmust be administered within hoursafter exposure to be truly effective.Supportive treatment is all thatcan be offered for many of theviral agents. A cocktail of recombi-nant monoclonal antibodies canprovide immediate protection toboth bacterial and viral agents.However, to use antibodies aspost-exposure treatment, rapidmethods must be in place to correctly identify the microbialagent involved, since the rightchoice of antibodies must be usedin order to be effective. Therefore,this project addresses the develop-ment of monoclonal antibodies for specific detection and identifi-cation of BT agents as well as for

treatment purposes. Besides thehuman pathogens of anthrax andAlpha viruses, this project alsoaddresses the need to developrapid diagnostic reagents for theidentification of an important animal pathogen, FMD Virus(Foot-and-Mouth Disease), whichcan cause an enormous economicimpact in the Canadian livestockindustry. An outbreak of FMD inCanadian livestock will requiremany tests to be performed beforethe re-establishment of interna-tional livestock trade. Validatedtests with monoclonal antibodieswill help to speed up the recoveryof such an outbreak.

This project aims to:

� Develop monoclonal antibody-based treatments for the BTagents of anthrax and Alphaviruses (Venezuelan EquineEncephalitus [VEE], WesternEquine Encephalitus [WEE],and Eastern EquineEncephalitus [EEE]).

� Develop monoclonal antibody-based rapid diagnostic reagentsfor BT agents of anthrax, Food-and-Mouth Disease virus andAlpha viruses.

� Identify candidate microbecomponents for vaccinedevelopment against BTagents (anthrax, Alphaviruses and Food-and-Mouth Disease virus).

CRTI-0091RD The Development of Recombinant Monoclonal Antibodies for the Treatment and Detection of Bio-Terrorism (BT) Agents

PROJECT LEAD:National Microbiology Laboratory,Health Canada

FEDERAL PARTNERS:DRDC Suffield, National Centre forForeign Animal Diseases (NSFAD) –Canadian Food Inspection Agency.

AUTHORS:Dr. Amin Kabani


RecentProgressWork is progressing as planned inall six phases of the project:

Phase 1. Immunogen design: Initial design completed and vac-cines prepared for immunizationof animals to produce antisera and antibodies. Work to refine the design of better immunogen is expected to be carried outthroughout the project as newinformation is gained from the research.

Phase 2. Antigen production: Recombinant anthrax toxins arebeing produced at the Universityof Toronto via a contract awardedto Dr. Jeremy Mogridge. FMDvirus antigens have been producedand tested at CFIA-NCFAD. Theprotective domain of the anthraxPA toxin component has been successfully expressed by a newrecombinant DNA method at theDRDC-Suffield laboratory and theproduct is being tested for variouspractical applications for diagnosisand vaccine development.

Phase 3. Hybridoma mono-clonal antibody production: Monoclonal antibodies to differentanthrax toxin components, FMDvirus, and synthetic peptides thatrepresent parts of the anthraxtoxin and FMD virus have beenproduced and are being character-ized. In some cases, antibodiesproduced to synthetic peptideshave been found to recognizeeither the natural anthrax toxin or the FMD virus.

Phase 4. Recombinant anti-body production/constructionand testing: Antibody fragments to differentAlpha viruses have been producedby genetic engineering methods atthe DRDC-Suffield laboratory andsuch reagents are being tested forpotential application in diagnostictests. Methodologies for produc-tion of “humanized” antibodies by genetic engineering approach is being studied at the CFIA-NCFAD laboratory.

Phase 5. In-vitro assay development: Various enzyme immunoassays for detection and identification of anthrax toxin, FMD and alphaviruses are being developed in all three participating federal laboratories.

Phase 6. Vaccine development: Serological response of humanvolunteers immunized with thelicensed anthrax AVA vaccine isbeing studied. The serum anti-body response of cows andmonkeys immunized with the live attenuated spore anthrax vaccine is being evaluated atCSCHAH. Mapping of antibodies to anthrax toxin and FMD virus to identify what they recognize is being done by immunologists at the CSCHAH. Previouslyunknown sites on the anthraxtoxin were identified as potentialvaccine candidates for the devel-opment of next generation ofsubunit synthetic peptide vaccine.


Objectives

This CRTI TechnologyAcceleration project will

establish a world-class CB testand evaluation facility, known as the CBplus Chamber, at DRDCSuffield. The Chamber will enablethe first responder and militarycommunities to research, developand evaluate complete ensemblesof CB Personal ProtectiveEquipment (PPE) against liquid,vapour and aerosol CB hazardsutilizing non-toxic organisms andchemical compounds as simu-lants. In addition, the Chamberwill be used by government andindustry to develop new PPE concepts and materials.

Systems under test will beworn by an articulated man-nequin, representing humananthropometric body shape thatwill mimic human movements. Aseparate headform that simulateshuman facial movements is alsoincluded for testing integrated CB headwear systems.

The CBplus Chamber estab-lishes a number of Canadian firstsin systems level CB PPE research,development and evaluation,including:

a. The capability for testing overa broad range of controlledtemperature (+5 to +50°C),humidity (10 to 90% relativehumidity) and air flow (windspeed) (up to 25 km/hr).

b. The capability for testing withchemical simulants in vapour,aerosol and liquid form.

c. The capability for testing withchemical and biological simu-lants in the same chamber.

d. A state-of-the-art mannequinthat simulates body movementssuch as walking, running andbending at the waist.

e. A state-of-the-art headform.

Automated Chamber opera-tions will permit precise, repeatablecontrol over simulant release andenvironmental conditions while themannequin and headform will pro-vide reproducible body and facialmovements. This precision andrepeatability will enhance existingtest capabilities and also enable the certification of PPE for the firstresponder and military communi-ties. Of particular interest will bethe ability to conduct studies oflonger duration (6-12 hours) thatare required for certification, yetnot possible with human volunteers.

The Chamber will also allowgovernment PPE procurementteams to practice simulation-basedacquisition, using the Chamber toconfirm PPE requirements, evaluatepotential PPE suppliers and conductfinal acceptance testing of PPE.Similarly, industrial PPE providerswill be able to access the Chamberin support of their internal R&Dprograms and to achieve productcertification.

CRTI-0100TA Systems Level Simulant Test Chamber for CB Personal Protective Ensembles and Equipment, with an Articulated Mannequin Capability

PROJECT LEAD:Director Science and TechnologyHuman Performance, Defence R&D Canada

FEDERAL PARTNERS:Director Nuclear Biological ChemicalDefence and DRDC Suffield, Royal Military College, Department of National Defence

INDUSTRY PARTNERS:Amtech Aeronautical Ltd.

AUTHORS:Dr. Scott Duncan, Head, PhysicalProtection Group, CBDS, DRDCSuffield;

Dr. Alex Markov, Amtech Aeronautical Limited,

Mike Greenley, Greenley & Associates;

Ted Timmons, Greenley & Associates;

Dr. Eva Dickson, ChemistryDepartment, Royal Military College;

Maj Pierre Caron, Directorate NuclearBiological Chemical Defence, DND;

Ken Torrance, Amtech Aeronautical Limited, tel: (403) 529-2350, email: [email protected]

Julie Tremblay-Lutter, DRDC/DSTHP 4, tel: (613) 995-7627, email: [email protected];

Dr. Ken Johnson, DRDC/DSTHP, tel: (613) 992-2877.


The CBplus Chamber is an integral component of collabora-tive efforts with two current CRTIprojects - 00161TA CBRN BlastProtective Helmet (Med-EngSystems Inc., Ottawa, ON) and0029RD New Standards for BroadSpectrum PPE for First Responders(RMC, Kingston, ON).

RecentProgressProgress since the last CTRISymposium, in June 2003, hasbeen substantial and includes thesuccessful accomplishment of anumber of key tasks and mile-stones, including the following:

� Chamber design/build contract award

� Mannequin requirementscomplete

� Chamber specificationapproved by DRDC

� Environmental Assessment(EA) complete and approvedby DRDC-S EnvironmentalOfficer

� Mannequin contract award

� Chamber design complete andapproved by DRDC

� Subsystem construction started

� Building construction started

Recent technical achievementshave included:

� A three-dimensional computa-tional fluid dynamics analysisof the air velocity in the testsection demonstrating that auniform turbulent air velocityprofile can be obtained withinthe required tight tolerances in a ductwork system that issubstantially less than ideal.

� Materials tests identifying several previously untestedmaterials that are resistant toand do not absorb the chemi-cal simulant. Such materialsare necessary to provide anultra low background level of simulant, especially duringapplication and removal of the simulant dosimeters wornunder the PPE.

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The project is progressing asplanned with only small changesto the schedule arising to date.The deliverables for this projectinclude the following equipment,documentation and services:

� Commissioned, fully opera-tional CBplus Chamber

� Chamber Operator’s Manual

� As-built construction drawings

� Final Report documentingthe work performed underthe contract

� Technical support for thetwo collaborative CRTI projects

The CBplus Chamber will be aleading Canadian capability inthe research, testing, evaluationand certification of CB PPE forboth first responders and themilitary. The CBplus Chamber will ultimately provide higherperformance CB protection tofirst responders and the military,reducing the casualty rate in theevent of a CB terrorism incident.

Future Outlook


Objectives

The early and sensitive detec-tion of terrorist agents offers

significant opportunities forenhancing the security of theresponders community throughattack interdiction, consequencemitigation and incident manage-ment. Practical realization ofthese opportunities requiresmature technologies for gatheringthe large volumes of terroristagent sensor data in real time andfor making these data available tooperations managers and decisionmakers as usable information.

RecentProgressThe operational technologies ofCRTI 0105TA, the Mobile RealTime Radiation SurveillanceNetwork, provide open architecturesupport for a network of mobileradiation (gamma and neutron)sensors with bidirectional real timecommunication to a central serverover both wide area and local wire-less networks as well as Ethernet.The network also provides for staticVital Point or chokepoint sensors aswell as chemical and biological sen-sors. Sensor data is associated withGPS data and time stamp. Sensorsand the supporting electronics aresuitable for both vehicle and per-son-carried operations and makepossible the covert surveillance of a public event and protection of the area. Reliable, consistent datareporting is managed by the

system. Vehicle-based operationshave no impact on routine patroloperations. Open software architec-ture supports a variety of database,query, GIS, mapping, aerial andsatellite image software applications.

The large volume of networkdata is transformed into informa-tion congruent with RCMPCommunications and OperationsCentres procedures for incidentidentification and management.Innovative threat imaging soft-ware supports incident analysisand management and off linetraining and simulations. Novelsignal detection technology char-acterizes the urban radiologicalenvironment and excursions from normal.

CRTI-0105TA Real Time Threat Imaging with CBRN Sensor Networks

PROJECT LEAD:McFadden Technologies

FEDERAL PARTNERS:Health Canada, RCMP

AUTHOR:Dr. Robert McFadden


Future OutlookThe operational experience with the implementation of a mobile network of radiation sensors based on the RCMP patrol of theNational Capitol Region and theextension to static and chemical sensors is demonstrated and discussed.

Objectives

The principal objective of thisproject is to enhance the capa-

bilities of first responders ormilitary personnel to determine the presence of hazardous chemicalcompounds in the environment.This will lead to the developmentof portable and direct sensingdevices capable of equipping firstresponders in their interventionsand helping them in their training.The use of innovative imprintingtechniques to deposit artificialrecognition elements on selectedsurfaces will produce robust andaffordable devices adaptable to avariety of detection and identifica-tion purposes. Arrays of chemicallyand spatially-resolved functionalgroups have been imprinted ontosubstrate surfaces, enabling therecognition of complementary molecules.

Molecular imprinting is anemerging technology based on the use of artificial recognition elements. These artificial recognitionelements provide an alternative tothe use of the somewhat fragileelements (such as enzymes, pro-teins or antibodies) used intraditional sensing devices, whichlack storage and operational stabil-ity. Standard molecular imprintingis a process by which functionalmonomers are allowed to self-assemble around a templatemolecule and are subsequentlycrosslinked into place. The tem-plate is encapsulated in a stablethree-dimensional polymer matrix.The template molecule can thenbe removed, leaving behind a

cavity that will bind moleculesidentical to the template molecule.The imprint is like a lock that isonly compatible with the correctkey, similar to biological systems,such as enzymes and substrates,antibodies and antigens, and hormones and receptors.

Recognition between a molecu-lar receptor (host) and a substrate(guest) in a matrix containingstructurally related moleculesrequires discrimination and specificbinding; this can happen only if thebinding sites of the host and guestmolecules complement each otherin size, shape, and chemical func-tionality. When these arrays arecoupled with sensors employingstandard surface analytical or pho-tonic techniques, targeted specieswill be detectable and identifiablein real time. Moreover, this tech-nology, through the control ofsurface chemistries, may find application in various other sectors,such as in the pharmaceutical andbiotechnology industries.

A research methodology hasbeen developed to carry out thisresearch project. The NRC-IMSand NRC-ICPET teams are jointlydeveloping the polymer materialsto be used as recognition tem-plates. NRC-IMS is carrying outthe chemical patterning andmolecular recognition parts of the project. The fabrication andcharacterization facilities of bothIMS and ICPET are being used.Computer simulation studies arecarried out at MUN with inputsand feedbacks from both DND and NRC-IMS.

CRTI-0120RD Development of a Novel Molecular ImprintingMethodology for Sensing Applications

PROJECT LEAD:National Research Council of Canada

FEDERAL PARTNERS:Department of National Defence,Directorate of NBC Defence; Defence R&D Canada - Suffield

AUTHORS:Karim Faid, Raluca Voicu, AbdiFarah, Christophe Py and RalucaBarjovanu, NRC- Institute forMicrostructural Sciences;

Farid Bensebaa, Kidus Tufa and Zhao Li, NRC- Institute of ChemicalProcessing and EnvironmentalTechnology;

Jolanta Lagowski and Dumitru Pavel,Memorial University ofNewfoundland;

Jean-François Legault, Departmentof National Defence, Directorate ofNBC Defence;

Carmela Jackson Lepage,Department of National Defence,Defence R&D Canada - Suffield


The main strength of this pro-posed methodology is theintegration of the recognitionand detection subsystems on a chip. The incorporation on a chip of the chemical and/orbiological recognition elementsalong with the analytical element(such as micro-photonic analyti-cal method) will allow thedevelopment of self-contained,compact, robust real-time sens-ing devices. Fine tuning of thevarious materials and processeswill be continued, so that thespecific and selective detectionand recognition of untaggedmolecular target will be achieved.The design and development of an analytical system capable ofdetecting the rebinding ofuntagged molecules will bestarted. The development of a virtual library of host-guestinteractions involving real agents will be carried out.

The main outcome of this project is to provide enabling technolo-gies for use in building adequateprevention, surveillance andwarning capabilities. Moreover,the availability of such real-timesensing and screening devicesmay have a direct effect on public confidence through thegiven reassurances that potentialthreats can not only be handledefficiently but also preventedthrough the use of state-of-the-art detection technologies. Theproof-of-concept phase of thisproject is to be completed byDecember 2005.

Future Outlook

RecentProgressThe proof of concept of 2DMolecular Imprinting has been made.The development and characteri-zation of the model system,selected to perform the proof-of-concept, has been carried out.Multi-functional monomers andpolymers have been designed,synthesized, characterized andused for the development of the surface synthetic recognitioncavities. The selective rebindingof the molecular target has beenperformed and probed using standard surface characterizationtechniques, such as X-rayPhotoelectron Spectroscopy(XPS), Grazing Angle FourierTransform Infra-Red (GA-FTIR),Atomic Force Microscopy (AFM)and Fluorescence microscopy. The patenting of this methodologyis being pursued and a first manu-script has been submitted forpublication.


Objectives

Since the early 1990s, defencepersonnel from several nations,

including Canada, have reliedupon an auto-injector containingthe nerve agent antidote HI-6 toprovide immediate treatment regi-men for chemical agent exposure.HI-6 was chosen primarily becauseit provided superior effectivenessagainst a broader range of nerveagents. Deficiencies with the cur-rent system include: the lack of acommercial source of supply ofGMP-grade HI-6, a cumbersomesystem of multiple auto-injectors,the absence of HI-6 for parenteraladministration and an incompletedata package to support a regula-tory submission.

The project seeks to develop a nerve agent antidote systemcomprised of a 3-in-1 auto-injectorand HI-6 in a vial for parenteraladministration. The auto-injectorwill contain an oxime (HI-6),anti-cholinergic (atropine) and an anti-convulsant (avizafone).Pre-clinical studies will supportthe preparation of Clinical TrialApplications to Health Canada.Federally, partnerships have beenestablished with OCIPEP and theformer Solicitor General, nowsubsumed within the new Public Safety and EmergencyPreparedness portfolio, and Health Canada. In addition, theproject seeks to collaborate withallied defence partners.

The project objectives include:

� Develop an optimized route of synthesis for HI-6

dimethanesulfonate (DMS)suitable for industrial scale-up;

� Produce a quantity of GMP HI-6 DMS accompanied by aDrug Master File;

� Identify or develop an optimized route of synthesisfor avizafone suitable forindustrialization;

� Produce a quantity of GMPavizafone accompanied by aDrug Master File;

� Select or develop an auto-injector capable of meeting the 3-in-1 auto-injectorrequirements to agreed-uponspecifications;

� Conduct formulation activitiesto support each drug product;

� Complete the necessary pre-clinical studies; and

� Prepare a Clinical TrialApplication in CommonTechnical Document format.

The following milestones andtimelines are anticipated:

� HI-6 Drug Substance – newalternate synthesis route:Q3/2004

� HI-6 Small batch production:Q1/2005

� Avizafone Drug Substance:Q3/2005HI-6 Parenteral DrugProduct: Q4/2005

� 3-in-1 Drug Product: Q4/2006

� Non-clinical Trials completed:Q4/2007

� Clinical Trials Application:Q2/2008

CRTI 0131TA HI-6 Nerve Agent Antidote System

PROJECT LEAD:Defence R & D Canada

FEDERAL PARTNERS:Department of National Defence

INDUSTRY PARTNERS:UGM Engineering Ltd.

AUTHORS:Maj. Don Van Loon


The development of a novel synthesis route for HI-6 DMScontinues. An optimized processwill be selected by mid-2004, to be followed by small batchproduction to demonstrateindustrial viability. The conver-sion of HI-6 2Cl to DMS will be extended to the 1kg level.

Efforts will continue to identifyadditional partners. If success-ful, HI-6 production will bescaled-up to industrial produc-tion, if demand warrants.

Anticipated deliverables includeprovisional patents for novelroutes of synthesis for HI-6 DMSand the conversion of HI-6 2Cl.It is expected that 1 kg of HI-6DMS will be converted from anew source of BCME-derived HI-6 2Cl. In addition, the finalHI-6 alternate synthesis routewill yield three consecutive lotsof HI-6 DMS from the smallbatch production process.

In the longer term, product for-mulation for both the vial and3-in-1 auto-injector will be initi-ated, and pre-clinical studies will commence. All products and data sets will be developedin a manner that will facilitate a final regulatory submission.

Future Outlook

RecentProgressBaseline ProjectDocumentation A Baseline Project Document hasbeen completed. It identifies andsupports all tasks and deliverablesof the project, and includes aGantt chart with planned start and finish dates. A cost estimatehas been prepared for each task,supported by vendor quotations.

Drug Substances

� HI-6 Progress

• The project has identifieda method to convert previ-ously available HI-6 2Cl to the required HI-6 DMSsalt on a small-scale level.Work is ongoing to con-firm that this process willbe viable for convertinglarge amounts of HI-6 2Cl,should this be required.

• Coupled with the conver-sion process investigationis the identification of anew route of synthesis toproduce HI-6 2Cl. The pre-liminary data is promising.

• Since the desired drugsubstance is the HI-6 DMSsalt, investigations are alsounderway to develop anew direct-to-DMS routeof synthesis. Results forthis process are expectedin the next 3-6 months.

� Avizafone Progress

• Due to lack of informa-tion on the production of avizafone, the projectinitiated proof of conceptinvestigations into theproduction of this drugsubstance.

• Stage one of the proof ofconcept is complete withthe production of a smallquantity of avizafone.Further clarifying work isrequired to document afull production method,and will take place in thenext 6-9 months.

Auto-injectorEngineering design students wereasked to research new designs for an auto-injector. The resultinginformation will be used to identifythe requirements and specificationsof the new auto-injector.


Objectives

The aim of the project is todevelop innovative technolo-

gies using Inductively CoupledPlasma Mass Spectrometry (ICP-MS) for the rapid analysis of radionuclides that pose a serioushealth threat after a radiological or nuclear terrorist attack.

RecentProgressRapid sample preparationSample preparation is an importantstep in the total analysis of a sam-ple. Combustion was studied forthe rapid decomposition of differenttypes of samples. Temperatureregime, gaseous atmosphere andcombustion devices were comparedand optimized. The influence ofsample matrix and sample size onthe speed and completeness ofdecomposition was investigated.The most efficient digestion wasfound for vegetation samples (i.e.leaves and grass) in a muffle fur-nace using compressed air. Morethan 92% of the sample matrix canbe removed with a combustiontemperature of 400-550˚C. Thetotal time for combustion of 1-2 gof sample is 10-15 min, while 10-20 samples can be placed in themuffle furnace simultaneously.

Instrumentation Optimization of instrumental con-ditions is necessary to obtain thelowest detection limit and the bestanalytical precision. Different ICP-MS instruments (i.e. ELAN-5000,

ELAN-DRCII and ELEMENT) anddifferent introduction systems (i.e. conventional nebulizer,ARIDUS desolvating unit and highsensitivity APEX system) werecompared for the determination of radioisotopes by ICP-MS. Variouscombinations of ICP-MS instru-ments with introduction systemswere tested with different matrices(i.e. clean matrix, in the presenceof high uranium concentrationsand using six types of biologicalsamples). The lowest detection limits for the clean matrix wereobtained using the APEX coupledwith the ELEMENT-2. For thedetermination of actinides in samples containing high uraniumconcentrations and also for thedetermination of radioactive cesiumin the presence of Ba, the ELAN-DRCII was found to be the bestinstrument. Direct analysis of sixdifferent types of biological samplesindicated that separation ofradioisotopes from the matrix is necessary. The choice of theintroduction system for the deter-mination of actinides depends onthe level of uranium present in the sample.

Dynamic reaction cell (DRC)With few exceptions, isobaricatomic interferences cannot beresolved spectrally in conven-tional ICP-MS even using ahigh-resolution double focusinganalyzer. However, ion-moleculereactions that are specific to convert one of the isobars to a product ion of different (andthus not interfering) mass can be promoted with high efficiencywithin the mass spectrometerusing a quadrupole reaction cell

CRTI 0133RD New Technologies for the Rapid Assessment of Radioactive Contamination

PROJECT LEAD:Trent University

FEDERAL PARTNERS:Health Canada, National Research Council

INDUSTRY PARTNERS:MDS Sciex

AUTHORS:Dr. Vladimir Epov, Trent University,tel: (705) 748-1011 x 7020, email: [email protected];

Prof. Douglas Evans, Trent University,tel: (705) 748-1010 x7364, email: [email protected];

Dr. Jack Cornett, Health Canada;

Dr. Patricia Grinberg, NRC;

Dr. Chunsheng Li, Health Canada;

Dr. Ralph Sturgeon, NRC;

Dr. Scott Tanner, MDS Sciex;

Dr. Vladimir Vais, Health Canada;

Dr. Scott Willie, NRC


The next steps of the project are: (1) optimization of the new device for rapid sampledigestion; (2) development ofanalytical techniques for thedetermination of other actinides(i.e.,Am, Np, U, Th); (3) applica-tion of ETV as a sampleintroduction system for ICP-MSanalysis of radioactive Cs and U;and (4) high temperature pyroly-sis for the separation of highlyvolatile radioisotopes (i.e. I-129)prior to introduction to ICP-MS.

Future Outlook

with dynamic bandpass tuning tosuppress other interfering mole-cules. Using stable isotopes, weobserved that Ba+ can be reactivelyreduced by 5 orders of magnitudethrough oxidation with N2O whileCs+ does not react. This shouldmake possible the detection of135Cs+ and 137Cs+ in the presenceof Ba. Chemical resolution of them/z 238 isotopes of U and Pu canbe obtained using ethylene as areaction gas. Unfortunately, thisprovides little improvement in theresolution of the m/z 239 isobars.However, the high efficiency forreaction of U+ and UH+ with CO2,coupled with the non-reactivity of Pu+, allows for the sub-pptdetermination of the isotopes ofPu in the presence of 7 orders ofmagnitude excess U. The methodprovides the potential for analysisof the actinides with reduced sample matrix separation andimproved throughput.

Ion chromatography (IC)Ion chromatography is a veryhelpful approach to avoid matrixeffects and some spectral interfer-ences, and also to preconcentratethe analyte. Ammonium molyb-dophosphate was used for selectivepreconcentration and separation ofCs. Both the acidity of the sampleand the sample loading flow ratewere optimized. A 0.5% ammo-nium solution was found to be thebest choice to extract Cs from thecolumn. A cationic exchanger,AG50W X 8, was used to separateCs from high concentrations ofMo, because during ICP-MS analy-sis, ArMo interferes with all threeradioactive Cs isotopes. Differention chromatographic resins were

studied for the separation ofactinides from the sample matrixand for their preconcentration.TRU resin from the EichromCompany was found to be veryefficient for separation of actinidesfrom biological matrices. On-lineseparation is being developed.

Electrothermal vaporization (ETV)Electrothermal vaporization wasused as a sample introduction system to complement samplenebulization. This device is basedon the difference in volatilizationrates for Cs and Mo so that theanalyte can be directly determinedwithout the necessity of removingMo prior to the measurement. Theinfluence of instrument operatingconditions and vaporization char-acteristics of Cs, in the presence ofhigh concentrations of Mo, wereinvestigated. It was verified thatair oxidation, for 30 s after thepyrolysis step, is recommended forremoval of most of the Mo presentin the sample. Under these condi-tions, 2500 ppm of Mo resulted ina contribution equivalent to only26 ppt for m/z 137. In contrast,without the use of air oxidation,the same contribution is achievedwith only 500 ppm Mo.

Determination of Pu in biological samples Pu was spiked into different biological samples and determinedby ICP-MS, after rapid sampledigestion, separation of Pu from the residual sample matrix usingion chromatography, and determi-nation of Pu using the ELAN-DRCIIwith the APEX as the sample introduction system.


Objectives

Appropriate and timely identifi-cation of bacterial pathogens is

critical in minimizing the impact ofbioterrorism events. However, clas-sical, culture-based identificationmethods are time-consuming andnot easily adapted to field practice.Thus there is a need to create rapiddiagnostic assays to augment andimprove biodefensive responsestrategies among operational com-munities for both lab-based andfield-based applications. In order to address this need, the InfectiousDiseases Research Centre (IDRC)|of Université Laval, Defence R&DCanada - Suffield (DRDC Suffield),Health Canada - NationalMicrobiology Lab (HC-NML), andInfectio Diagnostic (IDI.) Inc., willcontribute to the design, develop-ment and testing of rapid (<1h)fluorescence-based PCR assays for the specific, ubiquitous, andsensitive detection and identifica-tion of Yersinia pestis and Francisellatularensis. Assays will be developedfor the Smart Cycler™ platform bytargeting unique sequences in con-served chromosomal genes andpathogen-associated virulencegenes. Liquid and dried reagent formulations and a rapid sampleprocessing procedure to preparesamples for analysis will be devel-oped. Assays will be unique andinnovative in their design, and performed directly from clinical and environmental specimens.

RecentProgressSeveral evolutionary conservedchromosomal genes and virulencegenes were selected as targets for multiplex PCR assay design.Relevant strains useful for ubiquityand specificity testing were identi-fied and procured from partnercollections and from outsidesources based on geographic and phylogenetic diversity.Genomic DNA required to gen-erate sequence information forprobe and primer design was prepared from selected microbialstrains using methods that pro-vided sterile preparations andfulfilled the requirements for subsequent use (sequence analysis,molecular typing, PCR). Sequenceinformation was generated for sev-eral conserved chromosomal genetargets (tuf, atpd, recA, fus, hsp60)from several strains of eachpathogen, and also from closelyrelated species. Sequence informa-tion for virulence genes associatedwith Y. pestis (pla, ymt, caf1) and F. tularensis (fopA, tul4) was alsogenerated. This information, alongwith existing sequence informa-tion in IDRC’s sequence database,was used to design PCR primersand probes for assay development.

In the case of Y. pestis, plasmidDNA sequence analysis of severalY. pestis strains revealed conservedgene targets on both pPCP1 andpMT-1 plasmids. Sequence analysisof chromosomal DNA fragmentsfrom several relevant Yersiniastrains, including closely-related

CRTI-0154RD Rapid (<1h) DNA-Based Diagnostic Tests to Identify Two Bacterial Biothreat Agents

PROJECT LEAD:Defence R&D Canada – Suffield

FEDERAL PARTNERS:Health Canada – NationalMicrobiology Laboratory

AUTHORS:Eric Leblanc, Infectious DiseasesResearch Center, St. Foy, QC, tel: (418) 654-2705, email: [email protected];

Doug Bader, Defence R&D Canada –Suffield, Medicine Hat, AB, tel: (403) 544-4650, email: [email protected];

Louis Bryden, Health Canada -National Microbiology Laboratory,Winnipeg, MB, tel: (204) 789-2000, email: [email protected];

Michael Mulvey, Health Canada-National Microbiology Laboratory,Winnipeg, MB, tel: (204) 789-2133, email: [email protected];

Jean-Pierre Gayral, InfectioDiagnostic (IDI) Inc., St. Foy, QC, tel: (418) 681-4343, email: [email protected];

Michel G. Bergeron, InfectiousDiseases Research Center, St. Foy, QC,tel: (418) 654-2705, email:[email protected].


Over the next year, assays forboth organisms will be evalu-ated using spiked clinical andenvironmental samples. Theassays will also be developed foruse with fluorescent probes (i.e.Taqman chemistry). During thistime, rapid sample preparationmethods will be investigated and specification/qualification assessment of critical assay components will be initiated bythe project’s industrial partner in preparation for developing and manufacturing driedreagents and assay protocols forlive agent testing. Preparations to conduct live agent testing inthe federal laboratories (plannedfor the final phase of this proj-ect) will be initiated. The finaloutcomes of the project willinclude rapid (<1h) DNA-baseddiagnostic assays for Yersiniapestis and Francisella tularensisvalidated to industrial stan-dards; capability at two federalsites to detect and identifyYersinia pestis and Francisellatularensis in various clinical and environmental sample typesusing these assays; species-specific and strain-specificsequence data for future molecu-lar research of these organisms.

Future Outlook

Y. pseudotuberculosis, allowed theidentification of a unique Y. pestischromosomal polymorphism.From this work, a specific, sensi-tive and rapid multiplex PCR assaywas designed to include plasmidicand chromosomal target sequencesof Y. pestis. In the case of F. tularen-sis, a multiplex assay targetingconserved (tuf) and virulence(fopA) gene targets of F. tularensiswas developed and tested.Multiplex assays were initiallydeveloped using standard PCRprotocols coupled with agarose gel electrophoresis, where eachamplicon was distinguished by its size. Agarose gel detectionassays were subsequently adaptedto fluorescence-based amplicondetection using SYBR Green I dye,where each amplicon was distin-guished by analysis of the meltingcurves generated by the SmartCycler™ instrument. An internalcontrol was included in the assaysto verify the efficiency of eachPCR reaction.


Objectives

When first responders such asEOD technicians face a sit-

uation which may or may not beCB-related, there is often somedoubt as to what equipment touse. In the case of a potentialexplosively-driven agent, full CBequipment, including SCBA orgas mask and full-body protectionis required; however, since manyCB agents are volatile, the explo-sive charge is usually low, and the level of blast protectionrequired is typically not as high asfor traditional explosive devices.On the other hand, if the deviceis suspected to contain a largeexplosive charge, the CB protec-tive equipment is unnecessary,and better blast protection isrequired. In the past, EOD unitshave had to own and maintain all of the equipment for bothtypes of threats, and if the natureof the threat was determined to be different than originallythought, the technician had tochange the entire protectiveensemble in the field, losing precious time and requiring two different sets of equipment.Further, existing CB-protectiveEOD equipment does not haveappropriate levels of fragmenta-tion or blast loading protection.This was recognized as a seriousgap that is now being addressed.

The new CB Blast ProtectiveHelmet is a modular system inwhich a common helmet shell isused with two different, easily-changeable visors, one which canaccommodate a CB face mask, theother with enhanced blast protec-tion. This helmet also has severalsizes of removable comfort liners,allowing for many different users(with varying head sizes) to usethe same helmet shell, even whilewearing a CB-protective balaclava.

MES is currently involved inthe final stage of the developmentof this helmet under the auspicesof the CRTI program, a $1.8 mil-lion project. For this program,MES has teamed up with endusers with extensive experience in CB Blast applications from theRCMP, and worked in close collab-oration with researchers fromRMC and DRDC-Suffield to evalu-ate the performance of the helmetprototypes against various types ofCB agents and explosive threats.User trial feedback has generatedseveral design improvements tothe functionality in the CB role.Extensive blast integrity testinghas been carried out at DRDC-Suffield, along with explosivedispersal testing of chemical agentsimulant. In addition, MIST testing(Man-in-Simulant Testing), con-sisting of exposing first respondervolunteers from the RCMP to sim-ulated CB agents has taken placeat RMC, and similar tests will takeplace shortly at DRDC-Suffieldwith biological simulants.

CRTI 0161TA CB Blast Protective Helmet

PROJECT LEAD:Explosive Disposal and Technology Branch-RCMP

FEDERAL PARTNERS:DRDC-Suffield, RMC, DRDC-SIHS

AUTHORS:C. Kessleremail: [email protected], J-P Dionne and A. Makris, Med-Eng Systems Inc., tel: (613) 739-9646;

John Bureaux, Explosive Disposaland Technology Branch – RCMP.


RecentProgressWith the initial design completeand prototypes available, 2003-2004 was a period of majordevelopment testing for the CB Blast Protective Helmet.

Improved fragmentation protection over that of the previous system has, perhaps,been the most important gapaddressed through this program.Fragmentation testing, for boththe helmet shell and for the twovisors, has taken place through-out the design process, as a resultof user feedback and technicalchallenges. The fragmentationprotection is determined in accor-dance with MIL-STD-662F, givinga V50 rating for each component.V50 is defined as the fragmentvelocity at which 50% of theimpacts are stopped by the mate-rial. A 17-grain, chisel-shapedfragment simulator was used inthese tests. Meeting the designgoals for V50 ratings while main-taining an appropriate overallweight has been an ongoing chal-lenge. The current specificationsare as follows: shell, 610 m/s;EOD visor viewing area, 780 m/s,non-viewing area, 700 m/s; CBvisor, 700 m/s. The previous CB visor available (SRS-5) only

provided a V50 protection of 250 m/s for the visor and 425 m/sfor the shell.

Full scale blast testing, usinginstrumented mannequins wear-ing full EOD equipment andfacing representative charges, was performed in October 2003 at DRDC-Suffield. With a pressuretransducer at the ear and a tri-axial cluster of accelerometers at the centre of the head of themannequins, these tests show thereduction in both overpressureand head acceleration, which cancause eardrum injuries and con-cussive injuries, respectively. Byperforming both protected andunprotected tests, the reductionof ear overpressure and headacceleration due to the helmetcan be quantified. When facing0.567 kg C4 from a distance of0.6 m, the average reduction inoverpressure at the ear was 98%,and the average reduction in head acceleration was 91%.

Also in October 2003 atDRDC-Suffield, explosive dispersaltesting was performed, in which a mannequin was subjected to anexplosively-driven chemical agentsimulant (methyl salicylate). Themannequin, with adhesive passiveadsorbent dosimeters (PADs) andcolour indicator paper placed instrategic locations all over the skin surface, wore a full chemical

protective undergarment, EODsuit, and CB Blast ProtectiveHelmet with CB visor over aseries of SCBA and gas mask sys-tems. Since the limited testing ofthis type in the past has takenplace inside a chamber, with cleanrooms for the doffing process, andthe facilities available required anoutdoor test, a new test protocolwas devised for outdoor testing atSuffield. The indicators at the skin surface showed that no discernible amount of liquid or vapour contaminationoccurred.

In November 2003, Man-in-Simulant-Testing (MIST-vapour)took place at the RMC in Kingston.In this test, human subjects (RCMPvolunteers) had PADs placed on theskin surface, were dressed in cool-ing undergarments, CPUs, full EODsuits, SCBAs, and the CB BlastProtective Helmet with CB visor.They were then asked to performseveral physical activities whileinside a chamber full of chemicalsimulant vapour. These activities(bending, lifting, climbing, walking)were intended to stretch and stressthe seals of the entire personal protective equipment system, par-ticularly any interference betweenthe visor and the face mask of theSCBA or any movement that maycause penetration of agent to theskin dosimeters.


These MIST tests also providedimportant user feedback, whichhas been used, with other user trials and fit trials throughout thedesign process to make the CBBlast Protective Helmet both morecomfortable and more useable, aswell as safer through better fit.

Finally, drop tower impacttesting, performed in accordancewith the standards for riot hel-mets, was carried out in December2003 and January 2004 in order to determine the best design andchoice of material for the impactliner.

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There is still a significant amountof testing that remains to bedone. Now that the design of theprototype is frozen, many of thetests performed during develop-ment must be repeated todetermine final specifications for the helmet. Another series of blast testing is scheduled forMay 2004 at DRDC-Suffield, asdesign changes since the previ-ous testing may have improvedthe blast performance. MIST-aerosol testing, which uses abiological – rather than a chemi-cal – simulant, is tentativelyscheduled for September 2004.Moreover, a wide range of testsare scheduled to ensure the relia-bility of the CB Blast Helmet,including temperature shock,vibration, cyclical testing, elec-tronics and electromagneticverification, storage and transportation testing, and environmental testing. The CBBlast Helmet will have undergonemore extensive testing than anyexisting blast helmet.

Future Outlook


Objectives

Canada is currently free of majortransmissible animal pathogens

such as foot and mouth disease(FMD) and Hog Cholera (HC). This freedom has allowed for aninternationally-recognized, superiorhealth status for Canadian live-stock; development of an efficientlivestock production industry; andan export trade in live animals andanimal products worth billions ofdollars per year. Ironically, it islargely because of its excellenthealth status and a consequent lackof natural or acquired immunity,that Canadian livestock is particu-larly vulnerable to infection byexotic animal pathogens. It has alsomeant that veterinary first respon-ders have not had opportunities togain direct experience in managingsuch outbreaks within Canada.

An outbreak of an exotic animal disease caused by agro-terrorism would result in swift and severe economic damage toCanada. The extent of this damageis illustrated by the recent “natu-ral” introductions into Canada ofBSE in 2003 and highly patho-genic avian influenza in 2004.Outbreaks can result in the imme-diate closing of Canada’s bordersfor exports of animals and animalproducts. Economic and socialconsequences could be as extemeas those experienced by the 2001British FMD crisis in which dam-age to the economy exceeded$30B (CDN). If agro-terroristswere to introduce a zoonosis (ie. an animal disease capable of infecting humans) such as

zoonotic Avian Influenza (AI) orNipah virus (NV), human healthcould well be affected.

Agro-terrorism using an ani-mal disease would likely presentitself differently than a natural disease incursion. A multi-focalsimultaneous outbreak of anexotic disease, or an emerging dis-ease, could occur. A disease couldpresent different clinical signs thanusual due to an aerosol exposureto the disease agent instead of thenormal animal-to-animal trans-mission route.

Early detection, warning tothe agro-sector and rapid actionare essential in containing andeliminating disease and mitigatingnegative consequences on health,economy and public confidence.This will depend on being wellprepared to detect signs of diseasein animals early and accurately, to differentiate quickly betweendiseases which have similar signsand to manage longer term conse-quences through containment and eradication. These effortsrequire highly trained veterinaryfirst responders (VFR) in the field,well equipped with robust, rapiddiagnostic screening tests, andwith the ability to communicatewith scientific experts in real time.

CRTI-0196RD Development of Rapid Detection Field Tests and TrainingPrograms for Veterinary First Responders to AddressAgro-Terrorism with Animal Pathogens

PROJECT LEAD:Canadian Food Inspection Agency

FEDERAL PARTNERS:National Research Council, National Microbiology Laboratory of Health Canada

AUTHOR:Shane Renwick DVM MSc, Director,Animal Health Laboratory Services,Laboratories Directorate, CanadianFood Inspection Agency (CFIA)


RecentProgressAnimal diseases may be diagnosedrapidly using new technologies thatdetect antigen (protein) or genomesequence (DNA) specific to a par-ticular pathogen or, later in thedisease process, antibodies in theblood (serum) of a recovering ani-mal. For example Enzyme-LinkedImmuno-Sorbent Assay (ELISA)technology can produce tests,which are read by a simple colourreaction and may be suitable foruse as dipstick or penside tests foreither antigens or antibodies.Polymerase chain reaction (PCR)technology can detect DNAsequences unique to certainpathogens and can be used inmobile field units. DNA or proteinmicroarrays can be designed todetect and differentiate multipleantigens, antibodies or DNA.

The project is developing new,rapid, highly sensitive diagnostictests based on the key platformtechnologies that have the greatestpotential as field tests for VFR.These tests will be mobile androbust for use under field condi-tions. They will produce highlyreliable, accurate results rapidly,support differential diagnosis,allow for automation for handlinglarge numbers of samples, andallow for electronic collection andtransmission of data. These testswill be applied to rapid diagnosisof the FMD, HC, AI and NV.

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Technologies groups that are underdevelopment include Real TimePolymerase Chain Reaction (RT-PCR) for FMD, HC, and AI;DNA/Protein Microarrays for FMD,HC, AI; and Rapid Antigen/Antibody Detection Systems.

The latter group will include sub-projects that will:

1. Develop FluorescencePolarization Assay (FPA) technology, dipstick ELISA or acoustic rupture eventscanning for FMD, HC and AI;

2. Differentiate convalescent animals from those vacci-nated against FMD bymultiplex ELISA;

3. Develop Rapid DiagnosticColloïdal-Gold Immuno-Blotting Methods for HC and AI;

4. Develop field tests for thedetection of NV.

Each technology group is led by aCanadian Food Inspection Agency(CFIA) laboratory equipped withbiocontainment facilities (Level 3 or4) and having specialized expertisein select animal pathogens and keytechnologies. A Training andCommunications group has beenformed to study transmission ofdata from the field to the labora-tory and to train first responders.

Future Outlook


Objectives

This project will construct afieldable prototype standoff

radiation detector. Conventionalradiation detectors work on theprinciple of “direct” detection,whereby the radiation must actually enter the detector to becounted. A significant drawback to this is that a radiation surveyormust enter a radiation field inorder to detect it. This project will construct a detector based on “indirect” detection, allowingdetection of a radiation field froma distance. This will allow detec-tion of contaminated areas priorto entry, and characterization ofsuch areas to identify those ofhigh and low dose rate, to facili-tate mission planning. The projectis thus closely aligned with theCRTI Investment Priority“Immediate Reaction and Near-Term Consequence ManagementCapabilities”.

RecentProgressStandoff detection of radiation is a significant challenge. Thereare very few avenues by which“indirect” detection may beaccomplished. The most promis-ing of these is by detecting thefaint light emitted by ionized molecules in the air surrounding a radioactive source. Fortunately,these emissions occur in colourbands of specific relative intensi-ties, which make them easier tosense against high levels of back-ground light from other sources.Furthermore, because the spec-trum of emissions is unique,misidentification of extraneouslight is significantly lessened.

Several techniques could beused to sense these emissions. Oursystem employs custom-fabricatedmirrors and optical filters to simul-taneously image a scene of interestin several wavelength bands.These images are then processedto look for the signature of radia-tion-induced photoluminescence.In field tests with a laboratory prototype system, the team hasdemonstrated the ability to detectalpha, beta, and gamma radiationfrom considerable distances, wellbeyond the limits of conventionaldirect detection.

The project began by designingthe fieldable prototype detector,from both an optical and mechani-cal standpoint. The optical design ofthis system was based on hundredsof simulations of various optical

CRTI 0203RD Standoff Detection of Radiation


FEDERAL PARTNERS:Health Canada, Atomic Energy ofCanada Limited

INDUSTRIAL PARTNER:Bubble Technology Industries Inc.

AUTHOR:Dr. Dean S. Haslip, DRDC Ottawa,3701 Carling Avenue, Ottawa, ON,K1A 0Z4, tel: (613) 998-3231, email: [email protected]


systems with an optical designcode. The procurement phase ofthis project was substantial, notleast because the components ofthis detector are highly specializedand must be fabricated withinexacting standards. All of theseparts were extensively tested bythe project team as they weredelivered by the various manufac-turers. With the exception of a fewminor components, this system isnow complete, and the projectteam has begun system testing.

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This project is scheduled for com-pletion in March 2005. Activitiesin the last year of the project will involve the final elements of systems integration, and field-testing. A few minor componentshave yet to be manufactured, andthis work will continue in the firsthalf of this year. There will also bea great deal of testing with thegoal of identifying problems withthe compatibility and integrationof sub-systems. Data acquisitionsoftware will undoubtedly undergosome small changes to improvethe interface and expand function-ality. Finally, it will be important toidentify those challenges specificto operating this device in thefield. For instance, the stability ofthe device in the field or duringtransport is an important propertythat must be established.

Ultimately, perhaps the mostimportant question that this proj-ect will answer is the sensitivity ofthe standoff detector, and standoffdetection in general. This can onlybe answered conclusively througha program of field testing. Oneelement of this testing will involveestablishing the instrumentalbackgrounds under a variety offield conditions. This will help setdetection limits, but will alsoenable the lowering of these limitsby providing input to the dataanalysis routines. This field testingwill also determine the sensitivityof the detector under a variety ofconditions, and specify the factorsthat limit this sensitivity.

Future Outlook


Objectives

This project will develop a sensitive, non-electronic,

real-time indicator of radiationexposure suitable for detectingradioactive contamination, partic-ularly alpha- or beta-emitters.This new technology will havemany applications in radiationsafety and emergency response.For instance, the Bubble DetectorFilm (BDF) could be made into adisposable strip with an adhesivebacking that could be stuck to thepant leg or boot of a first respon-der. If the first responder walksinto a contaminated area, thestrip will become contaminatedand produce a visible and timelywarning. Another significantapplication involves makingswipes from the BDF. Swipes are traditionally used to samplepotentially contaminated surfaces,and must be analysed in a labora-tory setting. Contaminated BDFswipes, however, would beinstantly recognizable withoutsophisticated analysis. The BDFthus has clear applications to the CRTI Investment Priority“Immediate Reaction and Near-Term Consequence ManagementCapabilities”.

RecentProgressBubble Detector Film is based onsome fairly complicated chemistry,which must at least be appreciatedin order to understand the progressthat this project has made. Part ofthis process includes the reactionstaking place in a photographicemulsion. A photographic emulsionconsists of a silver halide in a gela-tin matrix. Upon exposure toradiation, some of the silver ions in the emulsion are converted tometallic silver. In the presence of a photographic developer, thesemetallic silver grains catalyze theproduction of more metallic silver,permitting a chemical amplificationof up to one billion. Some develop-ers release hydrogen ions whenthey are oxidized. When these areused, the chemical amplificationalso produces an increase in hydro-gen ion concentration, which issynonymous with an increase in acidity, or a decrease in pH.Radiation exposure is thus linkedto a decrease in pH, which can beeasily detected with electronicprobes or through the use of pH-sensitive dyes. Unfortunately, thissystem is not sufficiently sensitiveto be used for radiation dosimetry.

The other half of the BDF is theconventional Bubble Detector (BD).In a BD, superheated droplets aredispersed in a gel medium. Neutroninteractions in this gel deposit suffi-cient energy in a sufficiently smallvolume to nucleate the droplets.The droplets then become visible as bubbles, and can be counted to

CRTI 0204RD Bubble Detector Film


FEDERAL PARTNERS:Health Canada, Atomic Energy of Canada Limited

INDUSTRIAL PARTNERS:Bubble Technology Industries Inc.

AUTHORS:Dr. Dean S. Haslip, DRDC Ottawa,3701 Carling Avenue, Ottawa, ON,K1A 0Z4, tel: (613) 998-3231, email: [email protected].


assess radiation dose. This tech-nology is generally not used forradiation other than neutrons,because other forms of radiationdo not produce sufficient energydensities to nucleate the droplets.

The Bubble Detector Film marries the technology of the photographic emulsion to that ofthe bubble detector. The concept is to impregnate the BD with aphotographic emulsion, and to usea BD gel medium whose physicalintegrity is sensitive to pH. Thus,when radiation exposure occursand the pH drops, the gel matrix is weakened and the superheateddroplets are released. This combi-nation should have the sensitivityrequired for contamination detec-tion and monitoring.

Early progress on this projectwas focused on developing thecomponents of the Bubble DetectorFilm. As such, the project hasselected a suitable photographicemulsion for the BDF, and hasidentified a number of compatibledevelopers. The project team hasalso selected and fabricated an acid-degradable cross-linker for the BDF.This has been done in collaborationwith a group at the University of Ottawa.

Subsequent developments in the project have concentratedon integrating these components.To wit, the project team hasdemonstrated the dissolution ofthe bubble detector gel as a resultof the action of the developer. Inaddition, the project has demon-strated that bubble nucleation is actually occurring in this gel

(as opposed to a less localized dissolution), and the pressurepulse arising from this bubble formation has been observed and quantified. Work in the earlypart of 2004 has centred on themicro-encapsulation of dyedroplets, which forms part of the visual interface for the BDF.The micro-encapsulation has been successfully carried out, and the resulting droplets havebeen characterized as a function of the production parameters.

Finally, in recent weeks, all ofthe BDF components have beenassembled into a functional proto-type device. This sets the stage foractivities in the final year of theproject, which is scheduled forcompletion in March 2005.

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The demonstration of a prototypedevice is a significant milestone in this project. Of note however, is that this prototype deviceresponded to visible light, and not to ionizing radiation. Of course,the photographic emulsion shouldbehave identically in an ionizingradiation field as it does to a visi-ble light field, but this needs to bedemonstrated. Furthermore, amajor activity of the coming yearwill be characterizing this technol-ogy in terms of its dosimetricproperties and its sensitivity to var-ious forms of ionizing radiation.

The project has produced a proto-type sensor, but this prototype hasnot been optimized. This optimiza-tion will be a significant activity inthe coming year. In a system ascomplex as the BDF, there aremany parameters that can beadjusted and that will have animpact (and possibly a substantial

one) on the properties of the finalproduct. As such, it is clear thatmany such parameters need to be adjusted in the BDF system toproduce a device that is maximallysensitive and stable.

Of course, this project is buildingto a point at which larger-scaleproduction of the BDF is feasibleand desirable. As such, consider-able thought needs to be put intothe optimization of productiontechniques, so that BubbleDetector Film can be producedwith high quality and minimal unit cost.

Future Outlook


Objectivesa) Milestones and TimelinesThe project is much like a “relayrace” where 3 participants withdifferent and exceptional expertisework together.

i) The “first runner” isTwinstrand Therapeutics Inc.They will develop harmlessdefective ricin toxoids byrecombinant technology(October 2003) and assess theantigenicity (March 2004).The lead toxoid will be pro-duced in bulk in yeast (July2004), then characterized(November 2004). Completionof their role will be afterassessment of the toxoid in tissue cultures (August 2005),in mice (October 2005) andafter submission of a finalreport (November 2005).

ii) The “second runner” isCangene Corporation. Thetoxoid will be used to produceantiserum in goats and syn-thetically in tissue cultures.For the first part, a facility hasto be identified (disease-freeanimals for 5 years) (March2004), the animals immu-nized/vaccinated (March2005) and GLP quality anti-bodies produced (August2005). For the second part, the clones must be created(June 2004) and the antibod-ies purified (December 2004).Completion will be the assess-ment of these 2 antibodysources (October 2005) andthe submission of a finalreport (November 2005).

iii) The “third runner” is DRDC-Suffield. Animal CareCommittee, Study Forms andSchedule 1 approval will beacquired (March 2004). Bulkamounts of ricin will beacquired (July 2004). Animalsensitivity and analytical assaysfor ricin will be developed(December 2004). Efficacy of antibodies for protection/therapy will be assessed (June 2005). Completion willbe a comparison of antibodyefficacy against the threat bydifferent routes (e.g. aerosol),defining strengths and limita-tions, and the submission of afinal report (November 2005).

b) RelevanceRicin is a toxin found in castorbeans, making up about 1-3% ofthe weight. Although only a fewmilligrams is a lethal dose for ahuman, production of castor beansis over a million tons a year. Givenits toxicity and availability, ricin is viewed as a probable terroristthreat. Indeed, there have beenrecent incidences in the UK, Franceand the US (e.g. the letter withricin sent to the Senate). There are no medical countermeasuresagainst ricin and toxicity leads todeath in a few days. The CRTI-supported project will produce antibodies for protection/therapy,similar to antiserum snake-venomkits used as therapies.

CRTI 02-0007TA Medical Countermeasures against Ricin

PROJECT LEAD:DRDC – Suffield

FEDERAL PARTNERS:Twinstrand Therapeutics Inc. (Burnaby, B.C.), Cangene Corporation (Mississauga, Ontario).

AUTHORS:Dr. John W. Cherwonogrodzky,Department of National Defence,DRDC – Suffield, C/o Stores Bldg. 560, Canadian Forces Base – Suffield, Ralston, Alberta, Canada, T0J 2N0. tel: (403) 544-4705, email: [email protected];

Dr. Thor Borgford, President,Twinstrand Therapeutics Inc., 8081 Lougheed Highway, Burnaby, British Columbia, Canada, V5A 1W9.tel: (604) 415-7180, email: [email protected];

Dr. Donald Stewart, Director, Research & Development, CangeneCorporation, 3403 American Drive,Mississauga, Ontario, Canada, L4V 1T4. tel: (905) 405-2930, email: [email protected].


RecentProgressThis is a new CRTI project.Approval of the Charter wasreceived in August 2003, the contract approval for TwinstrandTherapeutics Inc. was received inOctober 2003 and for CangeneCorporation, in February 2004.Despite the recent activation, thisproject is on time and on budget.Achievements have been:

� Twinstrand Therapeutics Inc.has developed the toxoid clonesand has begun pilot plant test-ing of the lead toxoid inpreparation for bulk production.

� Cangene Corporation has constructed a random proteinbacteriophage library and hasisolated a few expressing ricin-like groups.

� DRDC-Suffield has an AnimalCare Committee protocol (JC-03-01) and a Study ApprovalForm (04-003) in place. A Useof Schedule 1 Agent form hasbeen submitted and approvalis expected soon.

Following the ricin letter incident at the US Senate, anunsolicited news article byMSNBC was issued. This article can be accessed at“http://www.msnbc.msn.com/id/4153753”.

Monthly teleconferencing sessions have proven useful forkeeping all parties informed,resolving decisions and for main-taining milestone timelines.

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a) Planned Activities andFuture MilestonesThe activities and milestones asnoted in the previous section areon schedule. In brief, TwinstrandTherapeutics Inc. will produce bulkamounts of the ricin toxoid andwill characterize it. CangeneCorporation will take this toxoidand produce antibodies, both in animals (polyclonal antisera)and in tissue culture (humanizedmouse monoclonal antibody), withcharacterization to assess thequality. DRDC-Suffield will test–and evaluate these antibodies for protection/therapy againstricin poisoning (by different routesof challenge) in the mouse model.All participants will record theirresults in a final report.

b) Ultimate Products,DeliverablesThe ultimate product will be simi-lar to the accepted anti-snakevenom antiserum therapy. Smallbottles of antibodies will be pro-duced to treat civilian or militarytargets or first responders exposedto lethal amounts of ricin. Aninsert package will describe theuse, limitations and assessment.

The deliverables will be finalreports by all the participants. The other deliverable will be theavailability of the product, shouldthe military or civilian agencieswish to acquire the anti-ricin anti-bodies as a preventative measure.

c) “Value Added” BenefitsThe CRTI project has only recentlybeen started and already therehave been unexpected benefits.

1. Upon the attack on the USSenate, there was public concern on the threat. Thenews article by MSNBC was a confidence building meas-ure. It reassured the publicthat they were being lookedafter, that measures were inthe works, and that securitywas being enhanced.

2. There was a realization thatjust having a countermeasureon the shelf might benefit secu-rity. Evidence of a successfulcountermeasure may be if it is never used because it hasdeterred the terrorist.

3. First responders have indi-cated that entering a possiblycontaminated area knowingthere are no countermeasuresavailable is a concern to themand distracts them from thework to be performed. Justhaving a possible treatmenton the shelf has an enormouspsychological benefit that islikely to improve response toan incident.

Future Outlook


Objectives

This project will provide proof of concept for the development

of novel nucleic acid biosensorsthat should allow rapid detectionand identification of biologicalpathogens. The proposed technol-ogy features simple preparation,trapping, and preconcentration ofsamples combined with polymerictransducers. Certainly, all bacterialspecies as well as fungal speciescould be detected by this approach.However, for the purpose of thisproject, the initial target sequencewill be from a virulence gene of B. anthracis. This technology willpermit the detection of less than a thousand copies of genetic tar-get. This represents a significantimprovement over available technologies that require targetamplification (PCR). Furthermore,we will take advantage of thepolymer specificity to demonstratethe capacity of the technology todistinguish target material differingfrom other genetic material byonly one nucleic acid. The detec-tion step will be accomplished inless than one hour.

RecentProgressCurrent detection technologies of biothreat agent nucleic acidsrely on prior amplification, a time-consuming critical step sensitive to inhibitors present in the sample,and prone to false positive results,due to cross contamination ofreagents or laboratory infrastruc-tures. A revolution in the field will occur when low-cost portabledevices capable of rapid detectionand identification of nucleic acids without prior amplificationbecome available, and this projectaims at developing such a sensitive,rapid, and compact technology. Theapproach will combine minimalsample preparation, highly selec-tive capture and preconcentrationof the targets with real-time opti-cal detection using water-soluble,cationic, polymeric transducers.

We have already realizedimportant progress for establishingproof of concept that our poly-meric transducer can be used torapidly detect B. anthracis. So far,we were able to detect less than1000 copies of DNA isolated fromthe influenza virus within 30 min-utes. This detection step wasdirectly done in solution withoutprior PCR amplification. Moreover,the discrimination between theperfect match and a DNA strandcontaining a single mismatch is excellent.

CRTI 02-0021RD Direct Detection and Identification of BioweaponsNucleic Acids Based on Cationic Polymers

PROJECT LEAD:Industrial Materials Institute,National Research Council Canada

PROJECT PARTNERS:Steacie Institute for MolecularSciences, National Research CouncilCanada, Health Canada, UniversitéLaval, Centre hospitalier universitairede Québec - Centre de recherche eninfectiologie, Infectio Diagnostic Inc.

PROJECT CHAMPION:Dr. Michel Dumoulin, IMI-NRC tel: 450 641-5181, email: [email protected]

PROJECT MANAGER:Dr. Caroline Vachon, IMI-NRC tel: 450 641-5185, email: [email protected]

PROJECT TEAM:Dr. Michel G. Bergeron, Centre de recherche en infectiologie;

Dr. Mario Leclerc;

Dr. Denis Boudreau, Université Laval;

Dr. Benoit Simard, SIMS-NRC;

Dr. Teodor Veres, IMI-NRC;

Dr. Louis Bryden;

Dr. Michael Mulvey, Health Canada;

Dr. Jean-Pierre Gayral, Infectio Diagnostic Inc.

PRESENTER:To be determined


The next critical steps willinvolve the detection of DNA fromB. anthracis with our polymerictransducer, which will require theisolation and deactivation of suit-able fragments from this pathogen.We have tested several methods topurify and fragment B. anthracis,and obtained fragments of differ-ent lengths. We are currentlyworking to analyze and select the fragments most suitable fordetection. The final steps willinvolve concentration of the DNA and direct detection by optical measurements.

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This one-year project is scheduledfor completion on September 30,2004. We have made significantprogress in reaching our finalgoal: providing proof of conceptthat our technology can rapidlydetect and identify pathogens.Tasks and milestones will be completed on schedule. Onceimplemented in a portabledevice, this novel and simpletechnology could thereforeenable on-site, rapid detectionand identification of potentialbioweapons for first respondersand public health providers. It should also provide bettercapabilities for medical triageprocedures and highly perform-ing tools for detection andclassification of events. Finally,such innovative developments will contribute to the efficientdiagnosis of infectious diseasesand genetic disorders.

Future Outlook


Objectives

This project aims to create acomprehensive probabilistic

risk assessment addressing allaspects of RDD construction anduse, including source acquisition,construction risks, delivery mecha-nisms, consequences of use, andpossible countermeasures. This riskassessment will be developed viathe fault- and event-tree analysisused throughout the nuclear andsoftware industries. Wherever possible, data on source security,border security, intelligence trends,health physics, and disseminationmodalities will be accessed throughproject partners. In addition, the project will target criticalknowledge gaps in constructionfeasibility and radiological dis-persion through experimentalinvestigation and modeling. The project clearly addresses theCRTI Investment Priority “S&TDimensions of Risk Assessment”.

Access to this risk assessment(specifically, the risk assessmentdatabase) will be expedited by thekey deliverable of this project, asoftware tool that allows userinteraction with the database.Functions of this software willinclude the ability to search forpossible risks based on combina-tions of user inputs (such asspecific sources or other RDD components), and to identify critical gaps in our defence againstradiological terrorism. The toolwill also provide the user withinformation on selected RDDmodalities, including the natureand extent of a potential hazard,and possible countermeasures or steps to take in remediation.

CRTI 02-0024RD Probabilistic Risk Assessment Tool for Radiological Dispersal Devices


FEDERAL PARTNERS:Canadian Nuclear SafetyCommission, Public Safety and Emergency PreparednessCanada, Canadian Border Services Agency, Canadian Security Intelligence Service

UNIVERSITY PARTNER:University of Ontario Institute of Technology

INDUSTRIAL PARTNER:Science Applications InternationalCorporation Canada

AUTHOR:Dr. Dean S. Haslip, DRDC Ottawa,3701 Carling Avenue, Ottawa, ON,K1A 0Z4, tel: (613) 998-3231, email: [email protected]


RecentProgressIn this early phase of the project,work has focussed on data har-vesting. Investigations have been made related to materials of concern, and to the transport of radioactive materials. Both ofthese have clear impacts on theavailability of radioactive materi-als. Investigations have also beenmade of possible targets, includingsome examples of so-called criticalinfrastructure.

The project team has initiatedcollaboration with Sandia NationalLaboratories in the US, a majorcentre of expertise in the area ofradionuclide dispersal. This collabo-ration will likely take place underthe auspices of the Public SecurityTechnical Panel. Discussion withSandia has identified the key information gap in the area of radiological dispersal. The projectteam has already begun planninghow to address this gap throughexperimental trials.

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In the near term, activities on thisproject will be largely devoted todata harvesting. There are manypotential areas of investigationthat have not yet been adequatelymined by the project. These activi-ties will continue well into thecurrent year.

The project team will also begininvestigating software tools forperforming Probabilistic RiskAssessment. A number of suchtools exist, but a flexible tool willbe needed because of the highlynon-standard nature of this proj-ect. That is, the construction of a generic Radiological DispersalDevice is not a well-defined engi-neering system in the way that anuclear reactor is. This means thatthe Probabilistic Risk Assessmentmethodology will need to be modi-fied somewhat to accommodatethis more complex situation.

Development of a Graphical UserInterface for the risk assessmenttool to be produced by this projectis expected to begin shortly. Thiswill help to further scope the proj-ect, thus identifying additionaldata harvesting that needs to bedone. It will also give the usercommunities the opportunity toprovide further guidance on theirrequirements from the project.

The summer of 2004 will also seethe beginning of the project’sexperimental program. Importantcomponents of this program willbe the intercomparison of experi-mental data from this project withdata taken at Sandia NationalLaboratories. When there is goodagreement between these datasets, the project team can moveinto the previously uninvestigatedareas that form the informationgap mentioned above.

In a year’s time, as the aboveactivities wind down, the focus of the project team will shift topopulating the risk assessmentdatabase and developing the software tool. These activities are scheduled to complete inMarch 2006.

Future Outlook


Objectives

The Canadian Network for PublicHealth Intelligence (CNPHI) is

targeted at improving the capacityof the Canadian public health sys-tem to reduce human illnessassociated with infectious diseaseevents by supporting intelligenceexchange, surveillance activitiesand outbreak investigations. Thiswill be achieved by establishing aframework to collect and processsurveillance data, disseminatestrategic intelligence, and coordi-nate response to biological threats.

Integration of surveillance,epidemiology and laboratoryinformation, maintained withinan infrastructure that has thecapacity to identify, communicateand respond is the foundation tobio-terrorism preparedness andeffective Public Health. Manyunique pockets of expertise relat-ing to infectious diseases and data collection systems exist inCanada, but a national frameworkto allow the timely integration ofthese is lacking. CNPHI aims tofacilitate the integration of rele-vant public health intelligenceinto a common national frame-work to support coordinationamong jurisdictions.

For the most part, the timelysharing of public health infor-mation in provinces and acrossCanada occurs within strict silosdefined by: Jurisdiction (e.g. local vs. provincial vs. federal);Agency/department (e.g. FirstNations and Inuit Health Branchvs. Population and Public Health

Branch; Health Canada vs. CFIA;Public Health vs. RCMP and DND);and Discipline (e.g. laboratory vs.epidemiology; respiratory vs.enteric; medical community vs.law enforcement and publicdefence).

CNPHI is a model to integraterelevant public health intelligence(i.e. strategic or interpreted data)into a common national frame-work to support coordinationbetween multi-level jurisdictions;coordination that must happen for effective use of data to identifyrisks, initiate response and buildresponse capacity.

CNPHI Goals� Enhance Canadian biological

event detection, response andpreparedness by facilitatingnational integrated real-timedata sharing of laboratory andepidemiological data, and bysupporting response capabilityand capacity.

� Maintain and respect thepresent jurisdictional bound-aries while leveraging currentCanadian resources and infra-structure in innovative newways for the benefit of thebroader stakeholder community.

� Develop an innovative IT architecture with our partnersand stakeholders for theenhancement of existing publichealth infrastructure to supportmulti-jurisdictional data shar-ing and collaboration.

CRTI-02-0035RD Canadian Network for Public Health Intelligence

PROJECT LEAD:Centre for Infectious DiseasePrevention and Control, National Microbiology Laboratory, Health Canada

FEDERAL PARTNERS:Defence R&D Canada), Health Canada

OTHER PARTNERS:TDV Global Incorporated, CanadianPublic Health Laboratory Network(CPHLN), TR Labs, University ofGuelph, Canadian Council ofMedical Officers of Health

AUTHOR:Dr. Amin Kabani, NationalMicrobiology Laboratory, CanadianScience Centre for Human andAnimal Health, Health Canada,Room 4180, 1015 Arlington Street,Winnipeg, MB, R3E 3P6, tel: (204) 789-6090, fax: 204-787-4699.


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Key Deliverables

� Strategically integrate laboratoryand epidemiologic surveillancealerts and decision support toolsin a common, secure web-basedenvironment, creating theCanadian Intelligence andOutbreak Surveillance Centre(CIOSC). CIOSC will allow for the strategic dissemination oftimely laboratory and epidemiol-ogy intelligence (includingsyndromic surveillance, foodsafety, international diseasereports, and other relevantnational surveillance informa-tion) in a secure web-basedenvironment. CIOSC will focuson key laboratory and epidemio-logical surveillance data (e.g.PulseNet Canada, respiratoryand enteric illnesses, NationalEnteric Surveillance Program,syndromic surveillance pilots,etc.) as the initial sources ofdata into the system.

� Enhance key analysis tools (e.g.infectious disease modeling,GIS, simulation and decisionsupport tools) to produce intelli-gence through the analysis oflaboratory and epidemiologicalsurveillance data. Analysis toolswill focus on both specific, local-ized tools (e.g. decision trees,protocols, automated decisionsupport for alerts, etc.) and onlarger decision support and sim-ulation exercises for responsecapacity and capability evalua-tion (e.g. an outbreak exerciseto test resource readiness).Analysis tools will be availableto local, provincial, and nationalstakeholders.

� Coordinate and facilitatenational response actionsthrough the creation of a secureoperations centre responseframework. Operations centreinfostructure will enable real-time data collection andintegration, data managementand manipulation, intelligence

organization and display, situational awareness, execu-tion of preplanned response,decision-making, integration oforganic and external expertise,command and control, andcommunications. This frame-work will support coordinationwith other key emergencyresponse stakeholders (e.g.DND, RCMP, etc.).

� Provide access to specializedresources for public healthstakeholders and first respon-ders, including user-group tools(discussion forums, web-cast-ing, knowledge management),training resources and oppor-tunities, bioinformatics supportcapacity, simulation and scenario exercises.

Future Outlook


Objectives

CBRN material released to theatmosphere by terrorist activi-

ties will form an airborne plumethat undergoes advection and dispersion by ambient wind andturbulence fields. A large fractionof this material will be depositedon the ground, particularly if precipitation falls during or afterthe release. Material deposited onurban or agricultural surfaces willhave health and economic conse-quences long after the primaryplume has passed. An appropriateresponse to this situation requiresthe best possible knowledge ofwhere and when the material willbe deposited, with the shortestpossible delay between release and forecast. This information willbe vital to decision makers inassessing needs for evacuatingpopulations, determining evacua-tion routes, implementingprotective measures, deployingresponse teams and planningcleanup activities, all with the aimof minimizing health effects andreturning valuable land to service.

The goal of this project is to provide first responders anddecision makers with reliable, real-time forecasts of the timing,location and amount of depositedCBRN material. To achieve thisgoal, a sophisticated computermodel is required to address fourkey areas: forecasting the trajec-tory and concentration of CBRNmaterial in air; forecasting thelocation, duration and intensity of precipitation; calculating theamount of airborne material

deposited on the ground when it is raining or snowing; and calcu-lating deposition in the absence of precipitation. Such a model isbeing developed in this project byupdating the codes (CANERM andMLCD) currently used in Canadato handle emergency situations.

The short-term precipitationforecasts (nowcasts) required bythe models are based on data fromweather radar networks, whichprovide the best estimates of rain-fall over large areas for periods of0-6 hours. Precipitation nowcastingis done using a tracking algorithmthat determines the motion field ofstorms from the evolution of theprecipitation in the recent past, andthen using this motion field to dis-place the precipitation pattern toproduce a forecast. In the past,forecast times were limited by theuseful observation range of a singleradar (about 200km). To removethis limit, access has been gained tothe raw North American weatherradar data, which merges observa-tions from numerous sites inCanada and the United States, andradar composites are now availableoperationally in real time at theCanadian Meteorological Centre.QA/QC checks are presently beingmade on the data, and issuesinvolving the presence of groundecho in the Canadian data arebeing resolved. Work continues onimproving the quality of the radarcomposites, refining the resolutionand time step (currently 12 km and20 minutes, respectively) in thenowcast algorithms, and studyingnowcast skill.

CRTI-02-0041RD Real-Time Determination of the Area of Influence of CBRN Releases

PROJECT LEAD:Atomic Energy of Canada Limited,Chalk River Laboratories

FEDERAL PARTNERS:Environment Canada, Health Canada

AUTHORS:Dr. Phil Davis


RecentProgressThe next step in the process was to modify the MLCD model toaccept radar-derived precipitationfields, a task that is now complete.Preliminary tests show that themodified model is working wellwith a negligible increase in CPUtime. Sensitivity tests are beingcarried out to show how theradar-estimated precipitation fields affect wet deposition.

Work has also begun on devel-oping improved models for dryand wet deposition, which willreplace the simple empirical mod-els presently used in CANERM andMLCD. The new models accountexplicitly for the physical andchemical processes affecting depo-sition. Wet and dry depositionhave some information needs incommon, including the verticalconcentration profile of the CBRNmaterial, the size distribution anddensity of the particulates mostlikely to be released in a terroristevent, the solubility, diffusivityand reactivity of released gasesand the meteorological conditionsin effect at the time of the release.Additional information is neededfor the wet deposition model,including precipitation intensity,which is provided by the radarmodel, and the drop-size distribu-tion, which is deduced from theforecast intensity. The scavengingrate for each drop size is calculatedtaking into account the droplet fallspeed and the best available esti-mates of collection efficiency.

Both new deposition modelsaddress the evolution in the prop-erties of CBRN material that mayoccur through interactions withbackground aerosols and gaseousspecies such as OH, HO2 andozone in the atmosphere. Suchinteractions may result in gasphase removal of the hazardousmaterial or an effective change in particle size or gas reactivity.The CBRN materials most likely to be released in a terrorist eventwere determined from the CRTIConsolidated Risk Assessment, andthe key properties of those materi-als (particle size, density, solubility,diffusivity and reactivity) are beingdetermined. Biological agents(viruses, bacteria) would likely be released as very small, lightparticles with diameters less than0.1 µm. Chemical agents are mostlikely to be released as fine dropletsfrom a sprayer, with diametersbetween 1 and 5 µm. The mostlikely radioactive isotopes to beused are 60Co, 137Cs and 192Ir, withparticle sizes that depend on themethod of release.

Preparatory work has been ini-tiated for validation studies thatwill be done at a later stage of theproject. In May 1996, the plumefrom a large chemical fire in thecity of Laval passed over Montréaland was observed by three McGillradars on a cloud-free day. The datacollected by the radars will be usedto test model predictions of plumetransport, plume spread and drydeposition. The data also providethe opportunity to explore the useof meteorological radar in detectingthe presence of large toxic particu-lates in the atmosphere.

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By the end of the project, all thisinformation will have been com-bined into one integrated systemthat will have been thoroughlytested. The integrated system willprovide an operational tool forpredicting the concentration ofCBRN material on the ground as a function of space at asequence of forecast times. In the real event, deposition mapswill be generated and distributedto first responders and decisionmakers to aid in assessing andmanaging the incident.

Future Outlook


Objectives

Terrorist-initiated and accidentalevents are unpredictable in

place and time. This project fills a gap in Canada’s emergencyresponse capability, namely asophisticated CBRN detection/monitoring network that can be quickly deployed whereverneeded, and remotely operatedfrom any location. The networkcan have any number and type of suitably interfaced sensors cov-ering any sized area; these willdeliver detailed quantitative datafor use in evaluating emergencyresponse and long-term follow-up.The key to the design is the flexi-bility inherent in moderntechnology: flexibility in commu-nications, data handling, andsensor design. The deliverablesunder the current contract are a suite of leading edge CBRN sensors, one communicationsnode, and complete software forthe sensors, node, and remote data reception and control. Thesoftware architecture is designedwith maximum flexibility to allow future augmentation andintegration of the system withother response systems.

This project addresses theCRTI Investment Priority of“Immediate Reaction and Near-time Consequence ManagementCapabilities” as its primary thrust.Because of its flexibility ofdeployment and sophisticateddata output, it will also impact“Collective C4I Capabilities forCBRN Planning and Response”,“Prevention, Surveillance and

Alert Capabilities” and “Longer-term Consequence ManagementCapabilities”.

Health Canada is the lead federal partner for this project.Bubble Technology Industries isproviding special radiation moni-tors, interfacing all sensors to acommunications node, and devel-oping the software that will controlthe network and provide both rawdata and critical information to theend user. General Dynamics is pro-viding the biological sensor. Allfederal partners will be providingtechnical input in the developmentof the system, as well as testing ofthe network when it is complete.

The project is scheduled forcompletion in February 2006. All hardware and software will be completed during 2004, with all system integration and testingcompleted by November 2005. A commercialization plan will bedelivered in September 2005.

CRTI-02-0041TA Deployable CBRN Monitoring Network


FEDERAL PARTNERS:Canadian Nuclear SafetyCommission, Environment Canada

INDUSTRY PARTNERS:Bubble Technology Industries (BTI),General Dynamics Canada

AUTHOR:Dr. Kurt Ungar, Radiation ProtectionBureau, Health Canada, 775 Brookfield Road, Ottawa,Ontario, K1A 1C1, tel: (613) 954-6675, email: [email protected].


RecentProgressSince November 2003, aConsolidated Hardware/SoftwareRequirements Review report hasbeen completed in consultationwith the project partners. Theresulting network design enablesthe deployment of one or manyindependently operating modules,each configured to meet the needsof the emergency scenario athand. Each module comprises anode and an associated suite ofdetectors. The node acts as thecommunications hub between itssensor suite and a remote controlcenter. Each sensor has GPS andon-board intelligence that presentslocation, digested data, and rawdata on request, to the node. Theon-board GPS facilitates eitherstatic or mobile deployment of thesensors. Communication betweenthe node and its sensors is wire-less, with a modality chosen to suit the spatial extent of the array.Communication between the nodeand control center can occur bysatellite, cellular or landline con-nection, as appropriate. Datatransmission and reception isachieved using Internet technol-ogy, with the software architectureand data formats designed to facili-tate integration with existing orplanned response systems, such asthe ARGOS system currently beingimplemented under another CRTI initiative.

The chemical sensor will be a suitably interfaced commercialunit that will detect both chemicalwarfare agents and toxic industrialchemicals. The biological agentsensor will be a leading-edgeportable system that will detectthe four standard biotoxin simu-lants, and the radiation detectorsare specially designed units. Agamma monitor will employadvanced circuitry to allow spec-tral analysis in high radiationenvironments, dose and dose-ratecalculations, isotope identification,and scenario analysis for complexfission-product releases. A compactportable air monitor will providespectral analysis of airborne alpha,beta and gamma radiation and will feature automatic or remotelyactuated filter advances. In addi-tion to these CBRN detectors,other suitably interfaced sensors(including meteorological, sound,motion and imaging) can be incor-porated to meet special needs.Actuators can also be added to initiate actions in response to sensor stimuli or commands from the control center.

Design and construction of theradiation monitors is underway,with completion of these two unitson track for the current year. Thebiological monitor will be the4WARN Sentry system and willalso be delivered in the currentyear. Two commercial chemicalmonitor candidates have beenidentified, with a final impendingselection to be based on sensitivityrequirements and instrument performance.

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Once the CBRN sensors havebeen completed, they will beinterfaced to a communicationsnode and the operation of thesensors and node will be vali-dated. In parallel, the overallsoftware for the network will bedeveloped, to allow seamlessintegration of the sensors, dataanalysis, and data transmissionto a remote control center.Special attention will be given to data formats to allow inte-gration with networks beingdeveloped in Canada, the USAand Europe. Once the systemhas been integrated, the federalproject partners will conductextensive performance tests onthe network. When the project is completed in February 2006,Canada will be equipped with a powerful, deployable sensornetwork that will enable earlydetection and rapid response to CBRN emergencies.

Future Outlook


Objectives

This project will acceleratedevelopment of the Blast

Guard System, now renamed theUniversal Containment System(UCS), a containment/mitigation/decontamination system for chemical/ biological/radiologicalwarfare (CBRW) agents. This system consists of a lightweight,tent-like enclosure of specializedfabric, which is filled with one of several decontaminating foamformulations to absorb blast andfragments, neutralize bio-chemicalsubstances and remove radiologi-cal particles from surfaces.

The UCS, currently in servicewith National and Regional CBRNresponse teams, can be used in avariety of scenarios such as: dis-covery of a package suspected ofcontaining BW, CW or radiologicalagents; an enclosed area which iscontaminated by a known C or BWagent or a CBRW terrorist attack on a specific target or event. Thedecontaminating foams can be usedby First Responders to contain, mit-igate, or decontaminate areas. Inthe case of a suspicious package, aportable enclosure erected over itwill suppress the explosion whenthe package is purposely detonatedor disrupted and the introducedfoam will encapsulate any aero-solized agents present whilecontaining the device fragments.The foam can be applied to a contaminated enclosed area, suchas the inside of a room or vehicle,to both contain and decontaminateany CBRW agents. The foams canalso be used to decontaminate

larger areas, including buildings,equipment, vehicles and terrain in the event of a terrorist attack at sporting, political or high profile events.

More research on these foamsis required to address severalissues in their performance inCBRW situations. These includeenvironmental effects, operatingtemperature range limits, perform-ance against a wider spectrum ofagents on a variety of surfaces andthe extension of the decontamina-tion technology to assess its longterm effects and to examine reme-diation measures. This informationwill then be applied to the designof an improved product that canbe used in further CBRN scenarios.This research is being carried outin five areas:

� Determine decontaminationeffectiveness of UCS foam formulations when applied to surfaces contaminated with representative CWagents simulating emergencyprocedures. This is achieved by GC analysis of vapour con-centrations of the CW agents,which desorb into a flowing air sweep above a surface,which has been contami-nated/decontaminated orresidual agents in GC analysisof a liquid extraction of thedecontaminated surface. Thesurfaces are representative of materials in an office envi-ronment (e.g. porous surfacessuch as alkyd wall paint ondry wall, latex wall paint ondrywall, varnished wood, ceil-ing tile, carpet, concrete and

CRTI-02-0043TA Accelerated Consequences Management Capabilities

PROJECT LEAD:DRDC Suffield

FEDERAL PARTNERS:Environment Canada

INDUSTRY PARTNERS:Vanguard Response Systems Inc.

AUTHORS:J. Garfield Purdon, Andrew Burczykand Michele Mayer, DRDC Suffield,PO Box 4000 Stn Main, Medicine Hat, AB, T1A 8K6, tel: (403) 544-4106, email: [email protected]


asphalt, and nonporous sur-faces such as Chemical AgentResistant Coating (CARC) on steel, alkyd paint on steel,window glass, anodised alu-minium and vinyl tile). Thestudies use two CW agents,HD and GD, using both ascrubbing and a non-scrubbingprocedure to simulate differentfield decontamination tech-niques. This work is beingundertaken at Suffield by bothDRDC and VRS personnel.(December 2005)

� Determine the liquid-phaserates/stoichiometries/productsof reaction of UCS formulationswith selected traditional/potential CW agents (e.g.,KCN,HD, L, GA, GB, GD, GF, VX,R33, and T2 toxin) using spec-troscopic and chromatographicanalysis techniques. The effec-tiveness of UCS in detoxifyingselected BW agents/simulants(including yersinia pestis, vaccina, and anthrax) at prede-termined contact times will alsobe examined. This will be per-formed at DRDC Suffield byDRDC, O’Dell Engineering Ltd., and VRS personnel.(January 2006).

� Assess the environmentalimpact of UCS usage to deter-mine the need for anypost-treatment or effluent con-tainment. Testing will includeboth aquatic toxicity and soiltoxicity tests undertaken byStantec Consulting contractedby VRS; the results will bereviewed in consultation withEnvironment Canada.(November 2004).

� Modify formulation to permitUCS surfactant concentrates tooperate over a wider climaticrange, more suitable to theCanadian winter environment.This work will be contracted by VRS to McMaster Universityand Farrington LockwoodCompany Ltd (FLCL). Modifiedformulations will be evaluatedby field trials conducted by the RCMP held at and assistedby DRDC Suffield. (December 2005).

� Investigate extension of theUCS for remediation meas-ures. VRS will evaluate thegenerated data in order tooptimize the UCS applicationequipment, which could allowfor mass or wide-area decont-amination and remediation. A database of available infor-mation on performanceagainst agents on a variety ofsurfaces will be developed forend users. (February 2006).

RecentProgressThis project commenced onAugust 1st 2003. At DRDC, mostCRTI-funded equipment has beenprocured, installed, and placed inservice. Desorption studies havebeen carried out on controls ofpanels of alkyd coated metal, vinylfloor tile, glass, anodized alu-minum, ceiling tile and wood anddecontaminated (no scrubbing)plates of wood, glass, aluminumand, the worst case thus far, ceil-ing tile. Methodology developmentis nearly complete for characteriza-tion of liquid reaction solutions forsulfur mustard (HD) and relatedproducts using LC-FPD and LC-MSD; the latter resulting in anovel method for detection andquantitation of HD by LC-MSDwhich will be presented at aninternational conference ondecontamination (May 2004).Arrangements have been made for assessment of BW agent effec-tiveness on receipt of modifiedformulations.


HD desorption studies will con-tinue on the remaining surfacesfollowed by comparison of effec-tiveness with/without scrubbing.The investigation will thenaddress similar determinationswith GD. Characterization of HDliquid phase reaction is underwayand will be followed by similarstudies with KCN, L, GA, GB, GD,GF, VX, R33, and T2 mycotoxin.Assessment of effectivenessagainst yersinia pestis, vaccinaand anthrax will be undertakenwith original or modified UCS for-mulations following results fromVRS into modifying the surfactantgelling point. Conclusions fromthe environmental assessment willdetermine whether additional post-treatment of formulation effluentwill be required. A field trial usinga formulation incorporating all modifications will be undertaken

to verify the effectiveness and utility of the finalized recipe. The result will be a formulation/procedure which will have minimallong-lasting environmental conse-quences, a lower temperatureusability and documented evi-dence of effectiveness on avariety of civilian and military surfaces against a variety of CBW agents. Information will be developed to estimate the likelihood that UCS formulationscould address the long-standingproblems of mass or wide-areadecontamination and remediation.Information obtained will assistFirst Responders to use the UCSmore effectively for immediateresponse and near real-time conse-quences as well as providingessential information for trainingFirst Responders in its use. Longer-term consequence management

capabilities will be determined and critical information will beobtained from the desorption dataon various surfaces, the stabilityand toxicity of any end products,the environmental impact study and the investigation of the systemfor further remediation measures.UCS is unique in that it capturesthe forensic evidence enablingdevice reconstruction and analysis,and it is expected that this researchwill be vital in the criminal analysisof the ensuing foam residue, andresult in the identification of anyagents used.

Future Outlook


Objectives

Theft or loss of radioactivesources is a situation of major

concern to the radiological/nuclearcounter-terrorism community.Such sources – even those of mod-erate activity (few Ci) - are usablein Radiological Dispersal Devices(RDDs) that may contaminate andsubsequently paralyze physicallylarge urban infrastructures.

Tracking and attribution insuch cases is a difficult problem, as almost all conventional radia-tion detection methods demandthat the sensor be in close proxim-ity to the current physical locationof the source in order to find it.Thus the simple act of periodicallymoving a source will confoundexisting techniques.

This project seeks to develop,field trial and produce a new system to aid civil authorities inaccurately determining formerradioactive source locations. Themethod has at its heart theimmutable physical property thatany substance, when exposed toionizing radiation, will trap elec-trons in excited, metastable states.The forced depopulation of thesestates (via laser irradiation) willresult in the concomitant emissionof photons. A measurement ofthese photons (at certain distinctenergies) will give proof-positivethat a radioactive source was in close proximity to the said substance. Thus this Optically-Stimulated Luminescence (OSL)technique will aid civil authoritiesin determining former source

locations to aid in both trackingsource movement (and possiblypredicting future movement) andin legal attribution that the sourcewas in an individual’s possession.

The first year of the projecthas been spent on the constructionand testing of a pilot lab-based sys-tem to study OSL. This providesthe opportunity to ascertain themagnitude of the OSL signals ofvarious materials. From thesematerials, the most promising can-didates will be further analyzedand characterized. The knowledgethus garnered will be then used to design and build an upgradedlaboratory system optimally suitedfor forensic OSL. From this labora-tory system a field system will bedeveloped and tested.

CRTI-02-0045RD Forensic Optically Stimulated Luminescence (OSL)

PROJECT LEAD:DRDC Canada, Department ofNational Defence

FEDERAL PARTNERS:Canadian Security IntelligenceService (CSIS), Royal CanadianMounted Police (RCMP)

INDUSTRY PARTNERS:Bubble Technology Industry, Inc. (BTI)

AUTHORS:Marc Desrosiers, Dr. Tom Cousins,DRDC Ottawa, 3701 Carling Ave.,Ottawa, Ontario, K1A 0Z4, tel: (613) 949-2739, email: [email protected],[email protected].


Armed with the existing and con-tinuing-to-be expanded databaseof materials, the project willseek to determine field efficacy.This will be done via a variety of methods:

i) Calculations to determinethe length of time a givensource must be in proximityto a given candidate mate-rial to produce a reliableOSL signal.

ii) Verification of these usingwell-designed experiments.

iii) Input from investigatoryagencies (CSIS and RCMP)as to how the final productshould be tailored to meettheir needs.

iv) Field trials of prototypeForensic OSL system.

v) Delivery to constabulary.

Future Outlook

RecentProgressThe initial stages of this work haveconcentrated on an examination ofwhat materials are most amenableto the OSL technique, and an indi-cation of their sensitivity. It is fair to say that effectively all materialstested so far show some degree ofOSL-sensitivity. The key to advanc-ing the project is to determinethose materials that demonstrate a constructive combination of real-world abundance and OSL-sensitivity. In many ways, thefuture of the project is the age-old(radiation R&D) issue of improvingupon signal-to-noise ratio viashrewd experimentation.

The current materials, whichare being or have been investi-gated, are as follows:

i) TLDs such as: Al2O3, LiF:MgCu P, CaF2:Mn, Li2B4O7:Mn.All these materials are usedcommercially in ThermalLuminences Dosemetry (TLD),and were clearly expected toyield strong OSL signals. Thesematerials give us a baseline for testing the equipment andsignal processing methods.

ii) Some common “ubiquitous”materials including: pottery,brick, patio stone, assortedrocks, cement, concrete,ceramics, dolomite (lime),gravel, feldspar, sand andscapolite. Most of these materials can contain somequantities of Al2O3, SiO2or other materials that areknown to exhibit strong OSL signals.

iii) Some common building mate-rial such as: drywall, ceilingtiles, paint, shingles, cedar,linoleum and plastics (LDPE,HDPE, PTFE, etc…).

iv) A few common householdmaterials including: table salt,dishwasher detergent (dry),hand soap and sugar.

Table 1 summarizes some ofthe results so far:

Material CurrentThreshold forOSL Signal(mGy)

Al2O3 0.1

Table Salt 1

Feldspar 10

Sand/Cement 1000

Table 1 : Portions of Current OSL Database

An excellent preliminary OSLdatabase has thus been established.


Objectives

The simulation based decisionaid tool is a CBRN Research &

Technology Initiative (CRTI) spon-sored project to accelerate theintegration of technologies thatwill allow the user to conduct full multidimensional visual simu-lations of Chemical, Biological,Radiological and Nuclear (CBRN)response across an area of opera-tions. These simulations willincorporate the time varying dispersion of a hazard, the firstresponse personnel, their proce-dures and their equipment in thecontext of a specified geographicarea. The user will be able to spec-ify, execute and analyze scenariooptions including the numbers andtypes of detectors, the protectionsystems and the decontaminationsystems within the operationalcontext, along with the numberand types of emergency responseunits and their procedures.

The decision aid will be usedto conduct trade-off analyses foracquisition, to plan operations andto conduct training. Throughoutthe project, first responders fromthe City of Ottawa, the OntarioProvincial Emergency ResponseTeam, the Canadian Forces FireMarshals, the Joint Nuclear,Biological and Chemical DefenceCompany and other groups will beinterviewed to solicit their inputinto the development of the appli-cation. These groups will also beengaged in evaluating the applica-tion as it is developed to maintainthe end user focus of this project.

The decisions that must bemade in terms of acquisition,deployment and procedure devel-opment must not be taken inisolation due to the interdepen-dencies across systems and acrossthe levels of preparedness. Theneed for a CBRN decision aid isbased on the requirement for thedecision maker to be able to:

� Maintain an understandingand appreciation for the CBRNprotection construct across thedifferent levels of preparednessor response.

� Develop scenarios for differentoperations, whereby alternativeconfigurations of detection,protection, decontamination,and procedures can be simu-lated at the tactical level in thecontext of different environ-mental and CBRN threatconditions.

� Conduct ‘what if’ analyses at the tactical level to allowthe user to evaluate the cost/benefit of different configura-tions of detection, protection,decontamination, and procedures.

� Conduct ‘what if’ analyses atthe technical level, wherebythe performance characteristicsof different detection, protec-tion, decontamination, andprocedural systems can bechanged and re-evaluatedwithin the tactical scenarios.

CRTI-02-0053TA A Simulation Based Decision Aid for the Optimization of Detection, Protection and Decontamination Systemswith Team Structure and Procedures

PROJECT LEAD:Defence R&D Canada

FEDERAL PARTNERS:Defence R&D Canada (DRDC),Directorate of Nuclear, Biological &Chemical Defence (DNBCD)

AUTHOR:David Unrau, Greenley & Associates Inc., 5 Corvus Court,Ottawa, ON K2E 7Z4, tel: (613) 247-0342 x 205, email: [email protected]


In the near future, the core userrequirements for the decision aidsystem, expressed as task flowdiagrams, will be reviewed andvalidated by the user community.On this basis, technical develop-ment will proceed until the fall of 2004, when an initial version of the system will be operated and evaluated by representativesof the user community. This evaluation will enable the userrequirements and system designto be further refined. Based onthis refined design, developmentof the final system will proceeduntil the spring of 2005, when thefinal system will be reviewed bythe user community.

Significant outputs of the projectwill include:

� The Decision Aid SoftwareApplication,

� An initial database charac-terizing CBRN detectors,protective clothing andresponse related equipmentfor simulation purposes, and

� A framework for simulation of CBRN response, populatedwith an initial selection ofequipment and entity models.

The decision aid software applica-tion will be of direct utility tomembers of municipal, provincialand federal first responders,especially those in EmergencyOperations Centre and Trainingroles. Future application of thistechnology could include supportof operations, in addition to thesupport of planning, analysis andtraining activities.

Future Outlook

RecentProgressThe project is currently in therequirements definition phase.Members of the first responsecommunity at the municipal,provincial and federal levels havebeen interviewed to solicit theirinput for the project. Task flowsdescribing the user’s actions anddefining their interaction with thesoftware application have beendeveloped and will be validated bymembers of the user community.Technical development has begunon the integration of the varioussoftware systems required toimplement the decision aid appli-cation. Interfaces have beendeveloped to scientifically supportdispersion models, and an initialcapability to visualize hazard dis-persion information in 3D hasbeen demonstrated. Current technical work is focused on thedevelopment of a simulationframework suitable for the sim-ulation of CBRN hazards andresponse related activities.Collaboration with the City ofOttawa’s Geographic InformationSystems (GIS) Department haslead to the development of an initial 3D simulation of the City of Ottawa.


This work will continue with the integration of the real timeisotope identification systemand the real time alarming software. More sophisticatedand sensitive alarm protocolswill be developed. Integration of the alarm with a notificationprocedure will be created.

These innovations will allow forthe development of a completeradiation alert, radionuclide-monitoring product capable of low false alarm rate, highsensitivity detection of unusualreleases of radioactive materi-als and detection of unusualtraffic of radioactive materials.The information technologycomponent will integrate thealarms into the operationalresponse to a nuclear incidentand provide timely reportingand analysis to first respondersand central decision makers.

Future Outlook

Objectives

Development of this project will create a comprehensive

expert alert system to process andevaluate continuous isotopic andradiation field measurements,which alarms with high sensitivityand low false alarm rates. It willprovide event classification andefficient information distributionto assist Laboratory Cluster man-agement of radionuclide incidents.The goals of this initiative are thedevelopment of real-time alarm-ing, isotope/incident identification,automated, high-sensitivitynumerical full spectrum analysis,high-speed data/results transmis-sion to multiple remote sites andsecure web access to network

information for first respondersand central decision makers. Thisinnovation will provide clustersupport allowing critical emer-gency information sharing amongmultiple users. Output would belinked to decision support systemsfor agriculture, environment, andinfrastructure using GIS maps tocoordinate municipal, provincialand federal responses. It will pro-vide measurement capabilities thatfacilitate early detection and rapidassessments of radionuclide contamination.

RecentProgressReal time isotope identification has been completed and deliveredto CCRA. In addition to the iden-tification, an audio enunciatorhas been added to improve thesystem’s operation with a singledriver / operator. The real timeisotope identification for mobileapplications has been successfuland is being actively tested at2 ports. The project is lookinginto utilizing the identificationsoftware in helicopter search /survey applications.

Real time alarming softwarehas been successfully deployed intosome of the existing monitoringstations. The data server has theability to receive incoming calls andnotify the operator visually that analarm has occurred.

CRTI 02-0057TA Canadian Radiation Alert / Expert System for Critical Infrastructure Monitoring


FEDERAL PARTNERS:CCRA

AUTHORS:Ed Korpach, tel: (613) 952-5658, email: [email protected];

Kurt Ungar, tel: (613) 954-6675, email: [email protected];

Grant Gallant, tel: (613) 941 9552, email:[email protected].


Objectives

The intentional release of highlycontagious agents of livestock

and poultry could have seriousconsequences to Canada’s agricul-ture and economy. Successfulcontrol and management of suchoutbreaks require that adequateresponse strategies be developedbeforehand. Simulation modelshave been used in the past in veterinary medicine to evaluateoptimal control strategies for dis-eases of livestock. These modelsenable decision-makers and emer-gency preparedness personnel toexplore the “What if?” scenariosand determine the effects of vari-ous control measures, such asvaccination, on the size, durationand cost of outbreaks. Such

models require good quality data onfarms, and on the spread of diseaseagents. Effective emergency man-agement systems that store suchdata in “peacetime” and recordinformation on the progression of an outbreak are able to providethe required data for disease simu-lation models.

The objective of this project is the development of simulationmodels to plan and predict theextent of outbreaks, using datafrom an animal health emergencymanagement system used by CFIAfield personnel during a terrorist-mediated outbreak of an animaldisease. This is a 4-year project that started in July 2003 and willend in December 2007. The firstyear was dedicated to the develop-ment of a stochastic simulationmodel for the spread of somepotential bioterrorist agents of animals: Foot-and-Mouth Disease,Classical Swine Fever (HogCholera), Highly Pathogenic AvianInfluenza and Exotic NewcastleDisease. Two versions of this modelwere developed. The first versionwas developed by the USDA-APHISto work on portable computers anddesktops. This model was firstdeveloped in 1999 and was subse-quently modified as part of thisproject by USDA-APHIS andColorado State University with collaboration of all project partners.The second version is a supercom-puter model developed by theUniversity of Guelph as part of thisproject with input from all projectpartners, with USDA-APHIS pro-viding the source code of its model.

The second year of the projectwill be dedicated to the develop-ment of a wind dispersion modelby Environment Canada to predictthe spatial spread of agro-terrorismagents of animals that can bespread by wind. Validation of thestochastic simulation model willalso take place in the second yearand includes expert panel reviews,comparison of model outputs withpast outbreaks and comparisonwith other existing models. Thethird and fourth year will includethe testing and implementation of the animal health emergencymanagement system. This systemwill have a desktop and remotecomponent enabling field inspec-tors to quickly enter data into thesystem while on the farm. It iscomposed of a core group ofapplications that track animalhealth records, farm location data,inspection dates and laboratoryresults, and includes anotherapplication specialized in the management of emergencies thatwill be linked to the core group.All these applications are critical to provide the disease simulationmodels with accurate and timelyinformation.

The identification, throughmodelling, of critical factors of largeoutbreaks in North America, andthe creation of a North Americanbank of hypothetical outbreak sce-narios with pre-identified optimalcontrol measures will also beaccomplished in the third andfourth year of the project.

CRTI-02-0066RD Development of Simulation Programs to Prepare againstand Manage Bioterrorism of Animal Diseases

PROJECT LEAD:Canadian Food Inspection Agency

FEDERAL PARTNERS:Environment Canada

OTHER PARTNERS:United States Department ofAgriculture, Animal and Plant HealthInspection Service, Ontario Ministryof Agriculture and Food, Universityof Guelph, Colorado State University.

AUTHOR:Dr Caroline Dubé, 174 Stone Rd W.,Guelph, Ontario, N1G 4S9, email: [email protected]


It is expected that the toolsdeveloped in this project willincrease North America’s pre-paredness against intentionalrelease of animal disease agentsthrough improved preparedness,decision-making and outbreakmanagement tools.

RecentProgressThe stochastic simulation modelswere developed and programmedduring the first year of the project.Testing of the two versions againsteach other was achieved through a series of test suites developed bythe University of Guelph to ensurethat the two versions included thesame concepts and would giveapproximately the same resultswhen using the same inputparameters. The University ofGuelph developed an approach toinfectious disease model validationthat could be used by other modeldevelopers in the world. Suchwork will be presented at theGISVET conference in Guelph,Ontario, June 23-25.

An expert panel that includesdisease and modelling expertsfrom around the world was puttogether. These experts haveagreed to meet June 14-18, 2004to validate the assumptions,processes and programming usedin the stochastic simulation mod-els. The objective is to furtherincrease the model’s credibilityinternationally and domestically,

increasing decision-makers’ confi-dence in the uses and resultsobtained from the model.

A North American ModellingTeam was created within the North American Animal HealthCommittee to collaborate on theuse of the stochastic simulationmodel within Canada, the UnitedStates and Mexico. The team wastrained in February and May of 2004.

Environment Canada com-pleted the review of variousexisting wind dispersion modelsfor animal diseases and is in theprocess of including biologicalparameters for disease agents intheir generic particle dispersionmodels.

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The following activities are planned:

� Validation of the stochasticsimulation models betweenApril 2004 and January 2005;

� Development of the beta version of the wind dispersionmodel by July 2004;

� Sensitivity analyses of the stochastic simulation modeland identification of criticalfactors of large outbreaks in Canada between January2005–January 2006;

� Finalized version of wind dispersion model bySeptember 2005;

� Evaluation of various releaseand outbreak scenarios withidentification of optimal con-trol measures, creating thebank of scenarios for Canada:January 2006–June 2007;

� Deployment of core group ofapplications of animal healthemergency management sys-tem: July 2006;

� Deployment of remote versionof core group applications ofanimal health emergency management system: January 2007;

� Deployment of emergencymanagement applicationwithin animal health emer-gency management system:May 2007;

� Implementation and instal-lation of animal healthemergency management system nationally: December 2007.

Future Outlook


The objective of the project is togather and compile information

on and subsequently test and vali-date all known procedures forrestoration of areas includingbuildings, exteriors of buildings,the interior contents of buildings,and areas adjacent to buildings,such as parking lots, lawn, vehi-cles, etc. This includes the airinside the building and the surfaces contaminated. Therestoration includes pickup, neutralization, decontamination,removal and final destruction/deposition of the contaminant,cleaning/neutralization of materialand contaminated detritus resultingfrom the act. Further, the project isintended to develop new ideas andtest existing ideas for application tothe restoration process.

This project is an R&D effort,and deals with chemical, biologicaland nuclear contamination. Theobject is to develop a suite of meth-ods to decontaminate and restorebuildings and areas after a CBRNattack. At least 16 methods will betried. These include pickup of thecontaminant, neutralization orencapsulation, concentration or separation and final disposal.Some methods may involve morethan one process and may includeneutralization or destruction aswell as pickup. Concepts will becollected from a variety of sourcesincluding the extensive work con-ducted in the United States. Thiswork includes extensive linkagesto several government agencies in the United States and their pri-vate contractors. The procedureincludes a wide-sweeping survey

and then a test of the best candi-dates on a laboratory scale. Allselected chemical target items will be tested, as well as at leastone model biological candidateand at least one nuclear isotope.This effort will also assess thosemethods that apply across theCBRN spectrum.

The first phase consists of laboratory scale experiments inwhich the efficacy of some of theproposed concepts will be tested,using standard laboratory tech-niques. The second phase, whichconsists of the radiological portion,will proceed along the premisethat radiation decontamination is a two-step proposal consisting of removal and concentration/removal of the radioisotopes fromthe removal fluid. The third phaseis the testing of the remaining can-didate procedures on a small scale.NATO and DRDC-Suffield havedeveloped ‘standard’ tests with asmall surface token. The testing of chemicals will be conducted atthe Environment Canada facilityin Ottawa, the biologicals at theHealth Canada facility in Winnipegand the radiologicals at the radio-logical facility at DRDC-Ottawa.The fourth phase is the preparationof procedures for decontaminationand restoration. A trade-off decisionbasis will be developed to provideinformation on abandonment andquarantine versus cleanup. Thefifth phase of the project is thepreparation of a detailed reportcovering all phases of the work.The report will form the basis of a detailed manual for restorationof facilities.

CRTI-02-0067RD Restoration of Facilities and Areas after a CBRN Attack

PROJECT LEAD:Environment Canada

FEDERAL PARTNERS:Health Canada, EnvironmentCanada, DRDC

INDUSTRY PARTNERS:Science Applications InternationalCorporation, United StatesEnvironmental Protection Agency,VLN Ottawa, Vanguard StoneyCreek, and Hytec Calgary

AUTHORS:Merv Fingas, Environment Canada,335 River Ottawa, tel: 998-9622, email: [email protected];

Dr. Stefan Wagener, Canada ScienceCentre, Winnipeg, Man., tel: (204) 789-2029, email: [email protected];

Dr. Tom Cousins, DRDC-O, Ottawa, ON, tel: (613) 998-2312,email: [email protected].


The work includes twentysteps, four of which have nowbeen completed:

1. Review available literature on the topic of chemical, radiological and biologicaldecontamination methodsincluding the processes of contaminant pickup, neu-tralization, encapsulation,concentration, separation andfinal disposal of the cleaningmaterials and detritus left bythe incident. Personnelinvolved in decontaminationprojects world-wide will beengaged for ideas and previousexperience in the topic.

2. Use the priority CBRN sub-stances/organisms and threatsand characterize the mostprobable types, and cluster the substances/organisms into classes for decontamina-tion evaluation purposes.Characterize the most probabletypes and the characteristics ofthe contamination and wastethat would be created for eachof the chemical, biological andradiological facets.

3. Meet with all availableCanadian and US agencieswith expertise and experiencein the restoration aspectsnoted in statement one above.

4. Review the concepts already in progress, such as some ofthe patented decontaminationmaterials and proceduresalready used on previousCBRN attacks.

Objectives1. Research and test new meth-

ods for restoration of areas andfacilities after a CBRN attack;

2. Collect known methods ofrestoration and evaluate those concepts;

3. Prepare manuals of proceduresfor the restoration of buildingsand other areas;

4. Develop new ideas for therestoration of areas;

5. Evaluate and test all ideas forthe restoration of facilities inthe laboratory and on a smallscale; and

6. Develop procedures for contam-inant pickup, neutralization,encapsulation, concentration orseparation and final disposal.

RecentProgressThe first year of the project is now complete and largely con-sisted of literature review andsome controlled laboratory experi-mentation. The literature searchturned up about 300 documents,far more than originally esti-mated. However, many of thedocuments are not quantitative.Numerous general papers on thetopic exist. The literature, whichdid not turn up significant newideas, has now been distilled into a detailed literature review alongwith summary tables. Several new

ideas were generated by the workgroup, particularly in the chemicalportion. Studies of Fenton’sreagent as a general decontami-nant have been conducted both atEnvironment Canada’s laboratoriesand at DRDC-S. This shows thatthere may be great potential forthis reagent in general decontami-nation, particularly chemical andbiological.

A laboratory study was com-pleted on the feasibility ofdecontaminating various buildingmaterials such as: wood, ceiling tile,arborite, carpet, wallboard, etc. The results of this study are forth-coming, but will show the future of attempting to decontaminatethese surfaces. The conclusions may be one of two, either that the particular surface can be decon-taminated in-situ or that thoroughdecontamination is not possible and that material would have to be removed and dealt with by other means (e.g. incineration or strong decontamination in aprocess stream).


The remaining steps include:

5. Generate new ideas for the various restoration actions and consolidate these through a series of brainstorming sessions.

6. Collect and evaluate all the con-cepts from work statements1 to 5 above into a majorreport. Assess this informationin the context of specific poten-tial applicability, advantagesand disadvantages for the priority substances/organismsidentified in the CRTI clusters as priority items. Identifyacceptable and best availabletechnology and practices thatcould be used to meet thethreat with some confidence.Identify and summarize areas of deficiency.

7. Conduct laboratory experimentson the ideas to ascertain thefeasibility of approaches andeffects on selected substrates.

8. Re-evaluate new concepts basedon the laboratory tests.

9. Design small-scale tests for allthree target groups - chemical,biological and radiological. Forradiological decontamination, asurrogate item may be chosenfor preliminary tests, but liveagents are the only approach to validate any technique. Thetarget groups for each clusterwill include all top priority sub-stances, organisms and threats

from each of the CBRN assess-ment threats. Standard testssuch as those implemented at DRDC-Suffield for chemicaland biological agents will bereviewed for applicability here.Items tested at Suffield will notbe re-tested, but results incorpo-rated into this series.

10. Subject the best concepts foreach set of target CBRN itemsto small-scale tests for processof contaminant pickup, neu-tralization, encapsulation,concentration, separation andfinal disposal of the cleaningmaterials and detritus left bythe incident.

11. Review the test results througheach of the matrix of agentsand restoration processes. Re-evaluate the possible restora-tion processes and any newideas. Treat the data to developestimates of cleanup potentialfor each method. Comparethese values to known or published cleanup objectives.

12. Re-test new ideas on a smallscale and any first-stage ideasthat require re-testing.

13. Develop procedures based onthe small-scale and mid-scaletests. Incorporate proceduresfrom other studies noted in theearlier steps above.

14. Develop a cost estimate for themethods and prepare a decisiontree on restoration methodsincluding a decision method to decide between cleanup and quarantine.

15. Re-evaluate the cleanupmethodologies against the list of priority substances/organisms.

16. Re-visit key sources of informa-tion in Canada, U.S. andelsewhere to verify information,gather new information and seekcomment on current findings.

17. Prepare a final report on allfindings and information.

18. Prepare a detailed manual onrestoration procedures.

19. Review all reports or manuals,and make necessary changes.

20. Disseminate the reports tothose who can use or furtherdisseminate the literature.

Future Outlook


Objectives

The National MicrobiologyLaboratory, in conjunction

with Defence R&D Canada–Suffield,is establishing a national moleculartyping capability for Bacillusanthracis, Francisella tularensisand Yersinia pestis. Rapid detectionand characterization of humanpathogens is critical to minimizethe impact of bioterrorism eventsand to facilitate a microbial foren-sic investigation. The capability of providing strain-level DNA sig-nature identification will allow us to conduct an epidemiologicalinvestigation to trace the possiblesource of an outbreak resultingfrom the deliberate release of abiowarfare agent and to provideforensic investigational capabilityduring a biocrime investigation.

Molecular typing technologiessuch as multi-locus variable-num-ber tandem repeat analysis (MLVA),multi-locus sequence typing (MLST)and single nucleotide polymor-phism (SNP) genotyping are beingimplemented for strain level signa-ture generation of isolates involvedin an event. MLVA is a highly dis-criminatory subtyping method that characterizes genetic loci thatchange at a high frequency, and is useful for determining whetherone strain is related to another overa relatively short period of time.MLST will be developed to charac-terize genetic loci that evolve at aslower but steady rate and can beused to subtype the organism into a larger clonal group. Singlenucleotide polymorphisms (SNPs)

provide useful targets as geneticmarkers for molecular, populationand evolutionary studies especiallyin clonal bacterial species and areamendable to high throughputanalysis.

RecentProgressNo information was known aboutthe molecular diversity of theHealth Canada bacterial collectionof B. anthracis, Y. pestis, or F. tularen-sis isolates. Minisatellite markerswere identified in all threepathogens and multi-locus variable-number tandem repeatanalysis (MLVA) was used to type the isolates in the collection.MLVA sequence analysis of theeight B. anthracis loci classified6 isolates in the A1.a global group-ing, 1 isolate in the A3 group and1 isolate as a new genotype differ-ing at the vrrC1 locus (Keim et al.,2000. Journal of Bacteriology182:2928-2936). Eleven distinctgenotypes for F. tularensis wereidentified, based on the analysis of 9 VNTR loci, and we identifiedthat all 6 Y. pestis isolates wereunique based on sequence analysisof 14 polymorphic loci. Highthroughput procedures are cur-rently being developed based onsize-separation of marker allelesusing an ABI 3100 GeneticAnalyzer for B. anthracis. The use ofBionumerics software has enabledthe creation of a reference databaseto facilitate outbreak tracking.

CRTI 02-0069RD Molecular Epidemiology of Biothreat Agents

PROJECT LEAD:National Microbiology Laboratory,Health Canada

FEDERAL PARTNER:Defence R&D Canada- Suffield

AUTHORS:Louis Bryden, National MicrobiologyLaboratory, Winnipeg, MB, tel: (204) 789-2000, email: [email protected];

Dr. M. Mulvey, NationalMicrobiology Laboratory, Winnipeg, MB, tel: (204) 789-2133, email: [email protected];

Doug Bader, Defence R&D Canada –Suffield, Medicine Hat, AB, tel: (403) 544-4650, email: [email protected];

Dr. A Kabani, National MicrobiologyLaboratory, Winnipeg, MB, tel: (204) 789-6056, email: [email protected];

Eric Leblanc, Infectious DiseasesResearch Center, St. Foy, QC, tel: (418) 654-2705, email: [email protected];

Michel G. Bergeron, InfectiousDiseases Research Center, St. Foy, QC,tel: (418) 654-2705, email:[email protected].


The objective for the year tocome is to complete MLVA subtyping for all B. anthracis, Y. pestis and F. tularensis iso-lates found in the nationalcollections (Health Canada and DRDC Suffield), and to create a Bionumerics databaseof typed strains based onsequence and MLVA fragmentprofiles. The team will continue to assess identified SNP targetson the plasmids and in thegenome of B. anthracis and will begin screening potentialmarkers that are suitable forMLST analysis of Y. pestis andF. tularensis isolates as well as identify potential targets for SNP analysis. The final outcomes of the project willinclude the capability for high resolution subtyping of B. anthracis, Y. pestis and F. tularensis with high discrimi-natory indicies at two federalsites, the capability for highthroughput characterization ofisolates in a bioterrorist event situation and the creation of anational database of typedstrains.

Future Outlook

An assessment has been con-ducted on the utility of usingSNPs identified in the virulenceplasmid pX01 of B. anthracis aspotential markers for genetic discrimination of these isolates.Comparative sequence analysis of these markers revealed nosequence variation with thegenetically distinct Canadian isolates. Comparison of theCanadian sequences with the“Florida” strain sequence revealedseven SNPs, whereas ten SNPswere observed in comparisonwith the “Sterne” strain. The lackof variation in the pX01 plasmidSNP markers did not correlatewith the genetic variability estab-lished by MLVA analysis for theCanadian isolates and thus are of limited value as markers ofspecies diversity. Other potentialmarkers based on pX02 SNPs andINDELS in the B. anthracis chro-mosome will be investigated.


Objectives

The Psychosocial RiskAssessment and Management

(RAM) Tools project is an initiativeof the Institute of PopulationHealth of the University ofOttawa, led by Drs. Lemyre,Krewski and Clarke, along withthe Institute for Risk Research of the University of Waterloo, inpartnership with Health Canada,the Canadian Food InspectionAgency and the City of Ottawa.The project will provide an inte-grated framework for managingpsychosocial aspects of CBRN riskswith specific guidelines for CBRNagent risk assessment, perceptionand evaluation as well as risk communication. It will yield topractical bilingual field-basedtraining tools to enhance the capability of key responders inCanada to mitigate the psychoso-cial and human health impacts of CBRN threats and attacks.

Canada is facing the height-ened need to improve itspreparedness to cope with theshort-term, mid-term and long-term responses of CBRN threats or attacks. Research indicates thatthe behavioral and psychologicalimpacts of CBRN terrorism maywell be the most widespread, long-lasting and costly consequences.As the response to a CBRN terror-ist event is unique depending onthe agent and its expression, thereis an emerging realization that the response can be conducted by an array of non-traditional firstresponders including local publichealth authorities, front-line

health care providers, food inspec-tors, and lay responders. Adequatetraining of all key responders iscrucial to managing the acute andlong-term psychological effects ofCBRN terrorism.

The project objectives are:

� A Canadian CBRN integratedpsychosocial risk managementframework articulating riskassessment with public per-ception and psychosocialdimensions to strengthen thecapacity to rapidly launcheffective response strategies to CBRN threats and attacks.

� A set of RAM tools and trainingwith strategies, decision-treesand guidelines. The PsychosocialModules will include evidence-based literature reviews andsurvey results that assess theperceptions of CBRN risks andpsychosocial impacts of CBRNterrorism on the general publicand first responders. The workwill focus on various classes of agents, vectors and targetpopulations, for both threatsand actual attacks.

CRTI 02-0080RD Psychosocial Risk Assessment and Management (RAM) Tools to Enhance Response to CBRN Attacks and Threats in Canada

PROJECT LEAD:Institute of Population Health,University of Ottawa

FEDERAL PARTNERS:Health Canada, Canadian FoodInspection Agency (CFIA)

AUTHORS:L. Lemyre, 1, Stewart st. (#312),Ottawa, ON, K1N 6N5, tel: (613) 562-5800 x1196(assist.x2321), email: [email protected];

M. Clément, W. Corneil, R. Clarke, & D. Krewski.


RecentProgressFour evidence-based literaturereviews were recently completedto serve as the basis to identifybest practices in the field. Thesereviews focused on four differenttopics:

1) Review of CBRN agents withreference to behavioral impacts,

2) Review of the psychosocialimpact of CBRN threats and attacks,

3) Review of the psychosocialinterventions for CBRN threatsand attacks, and

4) Review of the risk communi-cation literature.

These documents will be laterreformatted to better meet theneeds of responders for ease ofconsultation, and an independentpanel of experts will overview aset of derived recommendations.

A first network of respondersand collaborators was established:

1) With the City of Ottawa and their emergency servicesinitiatives

2) The Region of Waterloo andtheir community of firstresponders

A link to the following net-works was also established:

a) The Biosecurity SummitConference in Washington, DC,

b) The Counter-terrorism andPublic Health Conference in Toronto,

c) A consultant and reviewer ofthe World Health Organizationstrategy,

d) The Australia-CanadaConference on PopulationHealth at the University of Ottawa, Session on thePsychosocial Preparedness toTerrorism and Disasters, withPr Beverley Raphael, and

e) A roundtable discussion withresponders and policy-makersin CBRN Preparedness andResponsiveness.

A second roundtable with keyresponders is scheduled, followedby thorough consultation with two test sites: Ottawa andWaterloo.Field trips are alsoscheduled to gather current psy-chosocial practices and needs.

Further literature reviews will beconducted to gather a list of emer-gency protocols that are currentlyavailable as well as a lexicon ofterms and acronyms used in the field.

Based on literature synthesis and observation of practices, anIntegrated Psychosocial RAM willbe designed and tested with vari-ous communities of responders.

A needs assessment protocol will be followed for emergencyservices from focus groups andquestionnaires.

A general public risk perceptionand needs assessment study willbe completed through a majornational survey supplemented byfocus groups.

Then, in the third and fourth yearof our program, a curriculum, supported by a panel of experts,will be established for the trainingmodules. These will then be testedusing on-site experiments, andrevised accordingly.

Recent partnerships with theCanadian Red Cross, the CanadianPsychological Association, theCanadian Public Health Associationas well as the Social Sciences andHumanities Research Council willalso enable us to extend the resultsof our research.

Future Outlook


Objectives

By the creation of a totalgenomic DNA microarray for

Clostridium botulinum type A, thisproject will provide (1) a rapidmethod to detect the presence ofbotulinum neurotoxin (BoNT)structural genes within microor-ganisms (addressing prevention,surveillance and alert needs), (2) asubtyping method based on com-parative genomics (addressingforensic needs) and (3) a tool forgene expression studies in C. botu-linum type A (addressing basicresearch needs).

The initial stage of the projectinvolves the production and validation of the microarray forC. botulinum. All work to date hasbeen carried out at the Institute ofFood Research (IFR) in the UK.

The key milestones of theproject are:

� Design of primers (October 2003)

� Synthesis of primers (March 2004)

� PCR amplification of the genes(July 2004)

� Printing of microarray(October 2004)

� Validation of the microarray(December 2004)

� Distribution of microarrayslides (January 2005)

� Development of genome typing for C. botulinum(September 2006)

� Development of a microarray-based rapid detection andidentification assay for BoNTproducing clostridia(December 2007)

RecentProgressResearch at IFR is currently aheadof schedule. The genomesequence of C. botulinum Type Astrain ATCC 3502 (Hall A strain)has been recently completed(http://www.sanger.ac.uk/Projects/C_botulinum/). The genome is3,886,916 bp in size and reveals3,649 genes. There is also a16,344 bp plasmid, and the averageG+C content is 28.2%. The microar-ray is based on this sequence, andalso on the sequence of other available neurotoxin genes.

Primers have been designed in collaboration with Dr. Al Ivens(Sanger Institute), and have nowbeen synthesized. These primershave been used for PCR amplifica-tion of the genes. A first printingof the microarray is due to takeplace in April at IFR. This microar-ray will contain 3,453 genes of theHall A strain, and unique 5’ and 3’ sequences of the C. botulinumtype B, C, D, E, F and G, and C.baratii type F neurotoxin genes.

CRTI 02-0091TA Clostridium botulinum type A genomic DNA microarray

PROJECT LEAD:Bureau of Microbial Hazards, Health Products and Food Branch,Health Canada

FEDERAL PARTNERS:Institute of Biological Sciences,National Research Council of Canada

INDUSTRY PARTNERS:Institute of Food Research, NorwichResearch Park, Norwich, UK

AUTHORS:Marjon H.J. Bennik1, Michael W. Peck1 and John W. Austin2

1 Institute of Food Research,Norwich Research Park, Norwich, UK (tel 44-1603-255251;email [email protected],[email protected]) and

2 Bureau of Microbial Hazards,Health Products and Food Branch,Health Canada, Tunney’s Pasture,Ottawa, ON (tel 613 957-0902;email [email protected])


Further work is required to producethe first generation of C. botulinummicroarray slides. This includes (i) testing and validation of themicroarray, and (ii) further tests to include genes currently missingfrom the microarray. It is antici-pated that the existing milestoneswill be completed on or before theagreed deadlines. Once themicroarray has been completed,future research will involve use ofthe microarray for detection ofclostridia containing structuralgenes for botulinum neurotoxin(s),genome typing of strains of C. botu-linum and expression profiling.

A rapid microarray-based assay willbe developed for detection and dis-crimination of all seven serotypes(A through G) of the botulinum neu-rotoxin producing clostridia. Thiswill include all C. botulinum strains,C. butyricum strains producing typeE neurotoxin, C. barati strains producing type F neurotoxin and C. argentinense strains producing

type G neurotoxin. This assayshould allow unambiguous identifi-cation of all seven serotypes of C. botulinum based on sequencedifferences in the botulinum neuro-toxin structural genes. The arraymay also detect genetically modi-fied neurotoxins. This microarrayassay should be a simple, rapid,and robust method that would alsobe a potentially valuable tool foridentification and characterizationof botulinum neurotoxin producingclostridia.

The C. botulinum type A genomemicroarray will be used forgenome-genome comparison stud-ies with food, environmental andclinical isolates. Phylogenetic rela-tionships between and amongserotypes are of great interest, as this will provide insights intogenomic differences underlyingenvironmental distribution, growthand survival in foods. This will also allow typing of isolates

at the individual gene level, provid-ing a powerful tool for forensicinvestigation.

Additionally, the microarray will beused to study gene expression in C. botulinum. This will provide infor-mation regarding the molecularbasis for important phenotypes ofC. botulinum including germinationand sporulation, and the responseto altered environmental conditions.

Once developed, the microarray will be used at both the BotulismReference Service for Canada andthe IFR laboratories, and will alsobe used in other laboratories inFinland and France. The microarraywill also be made available, at costof production, to laboratoriesacross the world.

Future Outlook


Objectives

The release of chemical, biologi-cal, radiological, or nuclear

(CBRN) agents by terrorists orrogue states in a North Americancity (densely populated urban cen-tre) and the subsequent exposure,deposition, and contamination areemerging threats in an uncertainworld. The transport, dispersion,deposition, and fate of a CBRNagent released in an urban envi-ronment is an extremely complexproblem that encompasses poten-tially multiple space and timescales (e.g. a chemical agent mayhave a hazard range of only several to tens of kilometers, a biological agent may pose hazardsover a range of several hundredsof kilometers, whereas radiologicaland nuclear agents may result in a hazard range of several to tens of thousands of kilometers). The availability of high-fidelity,time-dependent models for theprediction of a CBRN agent’smovement and fate in a complexurban environment can providethe strongest technical and scien-tific foundation for support ofCanada’s more broadly basedeffort at advancing counter-terrorism planning and operationalcapabilities.

The objective of this project is to develop and validate an integrated, state-of-the-art, high-fidelity multi-scale modelingsystem for the accurate and effi-cient prediction of urban flow and dispersion of CBRN materials.Development of this proposedmulti-scale modeling system will

provide the real-time modeling andsimulation tool to predict injuries,casualties, and contamination andto make relevant decisions (basedon the strongest technical and sci-entific foundations) to minimizethe consequences based on a pre-determined decision makingframework. This major undertakinghas been divided into 5 major tasks.

RecentProgressComponent 1.Models for the prediction of thecomplex flow in the urban envi-ronment at the micro-scale havebeen developed, implemented, and validated against a number of comprehensive and detailed datasets obtained from wind tunnel andwater channel simulations of flowover and through various buildingarrays. The models are based on a Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) approach with the hierar-chy of turbulence correlationclosure models based on a phe-nomenological two-equation modelfor the turbulence kinetic energy(k) and viscous dissipation rate (_).This two-equation closure modelfor turbulence was used with linearand non-linear eddy viscosity for-mulations for the Reynolds stresses(the former based on a Boussinesqtype of eddy viscosity formulationand the latter based on a generalquadratic constitutive relationbetween the Reynolds stress tensorand the mean velocity gradientfield). The two-equation formula-tion is appealing because it provides

CRTI 02-0093RD Advanced Emergency Response System for CBRN HazardPrediction and Assessment for the Urban Environment

PROJECT LEAD:Canadian Meteorological Centre -Environment Canada

FEDERAL PARTNERS:Defence Research and DevelopmentCanada (Suffield) - DND, RadiationProtection Bureau - Health Canada,Atomic Energy Canada Limited

INDUSTRY PARTNERS:Kosteniuk Consulting Limited,University of Alberta (J.D. Wilsonand associates), University ofWaterloo (Waterloo CFD Engineering Consulting Inc).

AUTHOR:Michel Jean, CanadianMeteorological Centre, Environment Canada, 2121 TransCanada Highway, North Service Road, Dorval, Québec,Canada, H9P 1J3, email: [email protected] .


the transport equations for the turbulence that help account forsome non-local and history effectsbut, at the same time, is not overlycomputationally intensive.

The predictive capabilities ofthe RANS equations for urban flowon the micro-scale, used with atwo-equation turbulence closuremodel incorporating either linear or non-linear eddy viscosity formu-lations for the Reynolds stresses,have been validated against verydetailed and comprehensive windtunnel and water channel data setsfor flow over and through two-dimensional and three-dimensionalbuilding arrays. Quantitatively, itwas found that the prediction per-formance of these various RANSmodels was generally good—thequantitative agreement for themean velocity is good, although the turbulence kinetic energy isgenerally underestimated by themodels. An important conclusion of this study is that the standard k-_ turbulence-closure model witha linear eddy viscosity is perhapsthe simplest complete turbulencemodel that could be used for theprediction of urban flows on themicro-scale. This model may beuseful as a general purpose sim-ulator of small-scale urban flowsbecause it is robust and simpleenough to be tractable numeri-cally, and hence does not requireexcessive computing time. It isconceivable that this urban flowsimulation model could provide allthe statistics of the disturbed windflow in a building array required as input to a physically-based

model for the prediction of con-taminant dispersion in the urbanenvironment.

In the models describedabove, all the buildings in thecityscape were resolved explicitlyin the sense that boundary condi-tions were imposed at all wallsand roofs of every building. Toreduce the computational cost ofthis approach, the project teaminvestigated also the utility of representing groups of buildingsin the cityscape in terms of a distributed drag force. To this purpose, the mathematical modelfor the prediction of flows withinand over a building array basedon an aggregation of groups ofbuildings in the array into a number of drag units, with theensemble being treated as a continuous porous medium, hasbeen developed. In particular, the team showed how a modifiedk-_ model for the prediction ofthe time-mean spatially-averagedwind and turbulence fields in anurban canopy can be derived sys-tematically by time-averaging thespatially-averaged Navier-Stokesequation. This procedure ensuresthe mathematical and logical con-sistency of the source/sink termsin the mean momentum equa-tions and in the supportingtransport equations for the turbulence quantities.

Component 2The work required to include the effects of urban terrain in thesub-grid scales of a mesoscalemeteorological model (the GlobalEnvironmental Multiscale Limited

Area Model or GEM-LAM)through an urban parameteriza-tion has been initiated. Thedevelopment of this parameteriza-tion, called Town Energy Budgetor TEB, is being developed withEnvironment Canada’ MesoscaleCompressible Community model(MC2 model) and will be ported tothe GEM-LAM later on. This para-meterization is being developed in order to account for the area-averaged effects of form drag,increased turbulence production,heating and surface energy budgetmodification due to the presenceof buildings/obstacles and urbanlanduse within the urban complex.The “urbanized” mesoscale modelwill be coupled downwards withthe urban micro-scale flow modelsdeveloped in component 1.

Component 3Component three involves cou-pling the urban micro-scale flowmodels developed in component 1 with the “urbanized” mesoscalemodels developed in component 2. The interface between theurban micro-scale flow models and the “urbanized” GEM-LAMmodel is demanding in that theinformation transfer between thetwo models must honor physicalconservation laws, mutually satisfymathematical boundary conditions,and preserve numerical accuracy,even though the correspondingmeshes might differ in structure,resolution, and discretizationmethodology. Inter-grid communi-cation allows the coarse meshsolution obtained by the GEM-LAM model to impose boundary


conditions on the fine mesh of the urban micro-scale flow model(one-way interaction), and fur-thermore permits feedback fromthe fine mesh to the coarse mesh(two-way interaction). The cou-pled system can be interpreted as a hybrid RANS/VLES systemwhere the “very large eddy simu-lation” (VLES) represented by themesoscale model (GEM-LAM) willuse information from RANS forhigh-resolution simulation offlows near and around buildings,but allows spatial fluctuations to develop and evolve on thelarger scales.

Component 4Component four will involve usingthe mean flow and turbulence predicted by the multi-scale flowmodel completed in component 3to “drive” a Lagrangian Stochastic(LS) model for the prediction ofurban (and atmospheric) dispersionof CBRN agents. The application of LS models to atmospheric dispersion in general (and urbandispersion in particular) is recom-mended because LS models are (1) (in principle) the most flexibleand the most easily able to incorpo-rate all the known statistical detailson the complex urban flow and (2) physically transparent, and easily adapted to handle particu-lates, biological or radioactivedecay, dry and wet depositions, and other source and sink mechanisms.

Component 5Component five involves the verification and validation of the multi-scale modeling systemfor both the flow and dispersioncomponents. In the model val-idation effort, past and future(planned) comprehensive urbanflow and dispersion experimentswill be leveraged (e.g. Urban2000, Mock Urban Setting Test,Joint Urban Trial 2003). The vali-dation effort will enable a wholesystem test of the modeling sys-tem for both flow and dispersion,and will provide the user withinformation of the accuracy andfidelity of the model predictionsfor flow and dispersion over thecomplex urban environment.

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Successfully implementing theresearch methodology describedabove will result in a high-fidelity multi-scale CBRNmodeling system that will be fully operational at theEnvironmental EmergencyResponse Division at CanadianMeteorological Centre. Thisresource can serve as a nation-wide general problem-solvingenvironment for first respondersinvolved with CBRN incidents.

Future Outlook


Objectifs

L’objectif de ce projet est dedévelopper une nouvelle for-

mulation polymère à usagesmultiples pour maximiser lesfonctions de protection CBRN,ainsi que la résistance à laflamme, aux huiles et autres substances nocives.

Au cours d’événements CBRN,les premiers intervenants n’ontsouvent pas le temps d’analyser le type d’agent en cause avant derevêtir leur équipement de protec-tion. Ils comptent donc sur uneprotection complète et adéquatepour une durée de temps plus oumoins limitée.

ProgrèsrécentsRésultats de la Phase I (Étude de marché et comparaisondes gants, des appareils respira-toires et des protège-chaussures en matière de protection NBC.)

Lors de cette phase, les pro-duits actuellement sur le marchéont subi un ensemble de tests pourcomparer les performances de chacun. L’accent était mis sur lespropriétés des polymères au coursde tests physiques et de tests por-tant sur la résistance chimique etla résistance aux agents HD (gazMoutarde) et GB (Sarin).

À la suite de l’analyse desrésultats de la phase I du projet,on remarque qu’aucun des pro-duits actuellement sur le marchéne satisfait complètement auxbesoins en terme de protectionCBRN. Jusqu’à présent, les pro-duits évalués n’offrent qu’uneprotection limitée contre certainstypes d’agents. À titre d’exemple,les bottes militaires offrent uneexcellente protection contre lesagents HD et GB, mais peu derésistance aux huiles et au vieil-lissement. Par contre, les bottesdes premiers intervenants n’of-frent que peu ou alors aucunerésistance aux agents HD et GB,mais offrent une grande protectioncontre les huiles et certains liquides industriels.

De plus, il est très difficile de comparer et d’analyser despolymères en faisant abstractiondu produit fini. Lors d’analyses, les échantillons de polymèresétaient prélevés sur des produitsfinis. Les résultats ont donc étégrandement influencés par la conception et la fabrication du produit.

De façon générale, l’épaisseurdu polymère est directement proportionnelle au niveau de pro-tection. Par contre, cette épaisseurest inversement proportionnelleaux performances ergonomiquesdu produit. Certains des produitsévalués étaient deux fois plus épaisque d’autres, pour des utilisationssimilaires.

CRTI 02-0093TA Recherche sur les polymères avancés pour une applica-tion destinée à l’équipement de protection personnelle

CHEF DE PROJET:Acton International Inc.

PARTENAIRES FÉDÉRAUX:RDDC

AUTEURS:Julie Tremblay-Lutter DSTHP 4, DRDC, email: [email protected];

Jef Stewart, email: [email protected];

Céline Michaud, email: [email protected];

Acton International, 881 Landry, Acton Vale, Qc, tel: (450) 546-2776.


Il est aussi difficile de comparerles propriétés des polymères ayantdes traitements de surface dif-férents. Les performances enmatière de protection proviennent-elles uniquement du polymère ouen partie du traitement de surface(par oxydation par exemple), et cedans quelle mesure?

La conception du produitinfluence aussi beaucoup la per-ception de l’utilisateur en ce qui atrait au niveau de protection. Unproduit confortable donnera uneimpression de légèreté. Un produitlourd donnera une impression de grande protection. Même lacouleur du produit contribue à la perception psychologique duconfort et de la performance.

Lors de certains tests, le pro-duit complet devait être évalué.Par exemple, la résistance à lapénétration des gaz, ainsi que l’étanchéité des masques à gaz ontété testées sur des mannequins. Il est donc difficile d’identifier lesperformances reliées au polymèreseul, car il peut y avoir des pointsfaibles à plusieurs autres endroits(système de communication, devision, de filtration).

Pour les raisons énumérées ci-dessus, nous croyons qu’avant dedévelopper tout nouveau produit,il est important d’en identifier lesperformances souhaitées.

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Au cours de la phaseII, un cahier de chargessera établi conjointementavec les utilisateurs pourdéterminer les performancesde protection minimales. De plus, une matrice dedéveloppement de différentspolymères sera mise au point. Les recherches se concentrerontprincipalement sur 5 types depolymères différents : Halo-Butyl, Epichlorohydrin, Nitrile,Carboxylated Nitrile ainsi que lePolyuréthane. Cette phase se ter-minera à la fin du mois de juillet 2004.

Au cours des phases subséquentes,ces nouvelles formulations depolymères seront mélangées,testées et validées selon le cahierde charges. Comme ces nouveauxpolymères seront tous à l’état demélange et non de produits finis, il sera facile de faire des tests quan-titatifs et comparatifs. Les résultatsdes tests seront plus adéquats pourcomparer les performances de protection des polymères seuls.

De plus, l’impact de l’ajout dutraitement de surface pourra êtrevalidé. Un même polymère pourraêtre évalué selon plusieurs traite-ments de surface différents. Entreautres, l’oxydation de la surfacepar le chlore et le brome ainsi que les traitements possibles auplasma seront analysés.

À la fin du projet, en novembre2005, les nouvelles formulationsseront utilisées pour la productionde gants et de bottes. Les échantil-lons seront soumis à l’ensembledes tests de la phase I. Le rapportde ces tests deviendra le documenttechnique de référence des pro-duits. Une évaluation sur le terrainsera aussi effectuée pour valider lesperformances de ces échantillonspar les utilisateurs en situationsopérationnelles réelles ou simulées.

Perspectives d’avenir


Objectives

CRTI Acquisition Projects areselected to close critical gaps

in the laboratory cluster’s capabil-ity and capacity to respond. Gapsare closed by establishing orenhancing the infrastructure andequipment available to the federallaboratories involved in respond-ing to an incident. Acquisitionstypically involve “off-the-shelf”technologies and are completedwithin one year.

During the first round of CRTI selections for the BiologyLaboratory Cluster, thirteenacquisition projects were fundedat a total value of $9,900K. Thisincludes $4,851K in CRTI funds,along with $5,049K “contribu-tion-in-kind” from participatingfederal government departments.This provides a ratio of 49% CRTIfunds to 51% in-kind contribu-tions, a significant leverage of the program requirement for aminimum of 33% in-kind contribution.

These projects will address abroad range of Biology LaboratoryCluster gaps. Overall objectives areas follows:

� Surveillance/Detection

� Diagnostics

� Decontamination

� Treatments & Prevention

RecentProgressProjects from the first round arethe following:

BIO 001AP: “Inactivation /Decontamination of Human andAnimal Bioterrorism Agents andAnalysis of Suspicious Materialswith Mixed Hazards” led by Dr. S. Wagener of Health Canada,addresses Cluster objectives 2 and 3.

BIO 002AP: “Charcoal Filter onCL3 Biological Safety Cabinet atCL3 lab, Tunney’s Pasture” led byMs. M. Heisz of Health Canada,addresses Cluster objective 2.

BIO 003AP: “National Real-TimeNetwork for Identification ofBioterrorism Agents” led by Dr. M. Mulvey of Health Canada,addresses Cluster objective 2.

BIO 004AP: “Upgrade ofContamination Areas (CL3 & CL4)to Test for Bioterrorism Agents”led by Dr. H. Feldmann of HealthCanada, addresses Cluster objec-tive 2.

BIO 005AP: “Chemical /Biological Forensic Reference Lab -Major Lab Equipment” led by Dr. B. Kournikakis of DefenceResearch & Development Canada,addresses Cluster objective 2.

BIO 006AP: “Laboratory ResponseNetwork, Participation in US andCanadian Initiatives” led by Ms. M. Heisz of Health Canada,addresses Cluster objectives 1 and 2.

CRTI Biology Cluster Acquisition Projects

AUTHOR:Helen Spencer, Defence Research &Development Canada, 305 Rideau St,Ottawa, Ontario, K1A 0K2, tel: (613) 998-6418, email: [email protected].


BIO 007AP: “Gamma Cell forIrradiation of Biological Agents”led by Dr. B. Kournikakis ofDefence Research & DevelopmentCanada, addresses Cluster objec-tive 3.

BIO 008AP: “Data Standards for Shared Information” led by Dr. J. Hockin of Health Canada,addresses Cluster objective 2.

BIO 009AP: “Direct FluorescentAntibody Assays for Viruses &Bacteria” led by Dr. L. Nagata ofDefence Research & DevelopmentCanada, addresses Cluster objec-tive 2.

BIO 010AP: “Virus Culture and Purification” led by Dr. L.Nagata of Defence Research &Development Canada, addressesCluster objectives 2 and 3.

BIO 011AP: “Acquisition of a CrisisInformation Management System”led by Mr. C. Heyes of the CanadianFood Inspection Agency, addressesCluster objectives 1 and 2.

BIO 012AP: “EmergencyManagement Response System(EMRS) and the Canadian AnimalDisease Emergency ResponseSystem” led by Mr. D. Hayes of theCanadian Food Inspection Agency,addresses Cluster objectives 1 and 2.

BIO 013AP: “State-TransitionModel software for Animal Healthand Zoonosis Threat Assessment”led by Dr. R. Morley of theCanadian Food Inspection Agency,addresses Cluster objectives 1 and 2.

During the second round ofCRTI selections for the BiologyLaboratory Cluster, six acquisitionprojects were funded for a total

value of $6,955K. This includes$2,181K in CRTI funds, along with$4,774K “contribution-in-kind”from participating federal govern-ment departments. This provides a ratio of 32% CRTI funds to 68%in-kind contributions, tremendousleverage of CRTI funds and virtualreversal of program requirementsof 67% CRTI to 33% in-kind.

BIO 014AP: “CAN / US Counterterrorism R&D MOU - AerosolSampling Equipment Retention”led by Dr. B. Kournikakis ofDefence Research & DevelopmentCanada, addresses Cluster objec-tives 1 and 3.

BIO 016AP: “Penside and RapidDiagnostic Tests for FMD, HogCholera, and Avian Influenza” ledby Dr. P. Kitching of the CanadianFood Inspection Agency, addressesCluster objectives 1 and 2.

BIO 017AP: “Network GIS” led byMs. C. Doan of the Canadian FoodInspection Agency, addressesCluster objective 1.

BIO 018AP: “Public Health MapGenerator” led by Dr. J. Hockin ofHealth Canada, addresses Clusterobjective 1.

BIO 019AP: “Upgrade ofHybridoma Facilities” led by Ms. E. Fulton of Defence Research& Development Canada, addressesCluster objectives 2 and 4.

BIO 020AP: “Rapid Identificationand Detection of Plant Pests &Pathogens” led by Mr. L. Foster,addresses Cluster objectives 1 and 2.

95

The Biology Cluster will con-tinue to access gaps and selectTechnology Acquisition Projectsreflecting needs in thoseremaining areas.

Future Outlook


Objectives

CRTI Acquisition of Technologyprojects address the following

Chemical Cluster objectives:

1. Improve integration of data/info management systems foroperational needs;

2. Improve analytical approachesto the rapid detection ofhoaxes;

3. Identify lead laboratories forall chemicals on the prioritysubstances list;

4. Address gaps in lead laboratorycapabilities for chemicals onthe list;

5. Develop improved capabilitiesfor field detection of chemicalson the list;

6. Improve mobile analyticalcapability to provide directsupport to responders.

RecentProgressIn the first round of ChemicalCluster project selection, twelveAcquisition of Technology projectswere funded for a total value of$6961K. This breaks down as fol-lows: $4161K from CRTI and$2800K in in-kind contributionfrom participating departments.This gives a leverage ratio of 60%CRTI to 40% in-kind which issomewhat better than the CRTIprogram requirement of 67% CRTI to 33% in-kind.

First Round Projects are the following:

1. Merv Fingas of EnvironmentCanada is leading “FieldResponse - Re-equipingVehicle Portable AnalyticalSystems”, which addressesCluster Objectives 5 and 6.

2. Merv Fingas of EnvironmentCanada is leading “FieldResponse - Person PortableAnalytical Equipment”, whichaddresses Cluster Objectives 5 and 6.

3. Eva Dickson of Royal MilitaryCollege is leading “Relocationof Chemical Vapour ProtectionTest Facility”, which addressesCluster Objective 6.

4. Gary Lombaert of HealthCanada is leading “ChemicalContainment Lab Assessment”,which addresses ClusterObjective 4.

5. Joe Deak of the RCMP is leading “Raman for RapidCharacterization of UnspecifiedMaterials Recovered fromTerrorist Incidents” whichaddresses Cluster Objectives 2 and 5.

6. Joe Deak of the RCMP is lead-ing “Micro XRF for RapidIdentification of UnspecifiedMaterials Recovered fromTerrorist Incidents” whichaddresses Cluster Objectives 2 and 5.

7. Joe Deak of the RCMP is leading “X-Ray Diffraction(XRD) to Identify UnknownParticulates for Presentation as Evidence” which addressesCluster Objectives 2 and 5.

8. Pat Rasmussen of HealthCanada is leading “Facility for Gravimetric Analysis ofAirborne Particulate Matter”which addresses ClusterObjectives 4 and 5.

9. Paul d’Agostino of DefenceR&D Canada-Suffield is lead-ing “Analysis of ChemicalWarfare Agents in SamplesCollected in Support ofCounter-Terrorism” whichaddresses Cluster Objectives 3 and 4.

10. Messrs Graham and Brous of the Canadian FoodInspection Agency are leading“Microscope for FTIR” whichaddresses Cluster Objectives 2,4 and 5.

11. Garth Burns of the CanadianFood Inspection Agency isleading “Toxic Element

CRTI Chemical Cluster Acquisition Projects

AUTHOR:NormanYanofsky, Portfolio ManagerChemistry, CRTI, 305 Rideau Street,Ottawa, Ontario, K1A 0K2. Tel: (613) 998-6417, email: [email protected].


Contamination - ICP/MS forToxic Element Analysis” whichaddresses Cluster Objective 4.

12. Ralph Oncuil of the CanadianFood Inspection Agency isleading “Enhanced Capabilityfor Identification of ChemicalResidues in Foods, Feeds andFertilizers” which addressesCluster Objective 4.

In the second round of Clusterproject selection, seven Acquisitionof Technology projects were fundedfor a total value of $3261K. Thisbreaks down as follows: $1562Kfrom CRTI and $1699K in in-kindcontribution from participatingdepartments. This gives a leverageratio of 48% CRTI to 62% in-kindwhich is even better than either theprogram requirement of 67% CRTIto 33% in-kind or the first yearleverage ratio noted above.

The projects are the following:

1. Elaine Fulton of DRDC-Suffield is leading “HighThroughput MultiplexedIdentification of Ricin andother Biological Toxins”.(Cluster Objective 4.)

2. Carmela Jackson Lepage ofDRDC-Suffield is leading“Standard Atmospheres forChemical Warfare AgentsDetector Challenge andEvaluation.” (ClusterObjective 4.)

3. Merv Fingas of EnvironmentCanada is leading “ResponseGap Equipment”. (ClusterObjectives 4, 5 and 6)

4. Ralph Oncuil of the CanadianFood Inspection Agency is

leading “Emergency AnalyticCapability for PesticideResidues & Other ChemicalContaminants in Food,Animal Feed, and Fertilizers.”(Cluster Objective 4.)

5. Gary A. Lombaert of HealthCanada is leading “ChemicalContainment Lab Study.”(Cluster Objective 3, 4.)

6. Garth Burns of the CanadianFood Inspection Agency isleading “Saxitoxin and OtherMarine Toxins.” (ClusterObjective 4.)

7. Merv Fingas of Environment Canada is leading “DecontaminationEquipment.” (ClusterObjectives 4, 5 and 6)

97

While the above two listings givean indication of the breadth of the first two rounds of ChemicalCluster acquisitions, some individ-ual projects will be highlightedhere to illustrate some of the specific capabilities acquired. Dr. Elaine Fulton’s project, citedabove, addresses Defence R&DCanada Suffield Laboratory’s mandate to identify ricin and other biological toxins in sampleunknowns, such as botulinum toxinand staphylococcal enterotoxin B.The accepted methodology is anti-body-based assays. As was seen inthe US during the anthrax event inthe fall of 2001, government labo-ratories were overwhelmed by theneed to analyze multiple samples.The challenge is the capacity to do multiple samples with multipletoxin agents, and the adaptationof high throughput, multiplex pro-tein suspension arrays will providethe capacity. The Defence R&DCanada Suffield Laboratory has a mandate to act as Canada’sprincipal facility for the identifica-tion of chemical warfare agents.

Dr. Paul D’Agostino’s project, theacquisition of a Nuclear MagneticResonance (NMR) spectrometer,allows Suffield to identify chemicalwarfare agents unambiguously by using the NMR in conjunctionwith existing mass spectrometrytechniques.

In addition to chemical warfareagents and biological toxins, thereare many toxic industrial chemi-cals that pose a potential terroristthreat. Dr. Merv Fingas’ project of equipping field response per-sonnel with Person PortableAnalytic Equipment adds surgecapacity to Environment Canadain addressing CBRN threats. Thisbuilds on 20 years of experience of the Emergencies S&T Division in researching and evaluating thefield equipment of first responders.

Future Outlook


CRTI Acquisition Projects areselected to close critical gaps in

the laboratory cluster’s capabilityand capacity to respond. Gaps are closed by establishing orenhancing the infrastructure andequipment available to the federallaboratories involved in respond-ing to an incident. Acquisitionstypically involve “off-the-shelf”technologies and last one year.

During the first round of CRTIselections for the Radiological-Nuclear Cluster, six acquisitionprojects were funded at a totalvalue of $17,705K. This includes$6,198K in CRTI funds, along witha $11,507K “contribution-in-kind”from participating federal govern-ment departments. This provides a ratio of 35% CRTI funds to 65%in-kind contribution, which repre-sents a significant leverage overand above the minimum programrequirement of a 33% in-kindcontribution.

Acquisition projects will addressa broad range of Radiological-Nuclear Laboratory Cluster gaps.Overall objectives are as follows:

1. Improve Canada’s Radiological-Nuclear surveillancecapabilities;

2. Establish a capability to notifyand activate the Federal Labs;

3. Improve the integration andsharing of data across theRadio-Nuclear Cluster; and

4. Close high-priority gaps inhuman and environmentalmeasurement capability.

The six first-round acquisitionprojects for the Radiological-Nuclear Cluster are as follows:

RN001AP: “Fixed-PointSurveillance System for Canada”,led by Dr. K. Ungar of HealthCanada, addresses Cluster objec-tive 1. Partners include AtomicEnergy of Canada Limited and theCanada Boarder Services Agency.This project will establish a net-work of fixed-point sensorsaround Canada’s five nuclearpower plants and in ten majorpopulation centres.

RN002AP: “Aerial Surveillancefor Radiological-Nuclear Incidents”,led by Mr. R. Schives of NaturalResources Canada, will addressCluster objective 1. This projectwill acquire a system comprised of three rapidly deployable semi-quantitative gamma ray spectrometers that provide Phase 1detection and identification; alongwith two more sensitive Phase 2systems that map nuclide deposi-tion patterns. The system will becapable of real-time radio-telemetryof data to a ground-based receiverwith a sophisticated GUI and GIS display.

RN003AP: “Whole BodyMonitoring of RadiologicalContamination”, led by Dr. G.Kramer of Health Canada, willmeet Cluster objective 4. DefenceR&D Canada is a partner. Thisproject will acquire deployable,portable facilities to assist firstresponders in quickly identifyingand assisting contaminated indi-viduals; as well as high resolutionfixed facilities to identify complexmixtures of fission and activation

CRTI Radiological-Nuclear Cluster Acquisition Projects

AUTHOR:Mr. Ted Sykes, Defence Research &Development Canada, 305 Rideau St,Ottawa, Ontario, K1A 0K2, tel: (613) 998-6418, email: [email protected].


products. The latter will facilitatetreatment and risk projectionactivities.

RN004AP: “Biological Dosimetryfor Radiation Exposure”, led by Dr. D. Wilkinson of Defence R&DCanada, will meet Cluster objec-tive 4. Partners include HealthCanada and Atomic Energy ofCanada Limited. This project willacquire a “Luminex” System capa-ble of providing rapid analysis of many cytokines in the bloodplasma of potentially exposed indi-viduals. It will be an automatedsystem with enhanced instrumen-tation that provides more rapidsample analysis with an improvedmeasurement capability than hadpreviously been available.

RN005AP: “Nuclear ClusterEmergency Alerting andNotification System”, led by Mr. Brian Ahier of HealthCanada, will meet Cluster objec-tive 4. This project will acquire an Emergency InformationManagement Network/Portal for hosting shared information. It will also acquire the requisiteinformation management applica-tions. Features include anAutomated Emergency NotificationSystem, with a Web and InteractiveVoice Response capability.

RN006AP: “NetworkingLaboratory Results”, led by Dr. S.Johnson of Health Canada, willmeet Cluster objective 2. Thisproject will acquire a LaboratoryInformation Management System(LIMS) allowing for the automaticinput of results, from various

instruments, directly into a cen-tralized database. It will assist inforensic analysis of samples andChain of Custody tracking.

Second round acquisition project selection for the Radiological-Nuclear Cluster resulted in fivefederal government departmentsand agencies partnering to requestCRTI funds in support of one col-laborative project. The total valueof the project is $2.6M. It includes$1.5M in CRTI funds, along with a$1.1M “contribution-in-kind” fromparticipating federal governmentdepartments. This provides a ratioof 58% CRTI funds to 42% in-kindcontribution, which once again represents a significant leverageover the minimum programrequirement of a 33% in-kind contribution.

RN007AP: “Deployable AnalyticalFacilities to Support ExpertResponse to Radiological/NuclearIncidents”, led by Dr. T. Cousins of Defence R&D Canada, will meet Cluster objective 3. Partnersinclude Atomic Energy CanadaLimited, National ResearchCouncil, Canadian Nuclear SafetyCommission, Canadian BoarderServices Agency, Health Canadaand Department of Fisheries andOceans. This project will acquiremobile field sampling and analyti-cal tools necessary to establishcross-Canada technical responsecapabilities to a Radiological-Nuclear incident, on land or inwater. Four Mobile NuclearLaboratories (MNLs) will beacquired and stored in BritishColumbia, Manitoba, Ontario

and Nova Scotia respectively. Eachwill be comprised of a vehicleequipped with a suite of dataacquisition, analysis and commu-nication equipment. So equipped,the MNLs will allow scientificteams to identify the nature andextent of radiological contamina-tion at the site of an incident, andpredict the dispersion pattern ofcontamination.


Objectives

More than 150 State Partieshave ratified the Chemical

Weapons Convention (CWC) andagreed not to develop, produce,stockpile, transfer or use chemicalweapons, and to destroy their ownchemical weapons and productionfacilities. The CWC has reducedthe likelihood of chemicalweapons use by State Parties, butthere remains a serious concernthat other parties may make use of these weapons against civilianor military targets. Analyticalmethods need to be developed to ensure that suspect samples collected under these scenarios can be analyzed for the presenceof chemical warfare agents in atimely manner.

The DRDC Suffield analyticalresearch laboratories provide theCanadian Forces and SolicitorGeneral (RCMP) with a nationalcapability for the identification of chemical warfare agents in sus-pect samples. Mass spectrometryplays an important role in the confirmation of these compoundsin collected samples. A newMicromass/Waters QTOF Ultimatandem mass spectrometer,received at DRDC Suffield as partof a CRTI Technical Acquisition, is presently being used to developnew analytical methods for chemi-cal warfare agents and is availableat short notice to support theanalysis of forensic samples suspected to contain chemicalwarfare agents.

RecentProgressLiquid chromatography electro-spray tandem mass spectrometry(LC-ESI-MS/MS) methods weredeveloped for the analysis ofchemical warfare agents, theirdegradation products and relatedcompounds in aqueous samplesand extracts using the high reso-lution quadrupole/time-of-flight(QTOF) tandem mass spectrometerpurchased through CRTI. Thedeveloped methods have beenapplied to a variety of differentenvironmental samples containingchemical warfare agents including:

i) Spiked aqueous samples thatwere generated to simulate thetype of sample that might beexpected during retrospectiveidentification of chemical warfare agents.

ii) Aqueous extracts of soil sam-ples collected at a formermustard storage site as part ofan on-going environmentalassessment.

iii) Tabun samples containingnumerous related syntheticand/or degradation products.

iv) Autoclaved aqueous extracts of soil samples suspected tocontain chemical and/or biological warfare agents.

CRTI CHEM009AP Analysis of Chemical Warfare Agents in SamplesCollected in Support of Counter-Terrorism

PROJECT LEAD:DRDC Suffield

AUTHORS:Paul A. D’Agostino, tel: (403) 544-4670, email: [email protected];

James R. Hancock, Carmela R. Jackson Lepage andClaude L. Chenier, DRDC Suffield,P.O. Box 4000, Station Main,Medicine Hat, AB, T1A 8K6.


LC-ESI-MS/MS data wereacquired for the chemical warfareagents and related compounds with a resolution of 9000, enablingaccurate mass determination of(MH)+ precusor ions and struc-turally significant product ions.Acquired ESI-MS/MS was used toconfirm the presence of chemicalwarfare agents and their hydrolysisproducts and for the identificationof novel related compounds notpreviously associated with chemicalwarfare agent determinations.

101

DRDC Suffield, as an active part-ner in the CRTI Chemical Cluster,maintains responsibility for theanalysis of chemical warfareagents in forensic (or other) sam-ples suspected to contain thesecompounds. Readiness in theevent of an emergency is main-tained by on-going chemicalwarfare agent research anddevelopment efforts within theanalytical laboratory at DRDCSuffield. New sample preparationand analysis methods based onsolid phase microextraction, gaschromatography, liquid chro-matography, mass spectrometryand tandem mass spectrometrywill continue to be developed toinsure that DRDC Suffield canrespond to the analytical require-ments of the Canadian Forces.These methods may be used in the future for the analysis ofsuspect samples collected by theSolicitor General (RCMP), duringChemical Weapons Conventioninspections or in support of theCRTI Chemical Cluster mandate.

Future Outlook


Objectives

Monitoring capability followingthe intentional release of

radioactive material in an urbancenter has been identified (by CSIS)as extremely poor. All the radiolog-ical scenarios (with a reasonableprobability of occurring) wouldresult in internal contamination offirst responders and the Canadianpublic, possibly in a large number.

Deployable, portable facilitieswere required at the RadiationProtection Bureau (RPB) andAtomic Energy of Canada Limited(AECL) for first responders toquickly separate affected indi-viduals into those internallycontaminated and those uncon-taminated. The capability of fieldidentification of internallydeposited radionuclides wouldgreatly enhance subsequent riskestimates and accurate conse-quence management of the affected personnel.

High-resolution facilities wererequired for first responders toidentify internal complex mixturesof radioactive material in the con-taminated persons. Upgrading theRPB-based fixed facilities to a highresolution Whole Body Counterpermits the analysis of a complexinternal burden resulting from therelease of fission and the identifi-cation of activation products.Upgrading the RPB Lung Counterto larger, more reliable detectorspermits the accurate analysis of an actinide (uranium, plutonium,neptunium etc.) intake.

RecentProgressOriginally, this project was plannedas a one-year technology acquisi-tion; however, the complexity ofthe monitoring systems, and thefact that the required germaniumdetectors are at the forefront ofcurrent manufacturing capabilities,caused delays in both designing andmeeting specifications and organiz-ing the multi-vendor components.As a result, a cascading delayoccurred as one vendor had to waitupon another vendor’s responsebefore the final package could bebuilt and delivered.

The graded Z liner in the lung-counting chamber has beencompleted. It consists of a layer oftin covered by a layer of copper.These layers were installed overthe existing layer of lead that linesthe thick steel walls of the lungcounting chamber. An air handlingsystem containing a HEPA filterhas been installed in the lungcounting chamber in an attemptthe reduce the high radon back-ground, but this has proved to beminimally successful. Nevertheless,this has dramatically improved the air quality in the chamber during the counting of contami-nated persons.

Equipment has been purchasedand the lung counter has beeninstalled and is now operational.Background characterization hasbeen completed and efficiency calibrations have commenced. The latter is a lengthy procedure

CRTI RN-003AP Whole Body Monitoring for Radiological Contamination


FEDERAL PARTNERS:Department of National Defence,Atomic Energy of Canada Limited

AUTHORS:Dr. Gary H. Kramer, HumanMonitoring Laboratory, RadiationProtection Bureau, 775 BrookfieldRd, PL6302D1, Ottawa, Ontario, K1A 1C1, tel: (613) 954-6668, email: [email protected].

Dr. Anthony Waker, RadiationBiology and Health Physics, AtomicEnergy of Canada Ltd, Chalk RiverLaboratories, Chalk River, Ontario K0J 1J0, tel: (613) 584-8811 x3611, email: [email protected].


as multiple lung sets must bemeasured at multiple chest wallthickness values and the counts aregenerally in excess of 50,000 sec-onds to obtain good countingstatistics.

The whole body counter is inearly commissioning phases andbackground characterization, reso-lution capabilities, and calibrationwill commence later this year.

The portable monitoring capa-bilities have been enhanced by theacquisition of more P3 monitors sothat up to 1000 persons per hourcan be screened. Other hand-heldequipment has been acquired toenhance field capabilities, includ-ing high-resolution capabilities.The latter instrument can also beused as a high resolution fielddeployable whole body counter aspersons contaminated following anintentional release of radioactivematerial are likely to have easilydetectable quantities of radionu-clides either on or in them.

The role adopted by ChalkRiver Laboratories (CRL) is to com-plement the large-scale screeningcapability of Health Canada and theDepartment of Defence by provid-ing a transportable monitoring andinternal dose assessment system forevaluation of contaminated firstresponders and victims of a radiological event.

In order to establish a doseassessment and medical supportcapability, CRL has procuredequipment to setup a transportable,

rudimentary bioassay laboratorywith wound monitoring capabilityand basic quantitative in-vivomonitoring. Capabilities include:transportable gamma spectrometers,

wound monitoring detector systems, transportable liquid scintillation counter, survey equip-ment, data management, andcomputing modeling software.

103

The immediate activities are to calibrate the fixed facilities. Thelung counter’s background mustbe fully characterized and thedetectors calibrated using both theLawrence Livermore Torso phan-tom with two lung shapes, and theJapanese Atomic Energy ResearchInstitute Torso Phantom. This willprovide person-size calibrationdata sets. Minimum detectableactivities must be established for avariety of radionuclides including239Pu, 241Am, and natural andenriched uranium.

The whole body counter must be calibrated using the BOMABphantom family that includes a 4-yr-old, a 10-yr-old, a 5-percentilemale, a reference female, a refer-ence male, and a 95-percentilemale. Detection limits must beestablished and the multi-channelscaling characteristics of the newcounter must be established.

The portable high-resolution moni-toring equipment will be calibratedusing a combination of experimen-tal and Monte Carlo techniques.All the field deployable equipmentmust be tested under realistic exer-cise conditions; this is planned forlater in 2004.

Anticipated Non-Emergency Use:RPB’s P3 monitors are being usedto monitor persons entering andleaving the building. They will alsobe used in emergency exercises(Federal & Provincial). AECL’sequipment will be used in inter-national intercomparisons,emergency response exercises,annual staff training, and routinestandby use at AECL. The fixedfacilities will be used to supportresearch and development pro-grams as well as intercomparisonprograms, to measure interna-tional standards, and to measureCanadians who may be potentiallycontaminated through accidentalor occupational exposure.

It is anticipated that all the equip-ment described above will be fullycharacterized and functional byearly 2005.

Future Outlook


Objectives

This project deals with the CRTI investment priority of

Immediate Reaction and Near-Term Consequence ManagementCapabilities.

Real-time reporting of labora-tory results of environmentalsamples to first responders and the Canadian public is essential for ensuring public confidence inthe event of a nuclear emergency.Inputting these results into thedecision-making frameworkARGOS (Accident Reporting andGuidance Operational System),operated in support of the FederalNuclear Emergency Plan, alongwith other relevant informationsuch as meteorological modellingand aerial surveys, provides anoverall perspective on radioactiveplume dispersion and deposition,and dose evaluation. The outputsfrom ARGOS will be used by decision-makers and first respon-ders for safe and effective responseto the radiological/nuclear emergency.

To accomplish the goal ofrapid, shared reporting of qualitylaboratory results, laboratory certification and a LaboratoryInformation Management System(LIMS) are necessary. Laboratorycertification ensures that interna-tional standards for generatingreliable and reproducible labora-tory data are followed. This iscritical for providing credibility on the quality of the results thatare reported from the laboratory.LIMS provides rapid reporting oflaboratory results and increasedefficiency via centralized resourcemanagement and automation ofworkflow steps. The LIMS plat-form can also be used to shareinformation with other clustersand partners.

CRTI RN 006AP Networking Laboratory Results from a Certified National Laboratory


FEDERAL PARTNERS:None

AUTHORS:Sonia Johnson, Jeff Haydt, Jeff Whyte, Radiation ProtectionBureau, 775 Brookfield Rd, Ottawa, ON, K1A 1C1 email: [email protected], tel: (613) 954-6677;

email: [email protected], tel: (613) 941-2736;

email: [email protected], tel: (613) 954-8585).


RecentProgressThe LIMS development project hasrealized enormous success overthe past fiscal year. The core LIMSgroup at RPB is responsible for theleading edge development of anindependent LIMS environment,which includes the successful completion of the Threat RiskAssessment (TRA). The TRA investigates the risks involved inhosting a separate, independentnetwork.

This project has also achievedthe successful installation of LIMSsoftware, the establishment of thestandalone network of user PCsand instrument PCs, and the con-figuration of 2 key laboratoryprocesses, including instrumentinterfacing. This configuration isthe result of extensive consultationservices and training of HC per-sonnel. These 2 processes are inthe testing stage of the pilot, andwill go live by March 2005.

The laboratory is workingtowards ISO 9001 certification. TheQuality Manual has been writtenand reviewed by a Quality consult-ant to ensure that ISO 9001elements have been addressed. Thework instructions that supplementthe Quality Manual are being writ-ten by CRMN technical staff.

105

For the LIMS implementation, thefollowing stages will occur:

� Parallel use of the LIMS andexisting work methods. Thiswill highlight any glitches inthe LIMS-based platform thatwill require further configura-tion and development.

� Validation of the LIMS configuration.

� Complete rollout of the LIMSplatform for use in the day-to-day production environment,with transfer of relevant information to the NuclearEmergency Preparedness andResponse Division’s (NEPRD)ARGOS system in a timelyfashion.

For the ISO certification project,the work instructions for theQuality System will be completed.The Quality System will then beimplemented and tested for aperiod of time (3-6 months) priorto the internal audit, a prerequisitefor obtaining external certification.

The project is expected to be com-pleted no later than Quarter 1 ofFY 05/06, with the deliverables of:a laboratory certified to ISO 9001;key processes executed on a LIMS-based platform; and sharing ofhigh quality radioactivity measure-ments with key partners. Transferof radioactivity measurement data to a central repository (i.e.ARGOS) during routine situationswill ensure that pertinent informa-tion required during an emergencywill be available in a rapid andreliable fashion. This enhancedpreparedness is essential for deci-sive response in an emergency,which will aid and protect firstresponders, emergency workers,and the Canadian public.

The LIMS / ISO projects of theCanadian Radiological MonitoringNetwork (CRMN) laboratory canbe used as a model for other labo-ratories or clusters having thesame needs and requirements for data sharing.

Future Outlook


Objectives

In 2001, when the Anthrax let-ters were circulating in the US,

forensic identification specialists(FIS) had no standard operatingprocedures (SOPs) for examiningthis type of physical evidence forfingerprints or DNA. The mainobjective of this project is to deter-mine SOPs for evidence recoveryfrom a crime scene that has beencontaminated with chemical (CW)or biological warfare (BW) agents.The milestones involved in reach-ing this objective are:

1. Observation of the effects of decontamination agents(CASCAD and MODEC) on fingerprints and DNA(completed);

2. Determination of the effect of CW agents on the recoveryof fingerprint evidence usingcurrent chemical detectionprocedures (completed);

3. Determination of the effect ofCW agents on the integrity ofDNA evidence (completed);

4. Determination of the stabilityof selected CW agents to DNAextraction protocols (ongoing);

5. Determination of the robust-ness of non-pathogenicbacteria to FTA® swabs usedto collect and store forensicDNA samples (completed);

6. Determination of the robust-ness of non-pathogenicbacteria to DNA extractionprotocols (completed);

7. Determination of the effect of BW agents on the integrityof DNA evidence and of therobustness of the bacteria toDNA extraction protocols(ongoing).

The resulting SOPs will pro-vide FIS, who are part of theCBRN first responder community,with information on the mosteffective method for recoveringfingerprint, DNA, footwear, andhair and fibre evidence. This infor-mation addresses shortcomings in the CRTI investment priority:”Criminal Investigation Capabilities”.

RCMP Recovery of Physical Evidence from Crime Scenes Contaminated with Chemical or Biological Warfare Agents

PROJECT LEAD:Royal Canadian Mounted Police

FEDERAL PARTNERS:Defence Research & DevelopmentCanada (Suffield), Health Canada

AUTHORS:Dr. Della Wilkinson, Room 503, NPS Building, 1200 Vanier Parkway,Ottawa, ON, K1A 0R2. tel: (613) 993-3059. e-mail: [email protected]


RecentProgressThe decontamination agents aredestructive to both fingerprint andDNA evidence. In the presence ofselected CW agents, all standardchemical fingerprint detection pro-cedures were performed with theexception of blood peroxidasemethods. This initial research wascompleted in 2000 through collab-oration with scientists at DRDCSuffield. Further work with DRDCSuffield and a contract with theUniversity of British Columbia,completed in 2003, identified fourCW agents that inhibit the abilityto recover forensic DNA profiles.

The stability of non-pathogenicbacteria to standard DNA collec-tion and extraction protocols was explored in 2003 through a contract with the University of Ottawa’s Centre for Research in Environmental Microbiology(CREM). The results showed thatFTA® swabs could not inactivatethe selected bacteria. However,they were destroyed by the pres-ence of Lysis buffer in the DNAextraction procedure with thespore forming bacteria requiringthe addition of heat (95 ºC for 30 minutes) for total kill.

107

The stability of the CW agents,which did not inhibit DNA profil-ing, is being studied through anongoing contract with scientistsat The Netherlands Organizationof Applied Scientific Research-Prins Maurits Lab (TNO-PML).

An MOA with scientists atHealth Canada’s Centre forEmergency Preparedness andResponse has been designed to continue the DNA researchusing pathogenic bacteria.

Future Outlook


Objectives

Traditionally, passive defencehas been the preferred way to

counter the BC threat. Passivedefence encompasses the wholearray of measures that are avail-able to the soldier: detection andidentification, physical protection,medical countermeasures anddecontamination.

Modelling and simulation areincreasingly important instrumentsand these approaches could havean enormous impact in the area ofpassive defence. Traditionally, theassessment of the chemical threatusing the concept of challenge levels has been the primary focus.As the threat picture is changing,assessment of biological threats aswell as threats exerted by (indus-trial) toxic compounds (includingreleases other than attack) havebecome important issues as well.

Threat assessment has beenused as a starting point to definethe requirements for a passivedefence system. In the past, suchrequirements were determined on a more or less ad hoc basis. TheTNO Prins Maurits Laboratory hasstarted a scenario-based systemicapproach to model the completechain of passive defence measures,in order to derive challenge levelsand casualty levels. This enablesthe study of the effects of passivedefence requirements upon theselevels, thus improving the selec-tion process.

The Chemical IncidentSimulator, CIS, simulates eventsthat encompass the passive

defence against chemical warfareagents. The model starts in‘release, transport and dispersion’mode, where agent release in anincident scenario is simulated. The model generates concentra-tion-time exposure profiles for thedetectors, mask, suit, filters andpeople present in the scenario. Inaddition, challenge levels to thewhole target are calculated. In thenext step the model is in detectionmode; as soon as the release of a chemical agent is detected, an alarm is generated. Thesedetection alarms and the exposureprofiles are input for the nextmode, where the skin and respiratory protection models aretriggered. These models calculatethe amount of protection offeredby the protective material. Thisresults in exposure profiles forlung, eye and skin to liquid,vapour and aerosols. In the finalmode, the toxic-effects modeltranslates the exposure profilesinto casualty probabilities for thepersonnel. Scenarios (i.e. attacksor incidents) are needed as inputfor the model. Over the years anextensive number of scenarios hasbeen collected. For easy retrievalof scenarios a database has beenbuilt. The scenario takes intoaccount all relevant factors neces-sary to calculate challenge levels(i.e. target data, weapon character-istics, chemical agent propertiesand meteorological effects).Furthermore, different NBC-alertstates (Mission Oriented ProtectivePosture – MOPP) can be selected.These states range from ‘low’,meaning no protective clothing ormask is worn, to ‘high’, meaning

TNO Chemical Incident Simulator: A New Approach for Deriving Passive Defence Requirements

AUTHORS:M.J.G. Linders, C.A. van Beest, P. Brasser, L.F.G. Geers, G. van ’t Hof,R.A. Rumley-van Gurp, R.P. Sterkenburg, S.C. van Swieten,H.W. Zappey, A.R.T. Hin and M.W. Leeuw, TNO – Prins MauritsLaboratory, PO Box 45, 2280 AARijswijk, The Netherlands, +31 15 284 3303, email: [email protected].


the soldier is completely protected.Each alert status is characterizedby time intervals that define howlong it takes before the mask andsuit are worn, thus offering theirrespective protection. The resultingchallenge levels, dosage fields anddeposition fields, are stored in thedatabase as well.

RecentProgressThe Chemical Incident Simulatorsimulates the dispersion of chemi-cal warfare agents (and in thefuture also industrial agents andbiological warfare agents), detectorresponses, the effects of protectiveequipment, and the human toxi-cological responses for manyscenarios. The calculations start by defining the scenarios: incidentproperties such as target, terrain,climate, weapons, agent, etc.; personnel deployments – type ofprotection available (mask, suit);detector deployments – singledetector, array of detectors, location; and NBC-alert state.Subsequently, the ‘agent releaseand transport’ in the scenario is calculated, which results in concentration-time profiles at the locations of detectors and personnel.

For release, transport and diffusion, the simulation programRAP2000, developed by TNO-PML,is used. The engine of RAP2000consists of a series of models thatpredict physical quantities like con-centration and surface deposition as

function of time and location, givena chemical or biological release sce-nario. A major premise of RAP isthat every chemical or biologicalattack, including line-shaped sprayreleases, can be split up in singlesources. A single source is definedas a cloud of vapour and liquiddrops with a three dimensionalGaussian mass distribution. The single source itself is split up in aninitial vapour puff and a number of puffs containing droplets withthe same size.

The detector model is capableof simulating both vapour and liq-uid detection systems. For vapourdetection, there are three aspectsthat are modelled: sensitivity,response time, and regeneration.The liquid detector model simu-lates the behaviour of detectionpapers, which are in operationaluse by the Dutch and many otherDefence forces. It simulateswhether or not a paper will show a visible coloration, depending ondeposition density and dropletsizes. The theoretical detector display outputs are corrected foroperational detector proceduresand residual contamination.

The skin protection model, orsuit model, calculates the concen-tration of warfare agents, whichpenetrates the NBC-clothing. The vapour is adsorbed on the carbon, which is present in theNBC-protective clothing. Thebreakthrough concentration is calculated by the model on thebasis of the type of NBC-protectiveclothing material, the outside concentration, the temperature,the wind speed, the time of

exposure, the type of vapour etc.Next to vapour contamination, thesuit model also includes a basic liquid drop model.

The respiratory protectionmodel, or mask model, consists oftwo parts: a carbon filter modeland a mask leakage model. Thecarbon filter model predicts thevapour breakthrough through thefilter as a function of time. Themodel is valid for the adsorption of a vast number of physisorbedorganic contaminants. Climaticaspects like temperature andhumidity are important parame-ters in this respect. The leakagemodel is deduced from protectionfactor measurements of peoplewearing gas masks in the field. The final vapour concentrationthat a soldier inhales and to whichthe eyes are exposed, is a fraction-based mean of the breakthroughthrough the filter and of the leak-age at the sides of the mask.

The toxic effects model usesconcentration-time profiles fromthe respiratory and skin protectionmodels as input to estimate casu-alty probabilities. This modeltranslates the exposure profiles into casualty probabilities for thepersonnel, assuming a probabilisticdose-effect relationship. The casualty levels and spectra can be obtained for various types ofhealth effects, e.g. eye effects,inhalation, percutaneous effects,subdivided in two levels (incapac-itating and lethal), and variousprotection levels, e.g. no protection,suit only, mask only, mask and suit,and collective protection.


All input parameters, scenariodefinitions and results are storedin a database for easy access andretrieval. Analysis of individualscenario results and statisticalanalysis over all scenarios (or anysubset) is possible. Typical individ-ual scenario results are deposition,dosage and casualty level on theattacked target. Typical statisticalanalysis results are dosage anddeposition threat spectra, andcasualty spectra.

Thus, the Chemical IncidentSimulation model largely elimi-nates the subjectivity involved inscenario studies, and procurementof protective and detector equip-ment. CIS can simulate the effectof the complete passive defencechain in a consistent way. Thestrength of CIS is that it can simu-late this effect for a huge numberof different situations and thus isable to establish passive defencerequirements in a systematic way.The proof of principle for simulat-ing the complete protection chainhas been given. Extensive workhas to be done to refine thisapproach, so that CIS can be aneffective tool to set requirementsfor real life situations.

110

In the near future, while the CISmodule matures, it is foreseenthat a so-called CIS user groupwill be initiated, which NATOcountries can join.

The system will ideally providean analysis tool to support plan-ning and decision making. Thesystem will eventually supportoperations in an analytical modeas well as interface with an inte-grated warning and reportingnetwork to provide real-timeanalysis capability. Ideally, thesystem should also be capableof interfacing with other modelsthat simulate the effects of blast,fragmentation, fire, nuclearevents and combinations thereof.

Finally, it should be noted thatthe systemic approach could alsoplay a role in defining researchpolicies, as it will be capable ofpointing out relative weaknessesin the passive defence system,which needs improvement.

Future Outlook


Programme du

Symposium d’été de l’IRTC

Les 15 et 16 juin 2004Gatineau (Québec)

L’IRTC, ou l’Initiative de recherche et de technologie chimique,biologique, radiologique ou nucléaire (CBRN), a été lancée en mai2002 à la suite de l’adoption du budget en matière de sécurité publiqueet de lutte au terrorisme du Gouvernement du Canada en décembre2001. Le mandat de l’IRTC est d’améliorer la capacité d’intervention du Canada lors d’incidents CBRN par l’entremise d’investissements enscience et en technologie.

Dans les deux années qui ont suivi sa création, l’IRTC a financé 53 projets de recherche et de technologie, d’accélération technologiqueet de démonstration technologique. De plus, cette initiative a financé57 projets d’acquisition technologique afin d’améliorer la capacité des labo-ratoires scientifiques fédéraux et gouvernementaux. Un grand nombre deces projets ont été très efficaces et produisent déjà des résultats.

Le deuxième Symposium annuel d’été de l’IRTC, qui se déroulera auChâteau Cartier de Gatineau, au Québec, permettra aux partenaires del’IRTC et à l’ensemble des intervenants du domaine CBRN de se renseignersur les progrès réalisés dans le cadre des deux premières rondes de finance-ment, ainsi que sur les plans d’avenir. Le Symposium vise à faciliter lepartage et l’échange des connaissances acquises par les partenaires del’IRTC et à renseigner tous les intervenants sur les travaux connexes réalisés dans le domaine CBRN. Cet échange d’idées devrait renforcerdavantage les compétences et les capacités CBRN au Canada dans ledomaine de l’intervention scientifique et technologique.

Les résumés suivants présentent tous les projets financés en 2002et en 2003. Chacun de ces résumés sera présenté verbalement ou sousforme d’affiche. L’IRTC est aussi heureuse d’ajouter à ces résumés ceuxprovenant de chercheurs de milieux connexes au milieu CBRN. Cesrésumés sont tous remarquables par leur ampleur, leur qualité et lescontributions qu’ils apportent à la sécurité nationale et internationale.

Programme duSymposium d’été de l’IRTCLes 15 et 16 juin 2004Gatineau (Québec)

1Programme du Symposium d’été de l’IRTC

Avant-propos

IRTC-0004TA Bio-détection ponctuelle : Plate-forme de capteurs MEMS pour la détection et l’identification d’agents biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

IRTC 0006RD Induction rapide de l’immunité innée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

IRTC 0011TA Biodétecteur en temps réel portable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

IRTC 0019TA Biodétection et identification de confirmation en temps réel : validation rapide et prototype d’instrument utilisable sur le terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

IRTC 0027RD Marqueurs des expositions radiologiques à l’appui de la dosimétrie biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

IRTC 0027RD (a) Conception et mise en place du réseau national de cytogénétique à l’appui de la dosimétrie biologique lors d’expositions radiologiques ou nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

IRTC 0027RD (b) Marqueurs des expositions radiologiques à l’appui de la dosimétrie Biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

IRTC 0027RD (c) Mise au point d’un dosimètre biologique à haut rendement pour mesurer les expositions radiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

IRTC 0027RD (d) Disométrie biologique et marqueurs des expositions nucléaires et radiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

IRTC-0029RD Protection des premiers intervenants contre les menaces chimiques ou biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

IRTC-0052TA Analyse rapide de la concentration de carbone 14 par spectrométrie de masse par accélérateur . . . . . . . 22

IRTC 0060TA Système de gestion de triage rapide (RTMW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

IRTC 0064RD Nouvelles techniques de surveillance des agents biochimiques utilisés comme armes de guerre et d’identification des gènes de virulence modifiés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

IRTC 0072RD Nanodosimètres à luminescence stimulée optiquement . . . . . . . . . . 28

IRTC 0080TA Système d’aide à la décision ARGOS pour la gestion des urgences radiologiques et nucléaires . . . . . . . . . . 30

IRTC 0085TA Intérêt du GM-CSF dans le syndrome d’irradiation aiguë . . . . . . . . . . 32

IRTC 0087RD Anticorps thérapeutiques contre les virus Ebola et Marburg . . . . . . . . . . . . 34

IRTC 0091RD Mise au point d’anticorps monoclonaux recombinants pour le traitement et la détection des agents bio-terroristes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

IRTC-0100TA Enceinte d’essais avec mannequin articulé pour l’équipement et les tenues de protection du personnel chargé d’intervenir en cas de menaces chimiques et biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

IRTC-0105TA Visualisation des menaces en temps réel, à l’aide d’un réseau de capteurs d’agents CBRN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

IRTC 0120RD Mise au point d’une nouvelle méthode d’empreinte moléculaire pour capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

IRTC-0131TA Antidote HI-6 contre les agents neurotoxiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

IRTC 0133RD Nouvelles techniques d’évaluation rapide de la contamination radioactive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

IRTC 0154RD Test de diagnostic rapide (<1 h) à base d’ADN de deux agents biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

IRTC 0161TA Casque de protection contre le souffle et les agents CB . . . . . . . . . . . . . 49

Table des matières


IRTC-0196RD Mise au point de tests de détection rapide utilisables sur le terrain et de programmes de formation vétérinaire pour les premiers intervenants afin de faire face aux menaces d’agro-terrorisme employant des pathogènes animaux . . . . . . . . . . 52

IRTC 0203RD Détection à distance du rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

IRTC 0204RD Pellicule détectrice à bulles . . . . . 56

IRTC 02-0007TA Contremesures médicales contre le ricin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

IRTC 02-0021RD Détection et identification directes des acides nucléiques utilisés comme armes biologiques au moyen de polymères cationiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

IRTC 02-0024RD Outil destiné à une évaluation probabiliste de la sûreté des dispositifs de dispersion radiologique . . . . . . . . . . 62

IRTC 02-0035RD Réseau canadien d’information sur la santé publique . . . . . . . . . . . 64

IRTC 02-0041RD Détermination en temps réel de la zone d’influence des rejets CBRN . . . . . 66

IRTC 02-0041TA Réseau de surveillance CBRN déployable . . . . . . . . . . . . . . . 68

IRTC 02-0043TA Capacités de gestion rapide des conséquences . . . . . . . . . . . . . 70

IRTC 02-0045RD Luminescence simulée optiquement (LSO) . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

IRTC 02-0053TA Outil d’aide à la décision basé sur les simulations pour l’optimisation des systèmes de détection, de protection et de décontamination, avec des structures d’équipes et des procédures . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

IRTC 02-0057TA Système canadien d’alarme du rayonnement pour la surveillance des infrastructures critiques . . . . . . . 77

IRTC 02-0066RD Élaboration de programmes de simulation pour se prémunir contre le bioterrorisme visant le bétail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

IRTC-02-0067RD Restauration des installations et des zones après une attaque CBRN . . . . . . . . . 80

IRTC 02-0069RD Épidémiologie moléculaire des agents biologiques dangereux . . . . . . . . . . . . . 83

IRTC 02-0080RD Outils d’évaluation et de gestion du risque psychosocial (EGR) dans le but d’améliorer l’intervention en cas d’attaque ou de menace CBRN au Canada . . . . . 85

IRTC-02-0091TA Puce à ADN génomique de Clostridium botulinum de type A . . . . . . . . . . . . 87

IRTC 02-0093RD Système perfectionné de prédiction et d’évaluation en cas d’urgence, des dangers causés par des agents CBRN, dans un environnement urbain . . . . . . . . . . . . . . 89

IRTC 02-0093TA Recherche sur les polymères avancés pour une application destinée à l’équipement de protection personnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

IRTC CHEM009AP Analyse des agents de guerrechimiques dans les échantillons prélevés à l’appui des opérations anti-terrorisme . . . . . . . . . 94

IRTC RN003AP Whole Body Monitoring for Radiological Contamination . . . . . . . . . . . . . . 96

IRTC RN 006AP Diffusion en réseau des résultats obtenus par un laboratoire national certifié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires de biologie IRTC . . . . . . . . . 100

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires de chimie IRTC . . . . . . . . . . 102

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires radiologiques nucléaires de l’IRTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

GRC Récupération des éléments de preuve matériels sur les lieux de crimes contaminés par des armes chimiques ou biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

TNO Simulateur d’incident chimique : une nouvelle approche pour déterminer les besoins en matière de défense passive . . . . . 108


Objectifs

Ce projet vise à fournir une vali-dation de principe d’un capteur

chimique et biologique MEMS pourla détection de matériel potentielle-ment toxique ou infectieux. À cette fin, nous comptons bâtir unrésonateur microfabriqué pourdémontrer la faisabilité de notreapproche unique. La détection et la transduction des signaux du capteur MEMS sont fondées sur le rapport de la fréquence à lamasse dans un dispositif résonant(Loi de Hooke). Les capteurs du résonateur contiendront des éléments de reconnaissancemoléculaire tels que des anticorps,des sondes d’acides nucléiques oudes polymères imprimés. Ces élé-ments captureront le matériel desanalytes spécifiques sur la surfacedu résonateur. Les changements de masse associés à cette capturespécifique entraîneront un change-ment dans la fréquence deséléments résonants.

Cette technique de détectionn’utilise aucun réactif. Le capteur,combiné aux éléments de recon-naissance, fournit à lui seul unsignal lorsque certaines moléculescibles sont présentées. Aucun marqueur (fluorescent, coloré,radioactif, etc.) n’est requis pour la transduction des signaux. L’autreavantage qu’offre cette techniquepar rapport à d’autres méthodessans réactif est le faible coût de production des capteurs et des systèmes auxiliaires pour les fairefonctionner. Comme le processusde transduction des signaux utilise différentes fréquences durésonateur, des mini-amplificateursdifférentiels peu coûteux serontutilisés. Aucun matériel coûteuxcomme les lasers, les sourceslumineuses, les détecteurs optiqueset les lentilles n’est nécessaire, nonplus que des caractéristiques lour-des comme l’alignement optique ou les connexions haute tensionque l’on retrouve dans de nom-breuses plate-formes actuelles de détection.

IRTC-0004TA Bio-détection ponctuelle : Plate-forme de capteurs MEMSpour la détection et l’identification d’agents biologiques

RESPONSABLE DU PROJET :MEMS Precision Technology Inc.

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :RDDC Suffield

AUTEURS :Dr John Dunfield et M. Brian Norling,MEMS Precision Technologies, 3810 Fearn Way, Ladysmith (C.-B.), tél : (250) 245-0259, téléc : (250) 245-0259;

Dr William E. Lee, Recherche etdéveloppement pour la défenseCanada Suffield, B.P. 4000, Medicine Hat (Alberta) T1A 8K6, tél : (403) 544-4706, téléc : (403) 544-3388.


5

Au cours des prochains mois,l’équipe de projet concentrerason attention sur l’essai et l’évaluation des capteurs durésonateur. On évaluera la stabilité et la sensibilité demasse des dispositifs. Ces testsmettront fin aux travaux du projet IRTC. Au nombre despoints forts de cette techniquefigurent une sensibilité de détec-tion élevée, un faible coût engénéral, une faible consomma-tion d’énergie, une taille réduiteet une robustesse générale quin’ont pas encore été démontrésailleurs. La microfabrication deséléments du capteur permettrad’effectuer une bioanalyse enparallèle à grande échelle.

Programme du Symposium d’été de l’IRTC

ProgrèsrécentsL’effort central de mise au point desproduits vise à créer un meilleursystème de détection des agentsdangereux qui peut être déployésur le terrain à des fins de protec-tion militaire ou civile. Le systèmeproposé est simple à faire fon-ctionner et fournit des données en temps réel sur les dangers donton a besoin pour la prise rapide de contremesures médicales. Aucœur du système se trouve unecartouche contenant un élémentcapteur MEMS qui est capable dedétecter avec exactitude de petitsnombres de bactéries, de virus, detoxines ou de produits chimiques.Pour que le projet progresse, il afallu régler des problèmes de fabri-cation de MEMS et de liaison des résonateurs aux composantesélectroniques. Plusieurs essais defabrication ont été entrepris, lesproblèmes ont été résolus et les dispositifs ont réussi à être produits.L’équipe de projet a réussi à lier lesconnexions.

Perspectivesd’avenir

Objectifs

Des événements ont illustrérécemment la menace que

le bioterrorisme fait peser sur lesCanadiens et la chaîne alimentaire.De nombreux agents très infectieuxtels que Yersinia pestis peuventinfecter tant les humains que lesanimaux, alors que le virus de lavariole et celui de la fièvre aphteusene touchent, respectivement, queles humains et les animaux. Tousces agents peuvent être dispersésdans l’air et dans l’eau. Dans le casd’une attaque bioterroriste, il faudradéployer sur-le-champ des tech-niques de diagnostic rapide et detraitement et assurer à long termel’accès à des traitements prophylac-tiques pré-exposition. L’objectif denotre projet est de mettre au pointdes produits et des méthodes pourassurer une protection immédiate à court terme des voies aériennes et de l’intestin contre divers orga-nismes, tout en offrant des vaccinsqui peuvent conférer une immu-nité durable.

Progrès récentsLa Vaccine and Infectious DiseaseOrganization (VIDO) criblera toutun éventail de séquences spéci-fiques d’oligonucléotides (CpG)pour identifier celles qui sont le plusefficaces et le plus appropriées chezune espèce animale particulièrepour stimuler l’immunité innée. Ilsera nécessaire de déterminer lesdoses et les voies d’administrationoptimales des CpG. L’accent seramis sur l’induction de l’immunitéau niveau des surfaces muqueuses

des voies respiratoires et digestives.Les chercheurs établiront égalementdes méthodes de détection pourmesurer les changements dans laréponse immunitaire, tels que lesprofils d’expression des cytokines.

Plusieurs CpG ont fait l’objetd’une analyse visant à déterminerleur capacité d’induire des gènescellulaires spécifiques qui jouent un rôle important dans l’immunitéinnée, tels qu’IL-6, IL12p40, IFN-�et B7-1. De plus, des gènes de laréponse CpG d’origine bovine,ovine, porcine et équine ont étéclonés et exprimés dans des lignéescellulaires transfectées.

À l’Université McMaster, unpetit modèle animal pour lespoxvirus sera mis au point. Lespoxvirus, en particulier le virus dela variole majeure responsable de la variole, figurent parmi les agentsinfectieux les plus contagieux et lesplus virulents. On ignore pour lemoment si les stocks de virus infec-tieux de la variole majeure sonttoujours conservés exclusivementdans les laboratoires fédéraux deniveau de confinement élevé auxÉ.-U. et en Russie ou si le virus estdéjà entre les mains des terroristes.Comme ce virus représente l’un desdangers les plus graves dans lemonde, il sera particulièrementintéressant d’étudier l’inductionrapide de l’immunité innée dans unmodèle animal à l’aide de poxvirusétroitement apparentés.

À la lumière des donnéesexpérimentales obtenues par VIDO,les chercheurs de l’UniversitéMcMaster ont réalisé un certainnombre d’essais in vivo et in vitrosur les CpG, montrant l’impact del’administration de ce composé à la

IRTC 0006RD Induction rapide de l’immunité innée

RESPONSABLE DU PROJET :VIDO

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Université McMaster, Hamilton;CNMAE, ACIA, Winnipeg

AUTEURS :Markus Czub, Santé Canada,Winnipeg, tél : (204) 789-6037, courriel : [email protected];

Lorne Babiuk, VIDO, Saskatoon, tél : (306) 966-7475, courriel : [email protected];

Jack Gauldie, Université McMaster,Hamilton, tél : (905) 521-2100, poste 76331, courriel : [email protected];

Steven Jones, Santé Canada,Winnipeg, tél : (204) 789-5065, courriel : [email protected];

Stefanie Czub, CNMAE, ACIA,Winnipeg, tél : (204) 789-2021, courriel : [email protected]


surface des muqueuses de souris. Ils ont montré que l’administrationtransmuqueuse mais non sys-témique d’oligonucléotides (ODN)CpG aux muqueuses génitales protégeait les souris femelles contreune exposition muqueuse par voie intravaginale au virus herpèssimplex de type 2 (VHS-2). Cetteprotection était attribuable à lacapacité des CpG d’induire desréponses immunitaires localesinnées à la surface épithéliale desvoies vaginales étant donné quel’on pouvait induire une protectionchez les souris dépourvues d’un système immunitaire adaptatif(souris RAG-2-/- et RAG-2-/- �c-/-).L’administration locale d’ODN CpGa induit rapidement une prolifé-ration et un épaississement del’épithélium génital et a entraîné unrecrutement important de cellulesinflammatoires au niveau de lasous-muqueuse. L’administrationlocale de CpG dans la muqueusevaginale a provoqué l’inhibition de la réplication virale mais non dela pénétration du virus dans les cel-lules de l’épithélium génital. Ainsi,l’administration muqueuse d’ODNCpG a induit un état antiviral dansles cellules épithéliales muqueuses.La capacité des CpG d’induire unétat antiviral local n’était pas due à l’interféron-� (IFN-�). Comme leCpG agit en envoyant des signauxpar le biais du récepteur 9 analogueà Toll (TLR9), nous avons utilisé des cellules humaines HEK-293transfectées avec des cellules TLR9murines et une lignée cellulaire demacrophages murins qui exprimenaturellement TLR9, et il s’est avéréque cet état antiviral était dépen-dant des TLR9 et médié par ceux-ci.Les chercheurs ont étudié par la

suite les paramètres de la protectioninduite par les CpG contre l’exposi-tion intravaginale au VHS-2. Uneprotection in vivo était obtenuelorsque le CpG était administré48 heures avant ou au plus sixheures après l’infection muqueuse.

Des études animales expéri-mentales à l’aide du virus Ebola et de Yersinia pestis seront conçues et effectuées aux laboratoires debiosécurité de niveaux 3 et 4 duCentre scientifique canadien pour la santé humaine et animale (CSC-SHA). Les deux agents sont trèscontagieux et sont associés à untaux de mortalité élevé chez leshumains. Sous sa forme aérosolisée,c’est-à-dire lorsqu’il est utilisécomme arme biologique, Yersiniapestis cause presque toujours uneinfection mortelle et non traitable.Nous examinerons les effets immé-diats des molécules CpG sur lesanimaux exposés à l’un ou l’autrede ces pathogènes mortels. Les pre-mières expériences sur les animauxà l’aide du virus Ebola ont été réalisées dans des laboratoires deconfinement élevé à Winnipeg etont servi à produire des échantillonsbiologiques pour la mise au point de méthodes de dépistage.

Toutes les études sur des ani-maux seront évaluées au moyen deparamètres cliniques, moléculaireset microbiologiques. En outre, laSection de pathologie du Centrenational des maladies animalesexotiques (CNMAE) de l’Agencecanadienne d’inspection des aliments (ACIA) au CSCSHAeffectuera des analyses histopatho-logiques et immunohistochimiquesqui nous seront utiles.

7

Des études génomiques à partir depuces à ADN sont en train d’êtreeffectuées pour déterminer quelsgènes peuvent jouer un rôle dansun état antiviral induit par les CpG.Jusqu’à présent, les chercheurs ont analysé l’ARN isolé dans descellules traitées au moyen d’ODNCpG, d’ODN témoins ou nontraités. Dans des études futures, les cellules de même que les tissusprélevés chez des animaux infectéspar divers agents infectieux, telsque le virus Ebola, les poxvirus etYersinia pestis, seront utilisés pourd’autres analyses.

De plus, une RT-PCR semi-quantitative a été mise au pointpour les TLR murins et humains.Cette méthode permet de détec-ter l’ARNm pour les 9 TLR murins et les 10 TLR humains.L’expression des TLR dans diverstissus muqueux chez la souris etles humains est en train d’êtrecomparée. Pour ce faire, leschercheurs utilisent l’ARNm destissus muqueux entiers et une technique de microscopie laser(LCM). Enfin, le profil d’expressiondans des cultures primaires de cel-lules épithéliales des muqueuseshumaines et murines fait actuelle-ment l’objet d’un examen.



Objectifs

Ce projet de l’IRTC visaitsurtout à mettre au point un

biodétecteur d’aérosol en tempsréel portable à peu de frais basésur un appareil de détection departicules par fluorescence induitepar laser appelé détecteur entemps réel d’agents biologiques(BARTS). Au cœur de la réussiteétait la création d’une celluleoptique plus petite et moins chèrebasée sur une source lumineuse de diode électroluminescente àrayons ultraviolets (DEL UV) àmoindre coût (ou un laser à diodeà onde entretenue UV moins cher),plutôt que le laser pulsé UV pluscher utilisé dans le BARTS actuel.L’intégration fructueuse de cettenouvelle cellule optique a grande-ment réduit les coûts et a amélioréla durabilité environnementalesans entraîner de répercussions sur la performance de détection.L’utilisation de la nouvelle sourcelumineuse à onde entretenue aégalement permis d’apporter desmodifications supplémentaires ausous-système de saisie électroniqueet d’analyse de données, réduisantencore davantage le coût, la taille,le poids et les exigences en matièred’alimentation du détecteur.

La portée du projet était limitéeà la recherche et au développementd’un biodétecteur en temps réelportable, à la démonstration de laperformance d’un tel appareil et àla construction de trois prototypes.La production complète du designde ce nouveau détecteur n’a pas été réalisée dans le cadre du projet,

mais la compagnie GD Canada al’intention de mettre tout en œuvrepour y arriver.

Le projet était constitué deneuf tâches principales et d’unnombre de sous-tâches, lesquellesfont l’objet d’une descriptiondétaillée ci-dessous. Elles ont été réalisées sur une période de 12 mois, soit du 1er avril 2003 au31 mars 2004. Un jalon de repère(décision d’aller de l’avant ou non)a été placé après la mise au pointd’une nouvelle source lumineuse(la tâche la plus risquée) pour limiter la responsabilité et offrir un moment opportun pour aban-donner le projet dans l’éventualitéd’une réussite mitigée. Une fois ce point-repère atteint, l’équipe a évalué les chances de succès dureste du projet et décidé si elleallait de l’avant ou non. Le ges-tionnaire de projets a donné feuvert en consultation avec TPSGCet RDDC Suffield.

Tâches du projet :

1. Explorer les sourceslumineuses DEL et de la diode laser;

2. Refaire le design de la cellule optique;

3. Modifier la commande du capteur et la saisie de donnéesélectroniques;

4. Concevoir un sous-systèmed’alimentation par batterie;

5. Concevoir l’interface d’un concentrateur d’air;

6. Acquérir du matériel pour l’intégration et la constructionde système;

IRTC 0011TA Biodétecteur en temps réel portable

RESPONSABLE DU PROJET :General Dynamics Canada Ltd.

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour la défense Canada

AUTEURS :Eric Newman, ing. PMPcourriel :[email protected] General Dynamics Canada Ltd.

Ray Kacelenga, Ph.D.courriel :[email protected] General Dynamics Canada Ltd.


7. Effectuer l’intégration et laconstruction du système;

8. Réaliser la conception finaledu document; et

9. Développer des capacités detest à l’interne.

ProgrèsrécentsLes progrès récents du présentrésumé couvrent une périoded’un an, soit du 1er avril 2003 au 31 mars 2004 et abordent letravail réalisé dans le cadre ducontrat de l’IRTC. Il est possiblede diviser les travaux effectuésdurant la période analysée dansles catégories principales suivantes :

Source lumineuse – Au tout début du projet, de nom-breux efforts ont été déployés àl’étude de viabilité portant sur l’utilisation de la source lumineuseDEL UV au lieu du laser tradi-tionnel. La première offre desavantages sur le plan de la taille,du coût et des exigences généralesrelatives au cycle biologique.L’équipe a obtenu des échantillonsexpérimentaux DEL et examinédiverses méthodes pour capter l’alimentation de plusieurs sourcesde puissance moins élevée de DELet concentrer cette puissance. Enjuillet 2003, la décision relativeaux choix de la source lumineusea été prise basée sur la perform-ance de prototypes DEL UV parrapport à celle du prototype de la diode laser. Il a été déterminé

que, même si des DEL UV étaientdisponibles dans la longueurd’onde adéquate, leurs puissancede sortie et angle de divergenceétaient tels qu’il n’était pas pratique d’utiliser une celluleoptique basée sur une DEL UV. Par conséquent, on a décidé deprocéder à la mise au point d’unecellule au moyen d’une diode laserà onde entretenue tout en tenantcompte du fait que l’élaborationfuture de DEL UV mèneraitéventuellement à une DEL UVprésentant les caractéristiquesnécessaires pour générer uneréponse de fluorescence NADH.L’équipe s’est donc procuré unéchantillon expérimental DEL de 85 mW, 380 nm auprés de laNichia Corporation. L’angle dedivergence de cette source DELs’est révélé trop large à +/- 55degrés; il a donc été très difficile de capter de l’énergie. NichiaCorporation a retourné à laplanche de dessin en vue deréduire l’angle de divergence à +/- 25 degrés. Les nouveauxéchantillons expérimentaux sontcensés être fournis entre mars etjuin 2004. Entre-temps, l’Institutnational d’optique a reconçu l’optique de saisie et augmentél’aperture de fluorescence pourcapter un signal de fluorescenceadditionnel de 120 %. L’optique de diffusion a été conçue de nou-veau pour capter un signal dediffusion supplémentaire de 30 %.La mise sur pied de nouvellesoptiques aura lieu après la dated’achèvement du projet. Bien queces améliorations aux cellules ontété apportées en vue de trouver

une source DEL viable, toutes lesmodifications amélioreront la per-formance de l’indicateur, quelleque soit la source lumineuse.

Améliorations des cellules optiques – Le projet a permis d’apporterplusieurs améliorations aux cellules optiques au cours de ladernière année. La plus importanteétant le déplacement de l’optiquede diffusion du photomultiplicateurà l’axe de lumière lié pour profiterdu phénomène de diffusion dominante dans la cellule. Cechangement a amélioré la numéra-tion de particules et le rendementde calibrage. D’autres améliorationscomprennent un nouveau designde la buse d’aération, de même que l’introduction d’un miroir pour augmenter la quantité de fluorescence détectée, d’ensemblesde fibres optiques à la sourcelumineuse et de photomulti-plicateurs de diffusion et defluorescence, et de caractéristiquesd’alignement optiques pour simplifier l’alignement manuel de la source lumineuse laser.

Alimentation par batteries etconfiguration du châssis – Un bloc-batteries amovible etrechargeable sur mesure a étéconçu pour permettre l’utilisationdu biodétecteur portable dans lecadre d’une mission type d’uneheure par un premir intervenant.La configuration du châssis tientcompte de facteurs ergonomiqueset humains, lesquels ont été mis envaleur durant les rencontres avecl’équipe des matières dangereusesdu service d’incendie de Calgary et


confirmés plus tard auprès du per-sonnel de marketing de différentsorganismes américains spécialisésdans la sécurité nationale.

Parcours d’essai de l’aérosol (ATP) – La capacité de valider rapidementles changements de design et laperformance du détecteur en fonc-tion de conditions de test adaptésest critique à tout programmed’élaboration efficace. Bien que des tests externes aient été réalisésdans le cadre de ce projet, un laboratoire d’essai de l’aérosol a été mis sur pied. L’ATP est constituéde canalisations en acier inoxydablesur remorque qui incorpore des filtres d’aspiration et d’émission etune commande d’aérosol variable. Les débits d’air de l’équipementfaisant l’objet de tests sont égale-ment variables. Figurent parmid’autres caractéristiques : l’accom-modation d’échantillonneurs directspour les données d’examinateurs,sur les incubateurs et la distributionde l’alimentation, une série dedétecteurs de stabilisation, deshublots d’observation et ports d’accès, de même qu’un arsenalcomplet d’équipement de sécurité.L’ATP a permis de vérifier en tempsréel des concepts de design, de calibrer les cellules optiques et depréparer l’équipement avant quedes tests soient effectués dans desinstallations externes.

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Les plans d’avenir pour ce projetcomprennent les éléments suivants :1. mise au point de l’assem-

blage des unités deprototype no 2 et no 3;

2. intégration, sur réception,de la DEL de 365 nm et de 100 mW au sous-assemblage de la sourcelumineuse;

3. suivi des activités en vued’automatiser une chambred’essai de l’aérosol à GD Canada;

4. compilation du rapport final de l’IRTC et clôture du projet.



Objectifs

Ce projet propose la mise aupoint d’un nombre limité de

prototypes opérationnels utilisablessur le terrain résultant d’une percéedans la technologie des biocap-teurs basés sur l’utilisation denanomatériaux « intelligents »appelés Bio-AlloyMC. Ces matériauxrésultent de la découverte (brevetsmondiaux délivrés ou en instance)et la mise au point de semiconduc-teurs (p. ex. silicone contaminé)nanostructurés (motifs de 2 à 3 nm)photoluminescents (PL) sur lesquelsdes éléments de reconnaissancetransgéniques (actuellement des anticorps, mais des acidesnucléiques, des enzymes et des ligands chimiques peuvent égale-ment être utilisés) sont immobiliséschimiquement. La validation de latechnique sera effectuée au moyend’agents simulant des agents deguerre biologique et éventuellementd’agents « vivants » en collaborationavec RDDC Suffield. Des étudespourraient être réalisées en associa-tion avec l’Agence canadienned’inspection des aliments dans ledomaine de la détection et de l’identification ultra-rapides d’agentsbiologiques d’origine alimentaire.

Progrès récentsÀ ce jour, l’évaluation de la première maquette (BBD1) estterminée, et l’évaluation de ladeuxième maquette (BBD2) a été amorcée. Pour le moment,tous les éléments (fluidiques,optiques, micrologiciels et logi-ciels) affichent un bon rendement.On enregistre des progrès dans le processus de vérification desplateformes d’essai « maison »validées pour confirmer laprésence ou l’absence de la cible.La maquette BBD2 peut adresserindépendamment et simultané-ment trois puces Bio-AlloyMC partrois canaux optoélectroniquesindépendants. On étudie présen-tement différents scénarios defluidique : longueur de trajet àdébit variable (0,1, 0,3 et 1 mm) et introduction de l’échantillon par capillarité, buvardage et pom-page actif. Jusqu’à maintenant,l’introduction de l’échantillon parcapillarité a donné des résultatsencourageants. Les autres optionsseront évaluées dans le but d’optimiser le cycle de mesures.

IRTC 0019TA Biodétection et identification de confirmation en temps réel : validation rapide et prototype d’instrument utilisable sur le terrain

RESPONSABLE DU PROJET :IatroQuest Corporation

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :RDDC Suffield

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Dycor Technologies Ltd.,Fluorosense Inc.

AUTEURS :Guy Rodomista et Denis Godin,Ph.D., IatroQuest Corporation, 1000, Chemin du Golf, Verdun (Qc)H3E 1H4, tél : (514) 362-1091,http://www.IatroQuest.com;

William E. Lee, Ph.D., RDDC Suffield,C.P. 4000, Medicine Hat (Alberta),T1A 8K6, tél : (403) 544-4706;

Tim Friesen, Dycor Technologies Ltd,17944 106-A Ave, Edmonton(Alberta), T5S 1V3, tél : (780) 486-0091,http://www.dycor.com;

Bill Sinclair et Mike McDonnell,Fluorosense Inc, 1948 Merivale Rd.,Suite 101, Nepean (Ontario), K2G 1E9, tél : (613) 224-1192, http://www.fluorosense.com.


Perspectivesd’avenirEn bout de ligne, le projet a pourbut de valider le concept et la fonc-tionnalité d’un instrument debiocaptage utilisable sur le terrainfaisant appel à la technologie de

matériaux intelligents Bio-AlloyMC.Au stade actuel, l’accent est mis surl’optimisation des puces Bio-AlloyMC,de la cartouche de biocaptage et de l’optoélectronique de façon àobtenir une plateforme d’essairobuste et reproductible. Le pro-totype final pourra déterminer laprésence de substances biologiques

dans des échantillons de l’envi-ronnement et d’aliments. Lesconférences internationalesrécentes ayant trait aux exigencesen matière de technologie contre-terroriste soulignent toujours lebesoin urgent de solutions enmatière de systèmes de biodétec-tion et d’identification rentables et largement distribués.

Objectifs

L’objectif de ce projet est demettre au point un plan

national de dosimétrie biologique et de concevoir des méthodesrapides d’évaluation de l’exposi-tion aux rayonnements pouraccroître la vitesse de traitementen cas d’événements de grandeenvergure à fort risque d’exposi-tion. La dosimétrie biologiquepermet d’évaluer l’exposition aux rayonnements lorsqu’il n’estpas possible de recourir à ladosimétrie physique. C’est unmoyen de procéder au dépistagedans la population générale et d’identifier, parmi les premiersintervenants, ceux qu’il importede prémunir contre toute autreexposition. Elle permet aussi d’évaluer les risques à long termeaprès une exposition aux rayon-nements. En cas d’urgenceradiologique, l’évaluation rapide de l’exposition aux rayonnementset la réponse correspondante permettront d’orienter les actionsdes responsables des urgences, des premiers intervenants et dupersonnel soignant.

ProgrèsrécentsLe premier élément de ce projetconsiste dans la mise au point d’un plan national de dosimétriebiologique. Il s’agit d’un plan d’ur-gence qui prévoit la prestation deservices de dosimétrie coordonnés

confiés à un réseau de laboratoiresdispersés dans différentes régions du Canada. Ce réseau de services de dosimétrie pourra répondre auxbesoins nationaux et régionaux en cas d’incident nucléaire ouradiologique. La phase initiale del’élaboration du plan est terminée. Il prendra appui sur une ententeconcertée conclue entre trois labo-ratoires existants pour évaluerl’exposition aux rayonnements parle dénombrement des chromosomesdicentriques. Le réseau actuel comprend maintenant quatre laboratoires.

Ce test permet de dénombrer le nombre de chromosomesdicentriques et en anneau provo-qués par les rayonnements. Ceslaboratoires s’efforceront de réunirles critères de la norme ISO 90238en matière de dosimétrie biologique.Il faudra pour cela (1) des procé-dures d’utilisation normalisées, (2) des documents de formationnormalisés, et (3) une inter-comparaison des résultats à partirde lames standard évaluées par desmembres du personnel dûmentformés. À ce jour, le personnel aété formé, la version préliminairedes procédures d’utilisation normalisées a été rédigée et onélabore les courbes de calibragepour la prédiction des expositionsaux rayonnements.

Pour étendre le réseau, d’autreslaboratoires du Canada sont main-tenant recrutés pour dénombrer les chromosomes dicentriques. Ceslaboratoires formeront le réseaucanadien de cytogénétique. Unatelier prévu pour mai 2004 a été

IRTC 0027RD Marqueurs des expositions radiologiques & nucléaires à l’appui de la dosimétrie biologique

RESPONSABLE DU PROJET :Santé Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour la défense CanadaÉnergie atomique du Canada limitée

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Université McMaster,Credit Valley Hospital

AUTEURS :Slavica VlahovichBureau de la radioprotectionSanté Canada


organisé pour fournir aux partici-pants les connaissances théoriqueset pratiques sur l’état actuel de ladosimétrie biologique au Canada etpour créer un forum de discussionsur le fonctionnement du réseau.Une fois mis en place, le planpourra être maintenu en état depréparation permanente en casd’urgence, grâce au déploiementd’un programme de comparaisonsintra et inter-laboratoire et à desexercices d’urgence.

Le deuxième aspect de ce projetconsiste en la mise au point et ledéploiement de dosages amélioréspour évaluer l’exposition et laréponse individuelles aux rayon-nements par suite d’un incidentradiologique. Pour accélérer etautomatiser les méthodes decriblage d’un vaste nombred’échantillons, une version parcytométrie de flux du test dedénombrement des dicentriques(FDCA) sera mise au point. Parmiles progrès réalisés, notons la production de chromosomes ensuspension, la coloration réussie descentromères, d’abord sur les lamespuis en solution, et la détection descentromères en solution à l’aided’un cytomètre de flux. D’autresétapes sont envisagées pour opti-miser la coloration.

On étudie également uneméthode de fluorescence des chromosomes prématurément con-densés (PCC) pour déterminer sielle peut être employée pour ladétection précoce de l’expositionpersonnelle, 4 à 12 heures aprèsl’exposition aux rayonnements. On a effectué une recherche de ladocumentation et des expériencessont en cours pour optimiser latechnique. Les graphiques des rela-tions dose-effet pour différentesqualités de rayonnements sontélaborées en collaboration avec un laboratoire américain.

D’autres techniques sontétudiées dont la FDCA modifiéeutilisant l’hybridation in situ par fluorescence (F-FISH), l’évaluation

de l’apoptose et le caryotypagespectral (technique SKY) dans leslymphocytes. Les travaux sontcommencés en ce qui concerne l’évaluation de l’apoptose et la F-FISH des chromosomes en suspension, un préalable à l’appli-cation de la F-FISH au criblage par cytométrie de flux.

La technique SKY peut fournirune estimation du nombre delésions et, partant, de l’importancede la dose, 24 à 48 heures après

l’exposition. La technique SKY peutégalement être employée dans les études de suivi pour surveillerles risques futurs pour la santé. Les graphiques des relations dose-effet pour le rayonnement de faibleTLE sont terminés à 50%. Lesanalyses par la technique SKYeffectuées jusqu’à maintenant sur les lymphocytes du sangpériphérique humain indiquent un taux de détection élevé de réorganisation des chromosomes.

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Des techniques sont mises au pointpour déterminer la dose absorbéepar la personne exposée par réso-nance électronique de spin (RES),qui consiste à compter les électronsdans l’émail des dents, 24 à 72heures après l’exposition aux rayon-nements. Toutefois, dans la mesureoù le prélèvement de l’émail desdents des individus exposés peutêtre difficile, cette épreuve seramise au point sur des animaux nonhumains également susceptiblesd’être exposés aux rayonnements(ex. : souris, chats et chiens). Toutes les expériences relatives auxcourbes dose-effet de rayonnementde faible TLE dans l’émail des dentsà l’aide de la RES dans les dentshumaines et canines sont terminéeset les documents manuscrits ont étépubliés. Des travaux sont en courspour produire une courbe de cali-bration des neutrons. Une foisvalidées en laboratoire, ces méthodes seront développées dans les laboratoires du Canadapour améliorer le temps de réponseaux accidents radiologiques ou nucléaires.

En plus des épreuves cytogénétiquesévoquées ci-dessus, des techniquesde génomique et protéomiquehautement évoluées serontemployées pour identifier les mar-queurs biologiques spécifiques del’exposition aux rayonnements. Lesmarqueurs biologiques peuvent êtreutilisés comme indicateurs de laréponse d’une personne donnée aux

lésions provoquées par les rayon-nements. Sur le plan biologique, cesindicateurs sont plus révélateursqu’une mesure de l’exposition etpeuvent être utiles pour évaluer lesrisques à long terme d’une exposi-tion aux rayonnements. On s’attendà ce que les données sur la réponseindividuelle donnent lieu à une modification des moyens conven-tionnels d’évaluation des risques et de triage qui reposent sur desétudes menées dans la populationgénérale et ne tiennent pas comptede la variabilité individuelle. À cejour, une liste de marqueurs deréponse d’exposition aux rayon-nements a été établie et la variationdes niveaux endogènes de ces marqueurs est sous étude.L’approbation en matière d’éthiquede recherche sur les humains pourl’analyse du sang humain irradié invivo est en instance. Dans la mesuredu possible, un prototype de testdéployable sur le terrain sera misau point et expérimenté. Celui-cipourra être utilisé dans un but desurveillance ou d’identificationrapide des personnes exposées. Enoutre, l’établissement du profil plas-matique individuel pourrait fournirdes informations précieuses sur l’ex-position à d’autres agents de stressd’origine biologique ou chimique.



L’équipe met sur pied unréseau de laboratoires à tra-

vers le Canada, capables d’estimerrapidement la dose biologique de rayonnements grâce audénombrement des chromosomesdicentriques (DCA). Ce test, quimesure le nombre de chromosomesdicentriques et en anneau causéspar les rayonnements, dans lescellules bloquées en métaphase,est utilisé à l’échelle interna-tionale depuis plus de 30 ans etsatisfait à la norme ISO 19238.L’équipe travaille actuellement à obtenir la certification ISO pour les quatre laboratoires qui formeront le noyau du réseau national.

Dans les cas où seul un petitnombre d’estimations est néces-saire, jusqu’à 1 000 métaphases paréchantillon de sang sont analysées,ce qui permet de détecter des expo-sitions d’aussi peu que 0,15 Gy. Parcontre, lorsqu’il faut analyser ungrand nombre d’échantillons chezdes personnes susceptibles d’avoirété exposées, et que la rapiditéd’analyse est cruciale, le seuil dedétection peut être haussé à 1 Gy,ce qui réduit le nombre demétaphases à analyser.

Cependant, même en réu-nissant la capacité des quatrelaboratoires principaux, seul un service limité de dosimétriebiologique pourrait être offert

en situation d’urgence majeure, car le matériel et les ressources spé-cialisées disponibles sont limités.Nous sommes donc à élargir leréseau, afin d’y inclure des labora-toires de cytogénétique dispersés à travers le pays et d’accroître ainsila capacité d’intervention duCanada. À cette fin, un atelier surla dosimétrie biologique a été offertà Toronto, en mai 2004, à l’occa-sion de la Great Lakes ChromosomeConference à laquelle ont assisté lesdirecteurs des laboratoires decytogénétique intéressés.

Des lames en aveugle, pré-parées en vue d’une analyse parDCA après irradiation in vitro dusang prélevé d’un donneur volon-taire en bonne santé, et exposé àun éventail de doses de rayons �,ont été distribuées aux participantset aux quatre laboratoires princi-paux. Cinquante métaphases serontanalysées par lame pour imiterl’analyse lors du triage, et les dosesde rayonnement estimatives serontcalculées. Les résultats obtenus del’ensemble des laboratoires serontensuite compilés et analysés. À l’is-sue de cet exercice initial, des lamesseront envoyées de façon régulièreaux laboratoires, afin de leur permettre de maintenir leurs compétences dans l’exécution duDCA et de s’assurer ainsi qu’ils sontprêts à intervenir advenant uneurgence radiologique ou nucléaire,locale ou nationale.

IRTC 0027RD (a) Conception et mise en place du réseau national decytogénétique à l’appui de la dosimétrie biologique lors d’expositions radiologiques ou nucléaires


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Énergie atomique du Canada limitée,Recherche et développement pour ladéfense Canada


AUTEURS :Susan M. Miller etCatherine L Ferrarotto,Division des dangers des rayon-nements de produits cliniques et dela consommation, Santé Canada,Ottawa (ON);

Diana Wilkinson, RDDC Ottawa,Ministère de la Défense nationale,Ottawa (ON);

Donald P. Morrison, Direction de la radiobiologie et de la radioprotection, Énergie atomique du Canada limitée,Chalk River (ON);

Douglas R. Boreham, McMasterInstitute of Applied RadiationSciences, Université McMaster,Hamilton (ON);

Jo-Anna Dolling, McMaster Instituteof Applied Radiation Sciences,Université McMaster, Hamilton (ON)et Département de génétique, CreditValley Hospital, Mississauga (ON).


Les événements récents sur la scène internationale ont

soulevé diverses questions de sécu-rité qui ont mené à l’élaborationde mesures de santé publiquevisant à guider les actions desresponsables des mesures d’ur-gence, des premiers intervenantset du personnel soignant.L’identification rapide et exacted’un incident et des risques qu’ilcomporte pour la santé est crucialepour le personnel des services desanté d’urgence, et les méthodes detriage sont fortement tributaires del’exactitude de cette information.Lors d’un incident radiologique, lemédecin a besoin de données quiconfirment la présence d’un effetbiologique avant d’amorcer letriage. La surveillance physiquefournit certaines indications, maiselle peut être trompeuse et, donc,ne pas convenir à l’instauration de certaines stratégies de trai-tement. Avec les méthodesd’analyse biologique classiques,

la numération globulaire dans deséchantillons de sang périphériquesert d’indicateur de l’exposition et de prédicteur de la dose de rayon-nements. Dans le cadre de ce projet,nous cherchons à mettre au pointdes méthodes qui fourniront auxmédecins des données biologiquesà l’appui, qui donneront des résul-tats concluants et favoriseront untriage plus rapide.

Nous proposons à cette fin de recourir à la génomique et laprotéomique pour identifier lesmarqueurs biologiques de l’exposi-tion aux rayonnements. Certainsde ces marqueurs ont déjà étéidentifiés grâce aux études clini-ques sur des patients cancéreux,traités par radiothérapie. Nouscherchons à préciser l’intervalledans lequel se situe le niveau basald’expression de certains de cesmarqueurs, ainsi qu’à comparerces valeurs de référence établiespour des personnes non exposéesaux rayonnements aux valeursobservées chez des patients traitéspar irradiation, dans l’espoir quenos recherches apportent desréponses à certaines questions.Premièrement, les biomarqueursradio-induits peuvent-ils servird’indicateurs spécifiques d’uneexposition aux rayonnements ousont-ils plus susceptibles d’êtrereprésentatifs d’une réactiongénéralisée consécutive à un stressphysique ou à une exposition à desagents biologiques, chimiques ouradiologiques? Les biomarqueurspeuvent-ils servir d’indicateurs dela réponse d’une personne auxlésions provoquées par les rayon-nements et nous fournir ainsi unemesure de l’exposition qui soit plus

pertinente sur le plan biologique et qui pourrait être utile à l’éva-luation des risques à long termecausés par une exposition radio-logique? Les données sur lesréactions individuelles seront-ellescompatibles avec les valeurs clas-siques de l’évaluation des risquesobtenues par extrapolation à partir des tests cytogénétiquesqui, eux, sont basés sur desétudes de population et ne tien-nent pas compte de la variabilitéindividuelle? L’identification desbiomarqueurs de la réponsepourra-t-elle aider les médecins à personnaliser les méthodes detriage, en leur fournissant desdonnées médicales spécifiques de la personne? Enfin, cette connaissance des biomarqueursde la réponse pourra-t-ellefaciliter la mise au point d’undosage utilisable sur le terrain, à des fins de surveillance ou pour l’identification rapide despersonnes susceptibles d’avoir été exposées?

Une liste des marqueurs sensi-bles aux rayonnements a été établieet nous sommes à étudier les varia-tions dans les taux endogènes de cesmarqueurs. L’équipe présentera lesdonnées préliminaires sur les tauxendogènes dans une populationtémoin non irradiée; elle proposeraégalement des stratégies expérimen-tales en vue d’apporter des réponsesaux questions formulées précédem-ment et indiquera comment cetteinformation pourra être utilisée àl’appui du programme actuel dedosimétrie biologique.

IRTC 0027RD (b) Marqueurs des expositions radiologiques à l’appui de ladosimétrie Biologique




AUTEURS :Diana WilkinsonRecherche et développement pourla défense Canada – Ottawa


La dosimétrie biologique consisteà évaluer l’exposition aux

rayonnements lorsqu’il est impos-sible de recourir à la dosimétriephysique. La dosimétrie biologiqueoffre un moyen de dépister l’expo-sition aux rayonnements dans lapopulation et d’identifier, parmi les premiers intervenants, ceux qui doivent éviter toute autre exposition. Elle peut aussi servir à évaluer les risques à long termed’une exposition radiologique. Ensituation d’urgence, l’évaluationrapide de l’exposition aux rayon-nements aidera à guider les actionsdes responsables des mesures d’ur-gence, des premiers intervenants et du personnel soignant.

La dosimétrie biologique reposesur le dosage des chromosomesdicentriques (DCA), un test quidénombre les chromosomes dicen-triques et en anneau provoqués parles rayonnements. Le présent projetde l’IRTC vise la création d’unréseau national de cytogénétique,qui utilisera le DCA. Cependant,comme il s’agit d’un dosage micro-scopique qui exige une formationspécialisée et beaucoup de person-nel, nous cherchons à en accroîtrele rendement et à rendre le testplus accessible, en adaptant ledénombrement des chromosomesdicentriques à la cytométrie de flux.

Il existe aujourd’hui un nouvelanticorps anti-centromère spéci-fique, qui permet une colorationuniforme des centromères danstous les chromosomes, une carac-téristique essentielle au succès de la détection des dicentriques par la cytométrie de flux. De fait, desdonnées microscopiques indiquentque cet anticorps a permis le mar-quage des deux centromères sur 99 % des chromosomes dicen-triques colorés par le DAPI. Deséchantillons provenant de la mêmeétude ont été analysés au moyende DCA, et le même nombre dechromosomes dicentriques par cellule a été obtenu avec les deux techniques.

Nous avons mis au point une méthode de marquage par fluorescence des centromères deschromosomes en suspension, pourla détection des chromosomesdicentriques par cytométrie de flux.Nous sommes actuellement à optimiser les conditions d’analyse,afin de permettre l’identificationdes chromosomes à marquage simple et double. Un tel dosageoffrira un précieux outil de criblagelors d’expositions radiologiques ou nucléaires.

IRTC 0027RD (c) Mise au point d’un dosimètre biologique à haut rendement pour mesurer les expositions radiologiques




AUTEURS :R.C. Wilkins, S.M. Miller,C.L. Ferrarotto, B.C. Kutzner,P.V. Bellier et J.P. McNamee,Division des dangers des rayonnements de produits cliniqueset de la consommation,Santé Canada,775, chemin Brookfield,Santé Canada,Ottawa (ON) K1A 1C1.


Objectifs

L’objectif global de ce projet estl’élaboration d’un plan national

de dosimétrie biologique faisantappel aux méthodes classiques et innovatrices de la dosimétriebiologique afin de déterminer rapi-dement l’ampleur de l’expositionaux rayonnements dans une popu-lation. La dosimétrie biologiquepermet d’évaluer l’exposition auxrayonnements lorsqu’il n’est paspossible de recourir à la dosimétriephysique. L’Université McMasterparticipe activement à la recherchesur l’élaboration de nouveaux outils moléculaires d’évaluation de l’exposition aux rayonnementsdes systèmes biologiques.

Cette recherche vise plus spéci-fiquement à étendre et à optimiserl’application de deux processusbiologiques qui se manifestentaprès l’exposition aux rayon-nements. On a en effet démontréque le taux de mort cellulaire pro-grammée radio-induite (apoptose)et les aberrations chromosomiques(dommages) dans les globulesblancs (lymphocytes) sont en corrélation avec l’exposition auxrayonnements. L’avantage demesurer l’apoptose et les aberra-tions chromosomiques dans leslymphocytes est que ces indicateursne nécessitent le prélèvement qued’un petit échantillon sanguin.Dans cette présentation, nousrésumerons les progrès réalisésdans les techniques les mieux adaptées à la mesure de l’apoptoseet des aberrations chromosomiquesdans la dosimétrie biologique d’urgence.

ProgrèsrécentsLes globules blancs humainsirradiés peuvent mourir par le biaisd’un processus de mort cellulaireprogrammée appelé « apoptose ».Un certain nombre de processusbiochimiques se manifestent unefois que la cellule est engagée dansl’apoptose. La proportionnalité dutaux d’apoptose dans les lympho-cytes irradiés par rapport à la dose de rayonnements a déjà étédémontrée. L’équipe a effectué desépreuves comparatives d’une sériede tests et d’essais et elle est venueà la conclusion que la cytométriede flux automatisée conjuguée aumarquage de la surface cellulaire à l’annexin-V est probablement laméthode la plus simple et la plusrapide de dosimétrie biologiqued’urgence. L’équipe du projet adémontré que cette technique est suffisamment sensible pourmesurer des doses aussi faibles que 0,25 Gy. Un résultat inattendua révélé que les neutrons à basseénergie avait une efficacitébiologique relative similaire, parunité de dose, à celle du rayon-nement gamma dans l’induction de l’apoptose. Le processus deradio-induction de l’apoptose dansles lymphocytes humains sera lesujet de la présentation suivante.On y passera en revu les techniquesde détections courantes mises àl’épreuve par l’équipe de recherchepour mesurer l’apoptose et on sepenchera sur la sensibilité et larapidité de la cytométrie de fluxautomatisée selon différentesqualités de rayonnements.

IRTC 0027RD (d) Disométrie biologique et marqueurs des expositions nucléaires et radiologiques




AUTEURS :D.R. Boreham, J. Lavoie,N. McFarlane, M-E. Bahen, L. Ryan,K. Schnarr, R. Wilkins, J. McMamee,et J.A. Dolling, McMaster Institute ofApplied Radiation Sciences,Université McMaster,1280, rue Main Ouest, Hamilton (Ontario)tél : (905) 525-9140, poste 27538,courriel : [email protected]


Les expériences à venir permet-tront de vérifier l’utilité del’apoptose et des aberrations chromosomiques par la techniqueSKY, dans le but d’évaluer lesrisques des expositions à trèsfaibles doses chez les humains. Le projet a été approuvé sur leplan éthique en ce qui a trait àl’obtention d’échantillons sanguinsauprès de patients dont l’ensem-ble de l’organisme a été exposé àde faibles doses de rayonnementde diagnostic. L’équipe continuerad’optimiser la sensibilité de sestechniques et d’analyser les échan-tillons sanguins de ces personnesafin de définir les limites de détec-tions les plus basses de sesindicateurs biologiques. L’équipeentend aussi se pencher sur ladernière application de la tech-nique SKY qui consiste aurubanement en couleurs multiplesdes chromosomes individuels.Cette technique pourrait donnerune résolution encore plus élevéepour la dosimétrie biologique d’urgence car elle permet dedétecter les réorganisations intra-chomosomiques qui indiquent uneexposition au rayonnement parTLE élevé, comme le rayonnementalpha, qui pourrait être relié à ladétonation d’une bombe sale.

Depuis plus de 40 ans, les aberrations chromosomiques servent à mesurer les dommagescausés par le rayonnement dans leslymphocytes humains. L’équipe aconcentré ses efforts sur la mesuredes aberrations chromosomiques à l’aide d’une nouvelle techniquepuissante en cytogénétiquemoléculaire appelée caryotypagespectral (technique SKY). Ce projeta aussi comme objectif de perfec-tionner ces techniques pourl’évaluation des risques immédiatset à long terme du rayonnement.Le terme technique « cytogéné-tique moléculaire » désigne destechniques biochimiques qui permettent de reconnaître les dommages aux chromosomesattribuables à un agent néfastepour l’ADN comme le rayon-nement. Les humains ont 23 pairesde chromosomes (caryotype) et latechnique SKY utilise un procédéappelé hybridation in situ par fluo-rescence (FISH) qui « colore »chaque paire de chromosomesd’une teinte unique. Lorsqu’undommage chromosomique survientà la suite d’une exposition aux rayonnements, il se produitcouramment des réorganisationsdes paires de chromosomes et lavisualisation des joints de couleursspécifiques permet de reconnaîtreles aberrations. Il a été démontréque les rayons gamma provoquentdes réorganisations chromo-somiques relativement simples etproportionnelles à la dose. La formede la courbe de l’aberration est trèssimilaire à la curviligne dose-effetobservée dans la mesure classiquedes aberrations par dénombrementdicentrique simple. Par contre,

l’avantage avec la technique SKYest que même les dénombrementsdicentriques simples peuvent êtrecaractérisés et on peut déterminers’ils proviennent de réorganisationscomplexes entre trois chromosomesou plus. Cela est important, car oncroit que le degré de complexité dela réorganisation est directementproportionnel au degré de lésioncellulaire (risque). Il est intéressantde noter que les résultats de latechnique SKY ont démontré que la complexité des aberrationschromosomiques attribuables à l’exposition aux neutrons à basseénergie est importante par com-paraison à celle du rayonnementgamma. À des doses de rayon-nements aux neutrons d’environ1 Gy, presque chaque celluleprésentait au moins un chromosomeaberrant. La présentation décrira lacytogénétique moléculaire et lestechniques utilisées pour mesurerles aberrations chromosomiquescausées par différentes qualités derayonnements. On comparera lasensibilité de la technique SKY àcelle d’autres techniques plus classiques et ont traitera des avantages de la technique SKY dans la dosimétrie biolo-gique d’urgence.



Objectifs

Au cours des dernières années,les premiers intervenants,

comme les pompiers, les policiers et les équipes médicales d’urgencedoivent relever le défi d’examinerleur capacité de réponse à une nou-velle classe de désastres potentiels :l’utilisation par des terroristes decertaines substances toxiques, tellesque des agents de guerre chimique,biologique ou radiologique. Bien que la communauté des intervenants s’équipe et forme ses membres relativement àl’équipement de protection indi-viduelle approprié, en fonction du temps et de l’argent disponibles,il existe encore des incertitudes portant sur le meilleur équipementà utiliser et les meilleures procé-dures d’opération à adopter. Lacommunauté des premiers inter-venants doit être guidée quant au choix adéquat et à l’utilisationappropriée de l’équipementactuellement disponible sur lemarché, en vue de satisfaire ses besoins immédiats, et àl’équipement conçu selon desnormes appropriées et qui seradisponible un jour.

Pour aider les premiers inter-venants à choisir le meilleuréquipement possible, le projet visera à : a) donner des conseilsquant à l’utilisation et au choix de l’équipement de protection,afin d’améliorer la préparation à un incident biologique ou chi-mique; b) encourager l’élaboration(au Canada) de lignes directrices et de normes sur l’équipement de

protection, destiné à l’interventiondans le cas d’un événementbiologique ou chimique.

ProgrèsrécentsÉvaluations de la performancede l’équipement de protectionAfin d’orienter le mieux possibleles premiers intervenants, ondéterminera, dans le cadre du pro-jet, la performance effective del’équipement de protection dansdes conditions d’exposition les plus réalistes possibles.

Protection des voies respiratoiresOn élabore actuellement des tests de résistance (MIST pour Man in simulant test) pour évaluerl’équipement de protection desvoies respiratoires dans des condi-tions opérationnelles pertinentes,tandis que l’on produit des modèlespour compléter ces informations.On a élaboré une procédure plusfiable de mesure de la protectionrespiratoire contre les aérosols (facteur de protection) des premiersintervenants qui portent unmasque respiratoire à pressionnégative. On a fait l’acquisitiond’un instrument mobile de mesuredu facteur de protection opéra-tionnelle dans le but d’effectuer cesévaluations. De plus, on élabore etvalide actuellement un modèle deprédiction du degré de protectiondes filtres de respirateurs à adduc-tion d’air filtré contre une grandevariété de produits chimiquesindustriels et de gaz militaires.

IRTC-0029RD Protection des premiers intervenants contre les menaceschimiques ou biologiques

RESPONSABLE DU PROJET :Collège militaire royal du Canada (CMR), MDN

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :GRC, RDDC Suffield, Directeur –Défense nucléaire, biologique etchimique (DDNBC), Santé Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :3M Canada, DuPont Canada,Research Development andEngineering Command (RDECOM,US Army Edgewood)

AUTEURS :Eva Gudgin Dickson et PaulBodurtha, Département de chimie et de génie chimique, C.P. 17000, succ. Forces, Collège militaire royal, Kingston(Ontario) K7K 7B4. courriel : [email protected],[email protected].


Protection du corps : vapeurs-liquidesDes évaluations MIST de la protec-tion apportée par l’équipement despremiers intervenants en courspermettent d’étudier l’expositionpercutanée aux vapeurs et aux liquides, et de modéliser les effetsde cette exposition. Les méthodesd’examen et d’évaluation durisque de l’exposition aux vapeursd’agents toxiques, comme le gazmoutarde et l’agent neurotoxiqueVX, ont déjà été élaborées aumoyen des méthodes MIST, conjointement avec d’autres programmes nationaux. Ces mé-thodes ont servi à prédire les effetsde l’exposition aux vapeurs d’unagent chimique des pompiers porteurs de l’équipement normalde lutte contre le feu. Dans lecadre de ces évaluations, des personnes portent des tenues de protection et sont exposées àdes vapeurs imitant des agentschimiques gazeux alors qu’ilsaccomplissent une série d’activitésnormalement effectuées lorsd’opérations, et on mesure lapénétration des vapeurs à diversendroits du corps. On utilise cesméthodes pour évaluer les tenuesdes policiers, avec la participationparticulière de la GRC lors duchoix et de l’évaluation del’équipement. En outre, de concertavec plusieurs organismes de pre-miers intervenants, ces méthodesont également été utilisées pourl’évaluation de l’équipement despremiers intervenants dans le

cadre d’opérations où ils serontexposés à des agents liquides.Selon la répartition des concentra-tions mesurées sur la peau, aprèsla contamination de divers pointsde l’équipement par un agent liquide, il est possible de prédireles effets probables moyens etmaximaux sur des secouristes exécutant des activités spécifiques.On a effectué des évaluationspréliminaires de l’équipement des pompiers et des policiers ensuivant des modalités simples d’exposition à des agents liquides.

Conjointement avec le projet CRTI-0161TA (Casque de protectioncontre le souffle et les agentsCBRN), on a évalué la protectioncontre la dissémination explosivedes vapeurs et des liquides, apportéepar le casque prototype, ainsi queles survêtements de protection pourl’enlèvement des explosifs utiliséspar la GRC. Ces résultats ont servilors de la conception du prototypede prochaine génération qui serafabriqué dans le cadre de ce projet.

Protection du corps :BioaérosolOn a peaufiné une procédure pourdéterminer le degré de protectionde la peau et des voies respiratoiresoffert par l’équipement des pre-miers intervenants travaillant dansune zone contaminée par desspores bactériens aérosolisés,comme le charbon (anthrax).Suivant cette procédure, les premiers intervenants effectuant

une série d’activités opérationnellessont exposés à un aérosol non toxi-que de Bacillus globigii (bactérieimitant le bacille du charbon). On prélève des échantillons surl’extérieur de la tenue de protectionet au même endroit sur le corps duvolontaire, après qu’il l’ait retirée,ainsi qu’à l’intérieur du respirateur.Les échantillons sont traités pourindiquer le nombre d’unités forma-trices de colonies présentes àchaque endroit échantillonné, afin de déterminer le facteur de protection.

Perméabilité de la peauDes systèmes d’essais d’absorptioncutanée in vitro ont été mis surpied à Santé Canada et à RDDCSuffield, pour étudier l’expositiondermique à des produits chimiquestoxiques, tels que des pesticides et des agents de guerre chimique.Les travaux de recherche menés àSuffield porteront sur l’absorptionde l’agent neurotoxique VX et dupesticide parathion, par des échan-tillons cutanés viables provenantde porcs. Santé Canada a évaluédeux scénarios potentiels d’exposi-tion pour examiner l’absorptionpar des tissus cutanés humainsviables du salicylate de méthyleutilisé comme pseudo-agent et despesticides parathion et malathion.Le premier scénario comprend leprélèvement de sections cutanéeset du fluide récepteur directementaprès l’exposition (trois ou trenteminutes); dans le second scénario,après une exposition de trente


minutes, on recueille les fluidesrécepteurs toutes les heures pen-dant six heures. Selon ces études, il est possible de prédire la quantitéde matière toxique qui pénétreraitdans la peau pendant ces expositions.

Élaboration de normesOn a formé une équipe responsabledes normes composée de diverspartenaires clés, ainsi que d’organi-smes extérieurs représentant lespremiers intervenants et des organi-smes de normalisation. Elle rédigeactuellement un document deprincipe préalable intitulé Normecanadienne sur la protection respiratoireet cutanée à l’intention des premiersintervenants officiels, en cas d’un événe-ment chimique ou biologique – lignesdirectrices relatives aux critères, auxchoix et à l’utilisation [traduction].L’élaboration et la recommandationde normes comprennent deuxvolets : 1) essai d’équipement deprotection individuelle et élabora-tion de critères de performance, 2) formulation de lignes directricessur le choix et l’utilisation del’équipement de protection (y compris la formation et l’éducation).L’équipe a également rassemblé unevariété de normes canadiennes etinternationales dans ce domaine.

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Au cours de l’an prochain, ondéterminera : les facteurs de protection opérationnelle du sys-tème de protection respiratoiredes premiers intervenants; les facteurs de protection contre les bioaérosols d’une variétéd’équipements destinés aux pre-miers intervenants, y compris lescasques de protection contre lesouffle et les agents CBRN; lesmodèles de contamination réa-listes de la détonation d’explosifsliquides et leur pulvérisation et lesdegrés d’exposition subis par lespremiers intervenants dans un telenvironnement contaminé. Onfournira également un documentd’orientation préliminaire à l’in-tention des premiers intervenants,sur le choix d’un équipement de protection respiratoire et corporelle. Des recommandationsfinales concernant l’orientation et les normes seront formulées en 2006, lorsque le projet prendra fin.



Objectifs

Fournir l’équipement et élaboreret mettre à l’essai des procédures

pour l’analyse rapide, sensible et àhaut débit d’échantillons organiques(tout particulièrement ceux liés à la santé humaine et à l’environ-nement, par exemple, dans lachaîne alimentaire), afin de déter-miner avec précision le niveau de contamination au carbone 14 résultante de divers incidentsCBRN. Le projet visera à fournir la capacité d’évaluer l’étendue de la contamination au 14C dans unezone particulière et de certifier l’effi-cacité des travaux de restauration.Ce projet comprend :

� l’achat d’une source d’ions à haut débit, alimentée par le CO2, et son intégration ausystème de spectrométrie de masse par accélération(SMA) IsoTrace;

� l’achat et la modification d’unanalyseur élémentaire pourproduire du CO2 à partir deséchantillons prélevés dansl’environnement;

� la construction d’une conduitede transfert de gaz, afin defournir un débit approprié deCO2 épuré à la source d’ions;

� l’intégration du logiciel decommande de tous les com-posants, afin de faciliterl’analyse automatisée.

ProgrèsrécentsLe 19 mars 2003, on a commandéla source d’ions alimentée par leCO2 et on prévoit recevoir ce dis-positif d’ici le 30 avril 2004. Ennovembre 2003, lors d’une visiteà l’Université d’Oxford, on a puvoir le prototype utilisé pourl’analyse du 14C par SMA. Il a faitl’objet de plusieurs améliorationsqui sont intégrées au dispositifexpédié à l’équipe de projet. Aulaboratoire IsoTrace, on a terminéles calculs de couplage optique,les raccords étanches pour con-necter la source à l’analyseurélectrique rotatif sont en cours de fabrication à l’atelier d’usinage,et les composants électriques etautres nécessaires à l’installationde la source ont été livrés.

À la suite d’un examen approfondi d’analyseurs élémen-taires de cinq fabricants, de visites à certains sites où ces dispositifssont utilisés et de discussions téléphoniques avec d’autres utilisateurs, on a convenu quel’Elementar vario ELIII étaitl’analyseur le plus facilementadaptable aux besoins de produ-ction de CO2 pour une sourceSMA. On a commandé un de ces appareils et son équipementconnexe, et le tout devrait êtrelivré au plus tard le 23 avril 2004.On libère de l’espace pour soninstallation dans un laboratoire de préparation d’échantillons, aux fins des premières mises à l’essai.

IRTC-0052TA Analyse rapide de la concentration de carbone 14 par spectrométrie de masse par accélérateur

RESPONSABLE DU PROJET :Laboratoire IsoTrace, Université de Toronto

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, Pêches et Océans Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :High Voltage Engineering Europa B.V.

AUTEURS :Dr Jack Cornett, Santé Canada –Bureau de la radioprotection, tél : (613) 952-9071, courriel : [email protected];

Dr W. E. Kieser, Laboratoire IsoTrace,Université de Toronto, tél : (416) 978-2241, courriel : [email protected].


Les procédures d’emploi tirentà leur fin en ce qui a trait à l’em-bauche d’un technicien en chimie,qui sera responsable de la prépa-ration, de l’introduction et del’analyse des échantillons, et d’untechnicien en électronique, quiassurera un soutien à l’automati-sation des composants fabriquéssur place et à l’intégration, au dispositif, de ces composants et des systèmes de commandesactuels. Les quelques candidatsretenus ont passé une entrevue et ceux choisis commencerontd’ici le 12 avril 2004.

23

Dès la réception de la sourced’ions, elle sera connectée au système SMA et on entamera lesessais de réception conformémentau protocole convenu entre HighVoltage Engineering et IsoTrace.Des séances de formation sur lefonctionnement de l’explorateurélémentaire se tiendront simul-tanément. En parallèle, onfinalisera également la conceptiondu système de transfert de gaz,semblable au système en service à l’Université d’Oxford, et onachètera les composants appro-priés ou les feront fabriquer dans des ateliers locaux.

Une fois les essais de réception de la source d’ions réussis, onentamera l’assemblage et la miseà l’essai du système de transfertdu gaz et l’intégration du logicielde commande des trois nouveauxsystèmes avec les systèmes decommandes actuels du dispositifde SMA. Simultanément, SantéCanada et Pêches et OcéansCanada fourniront des échantil-lons types aux fins d’essais etpour vérifier si le système de combustion de l’explorateur élé-mentaire présente des restrictions.

Après le branchement de l’ana-lyseur élémentaire à la sourced’ions et l’intégration du logicielde commande, on élaborera desprotocoles d’analyses pour lesdivers types d’échantillons et tousles partenaires du projet recevrontles ébauches des documents. À lasuite de la révision finale et del’acceptation de ces protocoles, on fera parvenir l’information aux premiers intervenants et auxpersonnes qui participeront à ladécontamination et à la restau-ration de grandes surfaces, parl’intermédiaire du Bureau de laradioprotection de Santé Canadaet de l’Unité du rayonnement dumilieu, Atlantique de Pêches etOcéans Canada qui organiserontdes séminaires, des ateliers et desséances de formation spéciales.



Le Système de gestion de triagerapide (RTMW) permet de gérer

la communication des renseigne-ments médicaux au cours d’unincident chimique, biologique, radiologique ou nucléaire (CBRN).Il est conçu pour être particulière-ment utile lors d’incidents qui fontbeaucoup de victimes. Le systèmeest portatif et peut être déployé sur le terrain, en milieu rural ou urbain, avec un minimum deformation. Grâce à un module desaisie des données médicales, lespremiers intervenants et les dispen-sateurs de soins médicaux sur leterrain seront en mesure d’enregi-strer rapidement et précisément lesrenseignements médicaux relatifsaux victimes. Ces données serontensuite entrées dans une base dedonnées centrale, ce qui permettraaux autres membres du grouped’avoir accès aux données sur lesvictimes. Le RTMW peut être utilisépartout où il y a une connexionInternet, ou il peut fonctionner enautonomie en cas de défaillance duréseau Internet.

ObjectifsLe RTMW permettra à l’équiped’intervention de fonctionner de façon efficace et efficiente encommuniquant immédiatement les renseignements médicaux pertinents à tous les membres del’équipe d’intervention. Il permettraen particulier à tous les membresde l’équipe d’avoir accès à des renseignements exacts et à jour sur l’état actuel des victimes. LeRTMW sera doté d’un accès sécuri-taire d’un niveau approprié pour

garantir la sécurité des données surles victimes qui sont consignéesdans la base de données.

Le RTMW présentera les avantagessuivants :

� Le triage rapide fondé sur desdonnées médicales à jour per-mettra d’accroître l’efficiencedes soins et du transport des victimes.

� Les soignants pourront offrirdes soins efficaces et efficientsgrâce au triage, qui permettrad’affecter les bonnes personneset le bon matériel là où ilsseront le plus utiles. On pourraainsi réduire au minimum lafatigue des intervenants et l’exposition indûment pro-longée de ces derniers à unenvironnement potentielle-ment dangereux.

� Les établissements de santé qui accueilleront les victimesrecevront des données perti-nentes sur celles-ci avant leur admission.

� La sécurité des membres del’équipe d’intervention seraaméliorée parce que l’informa-tion sur les dangers médicauxpotentiels sera communiquéeplus rapidement à tous lesmembres.

� L’équipe d’intervention ou lesorganismes de secours pour-ront fournir aux familles desvictimes des renseignementsexacts et à jour.

� Les organismes de santépublique disposeront de données exactes et, partant,seront en mesure de donner

IRTC 0060TA Système de gestion de triage rapide (RTMW)

RESPONSABLE DU PROJET :WorldReach Corporation

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Conseil national de recherches du Canada

AUTEURE :Laura Brown


des conseils et des directives à la population en se fondantsur des données récentes.

� Le RTMW utilisera le systèmeactuel de marquage utilisé par les Services médicaux d’urgence pour le triage; ainsi,tous les premiers intervenantsconnaîtront bien le système detriage RTMW, ce qui réduira au minimum la formationnécessaire.

� Le personnel d’interventionen cas d’incident CBRN utili-sera le RTMW comme outild’enseignement de l’art dutriage, et cet outil pourraitéventuellement être intégréau programme de formationdes premiers intervenants àl’échelle nationale.

� En facilitant l’échange d’infor-mation médicale dans le cadred’une réponse bien organisée,le RTMW permettra de réduireles délais de prise de décisions,atténuant du même coup l’impact global de l’incident.

ProgrèsrécentsLe RTMW fait appel à Internet ainsiqu’à la plus récente technologie en matière de bases de données. Les composants matériel et logicielont été choisis de façon à ce qu’onpuisse utiliser des PC standard dans l’environnement Windows,éliminant ainsi la nécessité de se procurer et de conserver dumatériel spécial pour ce système.

Le système comprend deux prin-cipaux composants, soit 1) uncomposant portatif, utilisé sur leterrain et 2) une base de donnéesstationnaire accessible par Internet.

Le RTMW est bilingue et com-prend une fonction d’aide en directet de la documentation à l’appui.De plus, la conception du RTMWfait appel à des méthodes orientéesvers l’utilisateur. Le HumanOriented Technology (HOT) Lab de l’Université Carleton a appliquédes techniques éprouvées pourdéterminer les besoins et con-cevoir l’interface.

Les étapes suivantes sont terminées :

� Tous les plans de projet

� Examen critique de la conception

� Spécifications pour les logiciels

� Évaluation de l’impact sur lavie privée

� Conception de l’interface utilisateur

Jusqu’à présent, toutes leséchéances ont été respectées.

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� Le RTMW sera terminé àl’été 2004.

� Il sera utilisé dans le cadred’un exercice complet àOttawa à l’automne 2004.

� Une équipe de marketing est en train d’élaborer unestratégie de marketing pourintégrer le système RTMWdans la suite de produitsWorldReach CrisisManagement.

� Une proposition a été faitepour un financement addi-tionnel permettant l’ajout demodules de façon à étendrela suite d’outils logiciels degestion des renseignementsmédicaux en cas d’urgencesCBRN.



Objectifs

L’introduction d’un gène de virulence dans une bactérie

inoffensive peut transformer cettedernière en une arme mortelle. Letransfert de gènes dans des organ-ismes comme Bacillus anthracis etYersinia pestis se pratique depuisplus de dix ans, aussi est-il urgentde concevoir des techniquespermettant d’identifier les gènes de virulence introduits dans dessouches bactériennes modifiéesafin de servir d’armes bactéri-ologiques. Les méthodes quiexistent à l’heure actuelle n’ont pasle pouvoir d’identifier les insertionsde gènes inconnues. Le séquençagedu génome entier de tous les agentsbiochimiques soupçonnés d’entrerdans la fabrication d’armes bacté-riologiques n’est pas faisable, et lespuces à ADN, quoique puissantes,se limitent aux gènes présentsuniquement dans les souches deréférence. L’équipe du projetadaptera sa technique nouvelle de criblage de l’ADN, qui allie lapuissance de résolution de l’élec-trophorèse bidimensionnelle d’ADNà l’hybridation génomique compa-rative pour identifier rapidementles gènes modifiés. Cette techniqueest appelée hybridation génomiquecomparative des bactéries (BCGH).Pour identifier un gène de viru-lence inconnu à l’aide de la BCGH,on compare la souche de l’armebiologique modifiée qui contient le nouveau gène avec une souchede référence apparentée. Desfragments d’ADN des deux souchessont combinés, visualisés en deuxdimensions, transférés sur unemembrane et hybridés séquentielle-ment (sonde) avec de l’ADN de

chaque souche. Le gène fabriquéest identifié comme un nouveauspot qui peut être extrait d’un gelparallèle, cloné et séquencé pourrévéler son identité. Cette informa-tion peut être utilisée pour adapterla thérapie et élaborer des stratégiesde surveillance.

L’équipe du projet établira le profil de Bacillus anthracis (char-bon), de Yersinia pestis (peste), deFrancisella tularensis (tularémie), de Burkholderia pseudomallei(mélioïdose) et d’E. coli O157, de Salmonella typhi, de Shigellaflexneri et de Yersinia enterocolitica(pathogènes transmis par les ali-ments). Des pathogènes soumis à des restrictions et des micro-organismes nécessitant unconfinement de niveau 3 seront mis en culture par le LNM et RDDC.Dans ces cas, seul de l’ADN serafourni aux laboratoires de l’UCB.

Les paramètres de visualisation(conditions de fragmentation, composition du gel, température,durée, etc.) seront établis de façon empirique pour chacun desmicro-organismes. La sensibilité,l’assurance de la qualité et le con-trôle de la qualité de la BCGHseront évalués à l’aide d’un panelde gènes enrichis représentant unéventail de gènes contenus dans la séquence.

Le transfert de technologie seraeffectué conjointement entrel’Université et les partenairesfédéraux du projet.

La standardisation et le perfection-nement de la technique aux centresfédéraux seront effectués par leLNM et RDDC.

IRTC 0064RD Nouvelles techniques de surveillance des agents biochimiques utilisés comme armes de guerre et d’identification des gènes de virulence modifiés

RESPONSABLE DU PROJET :Université de la Colombie-Britannique (UCB)

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada – Laboratoire nationalde microbiologie et RDDC Suffield

AUTEURS :Julia Rathmann, Chad Malloff etWan Lam, BC Cancer ResearchCentre, 601 West 10th Avenue,Vancouver (C.-B.) V5Z 4E6, tél : (604) 877-6149, courriel : [email protected].

Steve Pleasance et Rachel Fernandez,Microbiology & Immunology,University of British Columbia, #300-6174 University Blvd, Vancouver(C.-B.) V6T 1Z3, tél : (604) 822-6824, courriel :[email protected].

Louis Bryden, Shannon Hiebert etMichael Mulvey, Centre scientifiquecanadien pour la santé humaine etanimale, 1015 Arlington St.,Winnipeg (Man.) R3E 3R2, tél : (204) 789-2133, courriel : [email protected]

Yimin Shei et Barry Ford, RDDCSuffield, PO Box 4000 Station Main,Medicine Hat (Alberta) T1A 8K6,courriel : [email protected].


Un logiciel de pointe (BioNumericsd’Applied Maths) sera utilisé pourl’analyse et l’archivage des profilsd’ADN en 2D de même que pour la communication entre les labora-toires partenaires.

Le projet devrait être terminé endécembre 2006.

Progrèsrécents� Le personnel à RDDC et au

LNM a terminé sa formationsur le niveau de confinement 3.

� Le LNM et les laboratoires de RDDC ont isolé l’ADN de Y. pestis et de B. anthracis pourles laboratoires de l’UCB.

� Un atelier technique a été organisé à l’UCB en octobre 2003.

� Le LNM et les laboratoires deRDDC ont créé des installationsfonctionnelles d’analyse del’ADN en 2D et le personnel a été formé.

� Un logiciel maison mis au pointà l’UCB est utilisé et adaptépour prédire les paramètresoptimaux de visualisation in silico basés sur des génomesséquencés de souches d’armesbiologiques.

� Les paramètres de visualisationont été mis au point à l’UCBpour l’ADN à faible contenuG+C.

� Des images d’ADN ont étégénérées pour Y. pestis, B.anthracis et Y. enterocolitica.

� Des protocoles de visualisationnon radioactive sont en traind’être mis au point au LNM etaux laboratoires de l’UCB.

� L’analyse et l’archivage desimages d’ADN en 2D ontdébuté et se poursuivront.

� Le logiciel BioNumerics a étéévalué au LNM et jugé utile.

� Les progrès et les résultats ontété présentés lors :

• de la réunion de la divisionnord-ouest de l’AmericanSociety for Microbiology àVancouver, C.-B., en août

2003 (« Profiling BacterialGenomes to IdentifyAcquired Genes »)

• de la réunion sur labiodéfense de l’AmericanSociety for Microbiology àBaltimore, MD, en mars2004 (« Two-DimensionalBacterial Genome Displayfor the Identification ofEngineered Genes »).

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2004-2005 :

� De l’ADN sera isolé de S. typhi,S. flexneri et E. coli O157.

� Des images de l’ADN serontgénérées pour S. typhi, S.flexneri et E. coli O157.

� Des conditions de BCGH serontévaluées à l’aide d’un panel degènes enrichis et de construc-tions géniques.

� Des isolats cliniques serontcomparés au moyen de laBCGH à des fins de validation.

� Une standardisation et un contrôle de la qualité de la visualisation de l’ADN en 2D et de la BCGH seront effectués.

� L’analyse et l’archivage d’images d’ADN en 2D se poursuivront.

Résultats finals prévus :

� Visualisation en 2D et analysepar BCGH de Y. pestis, B.

anthracis, F. tularensis, B. pseudomallei, S. typhi, S. flexneri, E. coli O157 et Y. enterocolitica terminées.

� Standardisation des protocoleset transfert de la technologieau LNM et à RDDC, notammentl’uniformisation de protocolesd’utilisation systématique dansles laboratoires diagnostiqueset judiciaires, terminés.

En cas d’attentat à l’armebiologique, l’identification desgènes modifiés facilitera le diagnos-tic, la surveillance, la vaccination etles mesures thérapeutiques qui peu-vent servir à lutter contre le gène devirulence ou le produit génique afinde limiter les éclosions de maladies.



Objectifs

Dans l’éventualité d’un incidentradiologique, il est capital de

pouvoir suivre la propagation dumatériel radioactif. Des renseig-nements sur la diffusion de lacontamination seront requis, tantpour orienter l’évacuation que pour planifier les interventions demanière à réduire au minimum lesrisques auxquels seront exposéestoutes les personnes concernées. Lebut de ce projet est de mettre aupoint des dosimètres de petite tailleet peu coûteux qui pourraient êtredéployés rapidement, facilement eten grand nombre dans l’ensembled’une zone contaminée, afind’obtenir une carte très détaillée du profil de contamination.

Des travaux préliminaires dansce domaine ont fait ressortir que laluminescence stimulée optiquement(LSO) était la technologie la plusprometteuse pour un tel dosimètre.Ce dosimètre comporte un seulcristal de matériel LSO (qui agitcomme volume sensible dudétecteur), une diode laser qui stimule l’émission par le cristal etune photodiode à avalanche pourdétecter les émissions. La concep-tion du détecteur se prête bien à la miniaturisation et à une archi-tecture de système sur puce. Ons’attend à ce que le volume sensibledu dosimètre puisse être miniaturiséà l’échelle nanométrique et que des composantes électroniques decontrôle, de lecture et de communi-cation y soient intégrées. Grâce àces détecteurs, de multiples sondespourraient être réparties surl’ensemble d’une zone contaminée

et permettraient de surveiller lacontamination en temps réel. Dessimulations ont montré que cetteméthode permettrait de cartogra-phier avec une grande précision la contamination et qu’elle seraittrès robuste : la série de détecteurssurvivraient même s’il se produit de nombreuses défaillances individuelles.

Le projet suit deux voies distinctes, qui sont toutefois liéesentre elles : Bubble TechnologyIndustries Inc. (BTI) est en train deconcevoir le dosimètre et les com-posantes électroniques connexes, et l’Electronic-Photonic MaterialsGroup (EPMG) de l’Université deToronto prendra le concept de BTIpour l’adapter sur une puce. Ceprojet mènera à la production dedeux dosimètres prototypes. Le premier, fabriqué par BTI, sera unmini-dosimètre prototype achevé et éprouvé comportant des com-posantes électroniques intégrées de contrôle, de lecture, de commu-nication et de GPS. Le deuxièmesera un nanodosimètre prototype(produit par EPMG) s’inspirant duconcept de BTI et testé avec lescomposantes électroniques dumini-dosimètre.

ProgrèsrécentsSous sa forme actuelle, le projet estlégèrement en avance, et beaucoupde progrès ont été réalisés sur lesdosimètres prototypes, tant à BTIqu’à l’Université de Toronto. Lesefforts à BTI ont porté surtout sur

IRTC 0072RD Nanodosimètres à luminescence stimulée optiquement

RESPONSABLE DU PROJET :RDDC Ottawa


PARTENAIRES UNIVERSITAIRES :Université de Toronto

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Bubble Technology Industries Inc.

AUTEUR :Lorne Erhardt, RDDC-Ottawa, 3701, av. Carling, Ottawa, Ont., tél : (613) 991-5900, courriel : [email protected]


la production du prototype demini-dosimètre, alors qu’EPMG aconçu une photodiode à avalanchesur mesure qui sera utilisée avec le nanodosimètre.

Un mini-dosimètre prototype a été conçu et construit à BTI et l’on a vérifié sa réponse à des rayonnements ionisants. Après cette phase de caractérisation, BTI a concentré son attention sur l’inté-gration de toutes les composantesélectroniques requises avec les portions sensibles du dosimètre. La grande majorité du travail aucours de l’année écoulée a consistéà déterminer l’architecture de communication et à intégrer lescomposantes électroniques appro-priées dans le mini-dosimètre. Lematériel de communication a étéacheté et un logiciel sur mesure a été produit pour permettre letransfert des données du mini-dosimètre à un réseau sans fil. En plus des composantes de com-munication, un module récepteurGPS à 18 canaux parallèles sur uneseule carte et occupant une placeréduite a été intégré dans la carte de circuit du mini-dosimètre; les données sur la position du mini-dosimètre ont pu ainsi êtretransférées sur le réseau sans fil demême que les données sur la dose.Un réseau de mini-dosimètres prêt à être utilisé, qui s’auto-organise etse répare lui-même a été créé. Demultiples canaux de communica-tion (tels que téléphone, cellulaire,ANP, satellites, modem sans fil,plateforme aéroportée) peuvent être utilisés à partir du point d’accèspour assurer le déploiement danstous les environnements (urbains,ruraux et éloignés). La gestion du réseau et la surveillance du trafic peut se faire localement ou à distance. Ces réalisations combinées ont donné naissance à un prototype de mini-dosimètreavec toutes les composantes élec-troniques connexes qui fonctionnetel que requis par l’équipe de

projet. C’était une étape clé dans le projet et elle a été couronnée de succès.

Des recherches à l’Universitéde Toronto au cours de l’annéeécoulée ont porté exclusivementsur la mise au point et la fabrica-tion d’une photodiode à avalanche(PDA), qui peut fonctionner enmode Geiger, avec une réponsespectrale adaptée à la puissance de sortie du matériel LSO. Il a fallupour ce faire effectuer un survolapprofondi des publications scientifiques existantes afin de déterminer la situation desphotodiodes à avalanche en mode Geiger dans la gamme deslongueurs d’onde visibles. On aporté une attention particulière à l’identification des matériauxappropriés, des structures et destechniques pour fabriquer unetelle photodiode. Un modèle a étémis au point pour simuler l’ab-sorption séparée et les régions de multiplication de la PDA; ledéroulement connexe des opé-rations a également été établi. Une série de structures ont étépréparées par épitaxie par jetsmoléculaires (EJM) afin de révélerles variables clés du concept quiinfluent sur les propriétés optiqueset électroniques des structures. Ona mesuré les propriétés composi-tionnelles, structurales, électriqueset optiques de ces structures afind’obtenir des données pour lesétapes de croissance et de traite-ment. Un prototype de structurede photodiode à avalanche a étéconstruit et caractérisé; on a établique sa réponse correspondait à la gamme de longueurs d’ondedésirée. On a considéré qu’il s’agissait d’une étape critique envue de la production éventuelled’un nanodosimètre, et cette étapeclé a été couronnée de succès.

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Les prochaines étapes de ce projet consistent à perfectionneret le mini-dosimètre prototype etla photodiode à avalanche. BTIincorporera le volume sensible dumini-dosimètre et toutes les com-posantes électroniques dans unpetit boîtier qui pourra être utiliséde façon autonome. Cette étapeest en bonne voie d’être menée à terme d’ici décembre 2004,devançant ainsi l’échéancier. Lemini-dosimètre prototype feraensuite l’objet de nombreux testseffectués par BTI, RDDC Ottawaet Santé Canada pour déterminerson utilité. À l’Université deToronto, la prochaine étape con-sistera à évaluer complètement la performance du prototype deDPA et à le perfectionner. Par la suite, on mettra au point une source lumineuse appropriéepour la lecture du nanodosimètre,on intégrera la DPA et la sourcelumineuse avec le matériel LSO et on intégrera finalement lescomposantes électroniquesconçues par BTI avec les disposi-tifs susmentionnés. On obtiendraainsi un nanodosimètre proto-type, qui devrait être terminédans les délais prévus, d’ici juillet 2005.



Objectifs

Les références, les rapports et les exercices nationaux et inter-

nationaux ont démontré qu’en casde graves événements radiologiquesou nucléaires (RN), la coordinationdes renseignements et des actionsétait critique pour la réussite d’uneintervention efficace. Sous l’autoritéde Santé Canada, le Plan fédéral en cas d’urgence nucléaire (PFUN)constitue le cadre national de préparation et de réaction auxurgences radiologiques etnucléaires qui pourraient affecter les Canadiens. Il appuie les inter-ventions des provinces et il forme le cadre de la gestion des con-séquences radiologiques en appuiau Plan national de lutte contre le terrorisme du Canada. Le planfédéral mobilise plus de vingtorganismes fédéraux dont plusieurssont responsables des donnéesessentielles à l’évaluation des réper-cussions. De solides outils de gestionsont nécessaires pour intégrer et évaluer ces données, et pourappuyer les décisions relatives aux mesures d’intervention.

Ce projet piloté par la Divisionde la préparation et de l’interven-tion aux urgences nucléaires deSanté Canada et auquel collaborentle Centre météorologique canadienet d’autres partenaires essentiels auplan fédéral et international vise lamise en place du système d’aide àla décision ARGOS RN comme outilopérationnel de réponse du Planfédéral en cas d’urgence nucléaire.ARGOS est disponible grâce à unpartenariat avec l’Agence danoisede gestion des urgences et la sociétéProlog Development Center A/S.

Pour permettre l’entrée d’ARGOSen service au Canada, on doitaméliorer le noyau du logiciel pour assurer l’interface avec lessources de données et les moyensde surveillance, de contrôle, demodélisation et de prévisionmétéorologiques et radiologiques.Le Centre météorologique canadienaccélère la mise au point et la distribution de moyens de modé-lisation de la météo locale etrégionale en appui aux interven-tions d’urgence RN. Santé Canadacollabore également avec d’autrespartenaires du Plan fédéral en casd’urgence nucléaire, notamment la Section de la géophysique durayonnement de Ressourcesnaturelles Canada et la Division des dangers des rayonnements dumilieu de Santé Canada, dans lebut d’intégrer les données d’analyseen laboratoire et les données desurveillance aérienne et de surveillance statique.

Le résultat du projet sera unsystème opérationnel d’aide à ladécision qui permettra une réponsecoordonnée rapide à un incidentRN, une meilleure gestion de don-nées relatives à l’urgence et uneprise efficace de décisions poursoutenir le travail des premiersintervenants, de la communautéopérationnelle et de la population.Jusqu’ici, le projet s’est traduit parun nouveau degré d’intégration dedonnées pour les interventions encas d’urgences RN, de nouvellesméthodes d’apport de données etde progrès dans les capacités demodélisations atmosphériques relatives aux urgences qui sontexploitées par d’autres groupesd’intervention.

IRTC 0080TA Système d’aide à la décision ARGOS pour la gestion des urgences radiologiques et nucléaires

RESPONSABLE DU PROJET :Santé Canada (Bureau de la radioprotection / Division de la préparation et de l’intervention aux urgences nucléaires)

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Environnement Canada (Centre météorologique canadien /Division de la réponse aux urgencesenvironnementales),Ressources naturelles Canada(Section de la géophysique de rayonnement),Santé Canada (Bureau de la radio-protection / Division des dangers desrayonnements du milieu)

AUTEUR :Brian Ahier Division de la préparation et de l’intervention aux urgences nucléairesSanté Canadatél : (613) 954-6674courriel : [email protected]


ProgrèsrécentsLe premier jalon franchi du projetest la production du mandat duprojet en décembre 2002, une pre-mière pour l’IRTC. À la suite del’adhésion de Santé Canada auConsortium international ARGOSet de la négociation de contratsavec les partenaires industriels, des réunions de conception ont été tenues pour étudier les sourceset les descriptions des donnéescanadiennes afin de déterminer les spécifications de conception des phases du projet. Au cours dela phase 1, on a mis au point lesinstallations et les modules d’im-portation des données canadiennes.La phase 2 a été consacrée à l’interface entre les moyens de modélisation du Centremétéorologique canadien, notamment la modélisation destrajectoires des panaches dans l’at-mosphère et leur dispersion. Lesphases 3 et 4 abordent l’interfaceentre le réseau de surveillancegamma statique de Santé Canada etla base de données d’informationde laboratoire, ainsi que les mo-dèles perfectionnés de dispersion àfaible distance dans l’atmosphère.

Jusqu’à maintenant, PrologDevelopment Center et le Centremétéorologique canadien ont col-laboré à l’interface des moyensmétéorologiques canadiens et dunoyau du logiciel ARGOS ; Prologet Santé Canada ont amélioré lafonctionnalité du système. LeCentre météorologique canadien aœuvré, en parallèle, à la fournituredes données météorologiquesessentielles au système ARGOS et à l’amélioration des outils de modé-lisation atmosphérique utilisésdirectement par ARGOS. SantéCanada a continué ses travaux sur la mise en œuvre du systèmeARGOS et sur l’infrastructure infor-matique connexe dans ses locaux,

la vérification des modèles et l’interface avec des outils SIG acces-sibles par le Web permettant unéchange rapide de données parmiles partenaires du Plan fédéral en casd’urgence nucléaire.

ARGOS est actuellementinstallé et fonctionne sur l’infra-structure de Santé Canada. Il présente les caractéristiquessuivantes :

� synchronisation automatiqueavec un serveur météo duCentre météorologique cana-dien permettant l’importationde données météorologiquesactuelles et prévues

� l’exécution initiée au besoin, àpartir d’ARGOS, de demandesde modèles atmosphériques, liésaux informations sur le termesource fournies par l’utilisateur

� modèles de dispersion et dedose à courte distance liés aux fichiers météo du Centremétéorologique canadien

� sorties des modèles de dis-persion liés aux modèles depropagation interne des doses

� importation des données de surveillance aérienne deRessources naturelles Canada

� lien au réseau de surveillancegamma statique de SantéCanada

� visualisation des résultats (par isotope, intervalle et type de sortie de données)

� copie locale des données afin de pouvoir continuer lesactivités centrales, en cas derupture des communications

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Ce projet vise la mise en placed’ARGOS, un outil opérationnelde réaction aux urgences auplan fédéral, à Santé Canada,et l’accessibilité du système àl’organisation d’intervention duPlan fédéral en cas d’urgencenucléaire, fin 2004. Au coursdes prochaines étapes, on complétera le développement et l’interface avec les résultatsdu modèle de propagation departicules sur les courtes dis-tances, de la surveillancestatique et de laboratoire, ainsique l’intégration aux procé-dures d’urgence du Plan fédéralen cas d’urgence nucléaire. LeCentre météorologique cana-dien travaille également, viad’autres projets de l’IRTC, à|des modèles de dispersion enmilieu urbain et de retombéesatmosphériques. Une fois cestâches complétées, ARGOSpourra accéder à ces ressourcesvia une seule interface homogène,ce qui permettra d’étendre les capacités du système bienau-delà de ce qui était prévu au départ. Pour finir, les parte-naires du Plan fédéral en casd’urgence nucléaire aurontaccès aux résultats d’ARGOSvia le site Web des communica-tions d’urgence et le système de distribution sur le Web du système d’informationgraphique EMAP-nucléaire,élaboré et mis en œuvre enpartenariat avec EnvironnementCanada – Atlantique.



Objectifs

La surexposition aux rayon-nements constitue une menace

possible pour les personnels civilset militaires dans différentes cir-constances. L’exposition délibérée,à caractère militaire ou terroriste,doit également être prise en considération en raison de la prolifération des capacitésnucléaires mondiales et du trafic de déchets nucléaires.

Le principal objectif de ce projet est de démontrer l’utilité dela filière de produits de Cangene àbase de GM-CSF LEUCOTROPINMD

pour la reconstitution hématopoïé-tique après une aplasie médullaireradio-induite chez des macaquesrhésus ayant reçu des rayons X de façon uniforme sur le corpsentier. La principale application du médicament en cas de radio-exposition serait le traitementprécoce des patients exposés à desdoses faibles à modérées de rayon-nements. Toutefois, le médicamentpeut aussi être utile pour protégerles personnes susceptibles d’êtreexposées aux rayonnements,comme les sauveteurs et autresintervenants. L’étude utilise desmacaques de Buffon comme mo-dèle animal, et les résultats obtenuspourraient donner une idée desrégimes thérapeutiques optimauxpour les humains touchés.

Une partie importante du projetconsiste à élaborer et à évaluer uneforme de GM-CSF à plus longuedurée d’action, produite par modifi-cation de la protéine à l’aide dupolyéthylèneglycol (PEG), ce quipeut réduire le nombre et, partant,rendre les régimes posologiquesplus commodes pour les patients.Les protéines pégylées peuventcomporter un certain nombre d’avantages par rapport aux sub-stances similaires non modifiées,notamment une augmentation de la demi-vie, une réduction del’antigénicité et une améliorationde la solubilité.

IRTC 0085TA Intérêt du GM-CSF dans le syndrome d’irradiation aiguë

RESPONSABLE DU PROJET :Cangene Corporation


AUTEURS :Darin Lee, Vadim Tsvetnitsky, Donald I.H. Stewart courriel : [email protected], 3403 American Drive, Mississauga(Ontario) L4V 1T4, Canada. tél : (905) 405-2930.


ProgrèsrécentsPour atteindre ces objectifs, Cangenea produit LEUCOTROPINMD confor-mément à ses bonnes pratiques de fabrication établies à l’échelle de 2 100 L dans son centre de fabrication. Trois lots de formula-tions lyophilisées et liquides ont été préparés et soumis à une évaluation dans les études ani-males, qui ont débuté le 1er avril2004 à l’Université du Maryland et qui devraient se poursuivre pendant 90 jours. Deux protocolesde traitement sont évalués, le GM-CSF étant administré soit tôt(dans les 20 heures) ou quelquetemps (3 jours) après l’irradiation,ce qui permet d’évaluer deux scé-narios probables dans la vie réelle.

Nous avons préparé des quan-tités (à l’échelle laboratoire) deGM-CSF conjuguées à 20 kDamonométhoxypoly (éthylèneglycol)(mPEG) et avons évalué l’effet de la pégylation sur la proliférationcellulaire in vitro à l’aide de lalignée de cellules souchesmyéloïdes TF-1. Et ce qui étaitquelque peu contraire à nosattentes, la fixation d’une seulemolécule de mPEG par protéine(GM-CSF monopégylé) n’a pasentraîné de perte de l’activité invitro par rapport à la forme nonpégylée, alors que, comme on s’yattendait, les deux formes bi- et tri-pégylées de GM-CSF affichaient,respectivement, des baisses de leuractivité par un facteur de trois à dix.

Nous avons terminé une synthèse à plus grande échelle (100 mg), la purification et la caractérisation de mPEG-GM-CSFmonopégylé de 20 kDa. Ce matérielsera utilisé pour effectuer d’autresétudes de la stabilité de la formula-tion liquide in vitro et de la stabilitédu sérum in vivo. La démonstrationprobante de l’augmentation de lademi-vie sérique dans les études invivo devrait mener à d’autres étudesde l’utilisation du mPEG-GM-CSFdans le traitement du syndromed’irradiation aiguë.

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Une fois que l’étude sur la pro-tection contre les rayonnementssera terminée, vers la fin de juillet 2004, Cangene prévoitexaminer les données obtenuesen consultation avec le Bureaude la radioprotection de SantéCanada, et présenter un supplé-ment à une présentation dedrogue nouvelle (PDN), si lesrésultats sont jugés positifs, cequi devrait se faire tel que prévud’ici la fin d’octobre 2004.



Objectifs

Les Centers for Disease Control(CDC) ont classé les filovirus

Ebola et Marburg parmi les agentsbiologiques de catégorie A. Cesvirus transmissibles de personne à personne causent une fièvrehémorragique aiguë chez leshumains, qui s’accompagne d’untaux de mortalité variant de 23 à90 %. Le virus Marburg a déjàservi à la fabrication d’armesbiologiques dans l’ancienne URSS,et une secte japonaise a récem-ment tenté de se procurer le virusEbola pour l’utiliser à des finsbioterroristes. Comme il n’existeaucun traitement curatif oupréventif contre ces filovirus,ceux-ci posent un grand risque, à la fois pour les populations militaires et civiles.

De l’avis de nombreux spé-cialistes du domaine, les anticorpsthérapeutiques constituent lastratégie thérapeutique la plusprometteuse à l’heure actuelle(Bray et Paragas, 2002), car elleprocure une solution à courtterme, ce dont on a un urgentbesoin pour satisfaire aux prioritésde l’IRTC en matière de mesuresthérapeutiques pour appuyer lesinterventions immédiates et la gestion des conséquences à courtterme. La protection passive contre un virus Ebola mortel a étédémontrée chez de petits animaux(Wilson et al., 2000; Takada et al.,2002), et un traitement post-exposition par du plasma de phaseconvalescente a semblé avoir uneffet protecteur chez les humains(Mupapa et al., 1999). Cependant,

une des difficultés liées à la miseau point d’anticorps neutralisantsefficaces tient à nos connaissanceslimitées sur les protéines viralesqui sont la cible de la réponseimmunitaire chez l’hôte. Desétudes récentes ont toutefois permis d’approfondir nos con-naissances dans ce domaine, endéterminant que les glycoprotéines(GP) transmembranaires sont lesprincipales cibles.

Dans le cadre du présent projet, différentes formes de gly-coprotéines transmembranairesvirales seront utilisées commeimmunogènes, en vue de la miseau point d’anticorps thérapeutiquesmonoclonaux et polyclonaux. Dansun premier temps, des anticorpspolyclonaux de caprins ou d’ovinsseront isolés, et leur efficacité etinnocuité seront testées sur desmodèles de protection contre lesvirus Ebola et Marburg (souris,cochons d’Inde). Cette approchebasée sur la production d’anticorpspolyclonaux de caprins ou d’ovinspermettra de produire un stock d’agents thérapeutiques utilisables à court terme. Des anticorps mono-clonaux recombinants seront misau point contre les virus Ebola etMarburg comme solution à longterme. Même s’il faudra plus detemps pour produire les anticorpsrecombinants que les anticorpsd’ovins ou de caprins, les produitsrecombinants offriront une spéci-ficité mieux définie et pourront êtreproduits en quantités illimitées.

IRTC 0087RD Anticorps thérapeutiques contre les virus Ebola et Marburg


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Agence canadienne d’inspection des aliments

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Cangene Corp., University of Alberta

AUTEURS :Vadim Tsvetnitsky, Eric Wiersma,Donald IH Stewart, Heinz Feldmann,Mavanur Suresh et Steven M. Jonescourriel : [email protected]é Canada1015, rue Arlington, WinnipegR3E 3R2 Canadatél : (204) 789-5065


Progrèsrécents Pour atteindre ces objectifs, l’équipedu projet a réussi, par la techniquede génétique inverse, à isoler lesvecteurs recombinants du virus de la stomatite vésiculaire (VSV)contenant les glycoprotéines desvirus Ebola (VSV-EBOVGP) ouMarburg (VSV-MARVGP). Ces virusseront utilisés pour immuniser deschèvres (pour la production desérum neutralisant polyclonal) et des souris (pour la productiond’anticorps monoclonaux neutra-lisants). Dans le cadre d’une étudedistincte non financée par l’IRTC,des souris immunisées avec le vaccin VSV-EBOVGP ont présentéune protection complète lors d’untest de provocation avec un millionde doses létales du virus Ebola.L’ARN de la rate de souris ayantsurvécu au test de provocation a été envoyé à l’Université del’Alberta en vue de produire desFab exprimés sur des phages desouris. Deux banques indépen-dantes complètes de phages ont été construites. La première banquede phages exprimant des fragmentsd’anticorps dirigés contre Ebola aété obtenue avec une complexitéestimée de 7x107 clones. La deux-ième banque de phages exprimantdes Fab contre Ebola a été produiteà une complexité estimée de 6x107

clones. Ces banques serviront debases pour la sélection d’anticorpsqui pourraient être efficaces contreles GP 1,2 du virus Ebola. Onprocède actuellement à l’analyse

des phages par panning, ouadhérence, à l’aide de particulesd’allure virale et d’une fraction demembrane simulée préparées par le Laboratoire national de micro-biologie, à Winnipeg. La banque de phagemides exprimant les Fab a été utilisée pour deux sériesd’analyses par panning contre cescibles, et des particules phagiquesenrichies de Fab spécifiques del’antigène ont été isolées. Les particules ont été amplifiées et préparées pour des études de liai-son qui sont toujours en cours.Cangene a produit une banquenaïve de phages humains expri-mant des Fab, d’une complexitéestimée de 1x1010 clones et pour-suit actuellement l’analyse parpanning de cette banque contre un mutant délété du segmenttrans-membranaire de la GP duvirus Ebola et contre la formesécrétée de la GP (sGP) du virus Ebola.

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Une fois l’antisérum de chèvreproduit, Cangene utilisera unetechnologie propriétaire pourproduire un sérum hyperimmunde catégorie clinique pour lamise à l’essai des modèles invivo de la fièvre virale hémor-ragique d’Ebola et de Marburg.La méthode d’adhérence surplastique des pharmacothèquesde bactériophages sera suivie de la production d’anticorpsrecombinants, humains etmarins, qui seront mis à l’essaiin vitro et in vivo. Le but du projet est de créer un grouped’anticorps monoclonaux, quipeuvent être combinés pourtraiter les humains infectés par l’Ebola ou le Marburg. La prochaine étape serad’adapter ces produits à une utilisation clinique.



Objectifs

Ce projet porte sur la mise aupoint d’anticorps monoclonaux

protecteurs et diagnostiques pour la détection d’agents bactériens etviraux, la prophylaxie et le traite-ment post-exposition. Le projet estlimité au départ à la mise au pointd’anticorps contre les alphavirus, le virus de la fièvre aphteuse et labactérie du charbon. Toutefois, lesconnaissances acquises au cours dece projet feront progresser les ini-tiatives de conception de vaccinscontre d’autres agents susceptiblesd’être utilisés dans le cadre d’at-tentats biologiques et contre despathogènes infectieux touchantl’homme et l’animal en général.

En cas d’attentat terroriste, lesystème de santé publique doitpouvoir administrer des traitementspost-exposition efficaces à des mil-liers, voire plusieurs centaines demilliers de personnes potentielle-ment exposées. Les antibiotiquesque nous avons actuellement ànotre disposition n’agissent quecontre certains agents bactériens etdoivent être administrés quelquesheures après l’exposition pour êtrevéritablement efficaces. Pour denombreux agents viraux, seul untraitement d’appoint peut étreprodigué. Plusieurs anticorps mono-clonaux recombinants peuventnéanmoins conférer une protectionimmédiate contre des agents bac-tériens et viraux. L’utilisationd’anticorps comme traitementpost-exposition nécessite toutefoisle déploiement de méthodes rapi-des pour identifier correctementl’agent microbien en cause,

lesquelles font nécessairementappel à des anticorps spécifiques.Par conséquent, ce projet entendmettre au point des anticorps mon-oclonaux pour la détection etl’identification spécifique d’agentsbiologiques ainsi que pour desobjectifs thérapeutiques. Outre lespathogènes humains du charbon etles alphavirus, ce projet entendégalement mettre au point des réactifs diagnostiquesrapides pour l’identification d’unpathogène animal important, àsavoir le virus de la fièvre aphteuse,qui peut avoir des conséquenceséconomiques considérables sur lebétail canadien. Une éclosion defièvre aphteuse au Canada nécessi-tera des analyses approfondies avantque le commerce international dubétail ne puisse être rétabli. Lestests validés fondés sur des anti-corps monoclonaux permettrontd’accélérer la reprise du secteur en cas d’épidémie.

Ce projet a donc les objectifs suivants :

� Mettre au point des traitementsà base d’anticorps mono-clonaux contre le bacille ducharbon et les alphavirus(encéphalite équine duVenezuela, encéphalite équineoccidentale et encéphaliteéquine de l’Est).

� Mettre au point des réactifsdiagnostiques rapides fondéssur des anticorps mono-clonaux pour la détection dubacille du charbon, du virus de la fièvre aphteuse et desalphavirus.

CRTI 0091RD Mise au point d’anticorps monoclonaux recombinants pour le traitement et la détection des agents bio-terroristes


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour la défense CanadaAgence canadienne d'inspection des aliments

AUTEURS :Dr Amin KabaniLaboratoire national de microbiologieSanté Canada


� Identifier les éléments micro-biens pouvant intervenir dansla mise au point de vaccinscontre différents agentsbiologiques (charbon, alphaviruset virus de la fièvre aphteuse).

ProgrèsrécentsLe travail progresse comme prévudans toutes les six phases du projet :

Phase 1. Conceptionimmunogène : La conception immunogène estterminée et les vaccins, préparés,pour l’immunisation des animauxen vue de produire des antisérumset des anticorps. Du travail seraréalisé pour parfaire la conceptiond’un meilleur immunogène aucours du projet à mesure que denouveaux renseignements sontrecueillis de la recherche.

Phase 2. Productiond’antigènes : Dans le cadre d’un contrat attribuéà l’Université de Toronto, JeremyMogridge, Ph.D., produit actuelle-ment des toxines de charbonrecombinantes. Des antigènes duvirus de la fièvre aphteuse ont été produits et testés au Centrenational des maladies animalesexotiques (CNMAE) de l’Agencecanadienne d’inspection des ali-ments (ACIA). Pour ce qui est de l’aspect antigène protecteur,cette composante de la toxine decharbon a été bien exprimée parune nouvelle méthode d’ADNrecombinant au laboratoire duRDDC Suffield. Le produit fait

présentement l’objet de tests pourdiverses applications pratiques auxfins de diagnostics et de mise aupoint de vaccins.

Phase 3. Production d’anticorpsmonoclonaux d’hybridome : Des anticorps monoclonaux à différentes composantes de toxi-nes de charbon, du virus de lafièvre aphteuse et de peptidessynthétiques qui représentent desparties de la toxine de charbon et du virus de la fièvre aphteusesont présentement caractérisés.Dans certains cas, les anticorpsproduits à base de peptides synthétiques reconnaissent la toxine de charbon ou le virus de la fièvre aphteuse naturel.

Phase 4. Production, construction et tests – anticorps recombinants :Des fragments d’anticorps à différents alphavirus ont été produits au moyen de méthodesexpérimentales génétiques au labo-ratoire du RDDC Suffield. Cesréactifs font l’objet de tests pourd’éventuelles applications dansdes épreuves diagnostiques. LeCNMAE réalise actuellement desétudes en laboratoire sur desméthodes pour la productiond’anticorps « humanisés ».

Phase 5. Mise au point de testsde détection in vitro : Les trois laboratoires participantstravaillent actuellement à l’éla-boration de diverses épreuvesenzymatiques pour la détection et l’identification de la toxine decharbon, du virus de la fièvre aphteuse et des alphavirus.

Phase 6. Mise au point de vaccins : La réponse sérologique de per-sonnes qui ont accepté d’êtreimmunisées au moyen d’un vaccincontre la bactérie du charbon faitprésentement l’objet d’études. Lesréactions immunitaires des anti-corps sériques des vaches et dessinges sont étudiées au Centre scientifique canadien de santéhumaine et animale (CSCSHA).Des immunologistes du CSCSHAréalisent présentement une car-tographie des anticorps à la toxinedu charbon et au virus de la fièvreaphteuse pour déterminer ce qu’ilsreconnaissent. Des sites inconnusauparavant de la toxine de charbonont été identifiés comme candidatspour d’éventuels vaccins dans ledéveloppement de la prochainegénération de sous-unités de vaccins à peptides synthétiques.


Objectifs

Ce projet d’accélération de latechnologie de l’IRTC visera la

mise au point d’une enceinte d’es-sais chimiques et biologiques (CB)d’envergure mondiale au centre deRecherche et développement pourla défense, de Suffield. L’enceinte,connue sous le nom d’enceinteCBplus , permettra aux premiersintervenants et au personnel mili-taire d’effectuer de la recherche sur des tenues de protection, et demettre au point et d’évaluer destenues complètes d’équipement deprotection individuelle (EPI) ensimulant grâce à des organismesnon toxiques et des composés chimiques inoffensifs des attaqueschimiques et biologiques sous formegazeuse, liquide et d’aérosol. Enoutre, le gouvernement et l’indus-trie utiliseront cette enceinte pourexplorer de nouveaux concepts et matériaux propres aux EPI.

Les systèmes à mettre à l’essaiseront portés par un mannequinarticulé à forme humaine, qui enimitera les mouvements. Une têtede mannequin séparée simulantles mouvements faciaux humainsest également comprise aux finsd’essais des systèmes intégrés dans le couvre-chef.

L’enceinte CBplus est source deplusieurs nouveautés canadiennesdans le domaine de la recherche,de la mise au point et de l’évalua-tion en matière d’EPI contre lesagents chimiques et biologiques, y compris :

a. La capacité de procéder à cesessais à des températures va-riant entre 5 et 50 °C, à unehumidité relative de 10 à90 % et selon des conditionséoliennes pouvant atteindre25 km/h.

b. La capacité de mettre à l’essaides imitations de produitschimiques sous formes devapeur, d’aérosol et de liquide.

c. La capacité de mettre à l’essaides imitations de produitschimiques et biologiques dans la même enceinte.

d. Un mannequin hautementévolué qui simule les mouve-ments du corps humain,comme marcher, courir et sepencher au niveau de la taille.

e. Une tête de mannequinhautement évoluée.

L’enceinte automatisée permet-tra de recréer de manière précise les commandes d’émission des imitations de produits chimiques etles conditions environnementales,tandis qu’il sera possible de repro-duire les mouvements faciaux de la tête du mannequin et les mouve-ments du corps du mannequin. La précision et la répétabilité per-mettront d’améliorer les capacitésactuelles des essais et d’homologuerl’EPI pour les premiers intervenantset les militaires. L’utilisation de cette enceinte est particulièrementintéressante, car il sera possible de mener des études sur une pluslongue période de temps (de 6 à 12 heures), en vue de l’homologa-tion; ceci n’étant pas encore possibleavec des volontaires humains.

IRTC-0100TA Enceinte d’essais avec mannequin articulé pour l’équipementet les tenues de protection du personnel chargé d’interveniren cas de menaces chimiques et biologiques

RESPONSABLE DU PROJET : Directeur – Sciences et technologie(Performances humaines), Recherche et développement pour la défenseCanada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Directeur – Défense nucléaire,biologique et chimique et RDDCSuffield, Collège militaire royal, ministère de la Défense nationale

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Amtech Aeronautical Ltd.

AUTEURS :Dr Scott Duncan, Chef, Groupe de la protection physique, CBDS, RDDC Suffield;

Dr Alex Markov, Amtech Aeronautical Limited;

Mike Greenley, Greenley & Associates;

Ted Timmons, Greenley & Associates;

Dr Eva Dickson, Département dechimie, Collège militaire royal;

Maj Pierre Caron, Directeur – Défense nucléaire, biologique et chimique, MDN;

Ken Torrance, Amtech Aeronautical Limited, tél : (403) 529-2350, courriel : [email protected];

Julie Tremblay-Lutter, RDDC / DSTPH 4,tél : (613) 995-7627,courriel : [email protected];

Dr Ken Johnson, RDDC / DSTPH, tél : (613) 992-2877.


L’enceinte donnera égalementaux équipes gouvernementaleschargées des acquisitions lesmoyens de simuler différentes conditions pendant le processusd’acquisition grâce à la possibilitéde confirmer les besoins en matièred’EPI, d’évaluer les différentssoumissionnaires d’EPI et d’entre-prendre l’essai d’acceptation finalede l’EPI. De même, les fournisseursindustriels d’EPI pourront utiliserl’enceinte à l’appui de leurs pro-grammes de R-D internes, afind’obtenir l’homologation du produit.

L’enceinte CBplus fait partieintégrante des efforts de collabora-tion dans le cadre de deux projetsde l’IRTC en cours, soit le projet00161TA, « Casque de protectioncontre le souffle et les agentsCBRN » [Med-Eng Systems Inc.,Ottawa (Ontario)], et le projet0029RD, « Protection des premiersintervenants contre les menaceschimiques ou biologiques » [CMR, Kingston (Ontario)].

ProgrèsrécentsLes progrès accomplis depuis ledernier symposium de l’IRTC, enjuin 2003, ont été considérables et comprennent la réalisation d’unnombre de tâches clés et le fran-chissement de jalons, avec succès,y compris :

� attribution du contrat de conception et de constructionde l’enceinte;

� formulation des exigences en matière de mannequin, terminée;

� spécifications de l’enceinte,approuvées par RDDC;

� évaluation environnementale,terminée et approuvée parl’officier d’environnement deRDDC Suffield;

� attribution du contrat de con-struction du mannequin;

� conception de l’enceinte, terminée et approuvée par RDDC;

� construction du sous-système,entamée;

� construction de l’immeuble,en cours.

Parmi les réalisations techniquesrécentes, on peut noter :

� Une analyse computationnellede la dynamique des fluidesdans les trois dimensions dudéplacement de l’air dans lasection d’essai, qui a permis de montrer qu’il est possibled’obtenir un profil uniformepour le déplacement turbulentde l’air à l’intérieur destolérances serrées, au moyend’un réseau de conduites quiest loin d’être idéal.

� Des essais sur des matériauxn’ayant pas fait l’objet d’essaispréalables, et qui ont permisde révéler que plusieurs sontrésistants et n’absorbent pasles produits chimiques simu-lant les armes chimiques. Onpourra utiliser ces matériauxpour obtenir des concentra-tions de fond très basses desproduits de simulation, toutparticulièrement pendant l’installation et le retrait des dosimètres des produitschimiques simulants portéssous l’EPI.

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Le projet suit son cours et,jusqu’à maintenant, seules desmodifications mineures sontprévues au calendrier. Dans lecadre de ce projet, il faut, entreautres, fournir l’équipement, ladocumentation et les servicessuivants :

� enceinte CBplus complète-ment opérationnelle, en service;

� guide de l’utilisateur de l’enceinte;

� plans de recolement;

� rapport final sur le travailaccompli dans le cadre ducontrat;

� soutien technique à l’égarddes deux projets concertésde l’IRTC.

L’enceinte CBplus sera unéquipement de pointe du Canadapour la recherche, l’essai, l’éva-luation et l’homologation d’EPIcontre les agents chimiques etbiologiques à l’intention des premiers intervenants et des militaires. Enfin, cette enceintepermettra d’assurer unemeilleure protection aux premiersintervenants et aux militaires contre les agents chimiques etbiologiques, réduisant ainsi lenombre de victimes en cas d’inci-dent terroriste provoqué parl’utilisation d’armes chimiques et biologiques.



ProgrèsrécentsLes technologies opérationnelles duprojet IRTC-0105TA, Réseau mobilede surveillance en temps réel du rayon-nement, forment la base d’unearchitecture ouverte pour unréseau de capteurs de rayonnementgamma et neutronique, mobiles eten communication bidirectionnelleen temps réel avec un serveur cen-tral, via des réseaux sans fil locauxet étendus, et via un réseauEthernet. Le réseau accommodeégalement les capteurs statiques« points vitaux », les capteurs aux points d’étranglement, et lescapteurs chimiques et biologiques.Chaque donnée des capteurs estaccompagnée des données sur laposition (GPS) et l’heure. Les cap-teurs et leur matériel électroniqueconnexe peuvent être transportéspar une personne ou être utilisés à bord de véhicules, ce qui permetdes opérations de surveillancesecrète et de protection des lieuxd’une manifestation publique. Latransmission fiable et cohérente desdonnées est assurée par le système.Les missions à bord de véhiculesn’interfèrent pas avec les patrouillesrégulières. L’architecture logicielleouverte est compatible avec unefoule de logiciels de base de don-nées, d’interrogation, de systèmed’information géographique, de cartographie et d’imagerie aérienneou satellitaire.

Le volume élevé de donnéesproduites par le réseau est trans-formé en informations compatiblesavec les procédures relatives au signalement et à la gestion des incidents des Centres de communi-cations et d’opérations de la GRC.Le logiciel innovateur de discerne-ment des menaces est compatibleavec l’analyse et la gestion des incidents, ainsi que la formation et la simulation en temps différé. Latechnologie novatrice de détectionde signaux caractérise l’environ-nement radiologique urbain et lesdéviations de la situation normale.

IRTC-0105TA Visualisation des menaces en temps réel, à l’aide d’unréseau de capteurs d’agents CBRN

RESPONSABLE DU PROJET :McFadden Technologies

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, GRC

AUTEUR :Dr Robert McFadden


Perspectivesd’avenirNous présentons et discutons l’ex-périence du réseau mobile decapteurs de rayonnement lors de lapatrouille de la GRC dans la régionde la capitale nationale et son élar-gissement aux capteurs statiques oude produits chimiques.

Objectifs

La détection précoce à faible con-centration d’agents utilisés lors

d’actions terroristes permettraitd’améliorer grandement la sécuritéde la communauté des premiersintervenants, en permettant decontrecarrer les attaques, d’enréduire les conséquences et degérer l’incident. Pour y arriver, ondevra posséder des technologiesmûres permettant de recueillir, entemps réel, de grandes quantités de données transmises par des capteurs d’agents CBRN et de lescommuniquer aux dirigeantsd’opérations et aux décideurs sousune forme qu’ils pourront utiliser.

Objectifs

Ce projet a pour objectif princi-pal de renforcer la capacité

des premiers intervenants ou dupersonnel militaire de déceler laprésence de composés chimiquesdangereux dans l’environnement,par la mise au point de capteursportatifs à action directe visant àassister les premiers intervenantsdurant leurs interventions, ainsique durant leur formation. Grâce à l’utilisation de techniques d’empreinte novatrices permettantd’imprégner des surfaces cibléesd’éléments de reconnaissance artificielle, on pourra produire desdispositifs robustes et abordablespouvant s’adapter à une variétéd’objectifs de détection et d’iden-tification. Divers groupementsfonctionnels, chimiquement et spa-tialement résolus, ont été impriméssur des substrats afin de permettrela reconnaissance de moléculescomplémentaires.

L’empreinte moléculaire estune technique nouvelle qui reposesur l’utilisation d’éléments dereconnaissance artificielle, lesquelsremplacent les éléments quelquepeu fragiles (comme les enzymes,les protéines ou les anticorps) quisont utilisés dans les capteurs clas-siques, dont la capacité de stockageet la stabilité opérationnelle laissentà désirer. L’empreinte moléculairestandard est un procédé au coursduquel des monomères fonction-nels s’autoassemblent autour d’unemolécule gabarit, puis forment surplace des liaisons croisées entreeux. La molécule gabarit est encap-sulée à l’intérieur d’une matrice

polymère tridimensionnelle stable;elle peut ensuite être extraite, cequi crée une cavité où se fixerontles molécules qui lui sont iden-tiques. Cette empreinte se compareà un cadenas qui n’est compatiblequ’avec la bonne clé ou encore aux systèmes biologiques commeles enzymes-substrats, antigènes-anticorps et hormones-récepteurs.

La reconnaissance entre unrécepteur moléculaire (hôte) et un substrat (invité), à l’intérieurd’une matrice contenant desmolécules de structure apparentée,fait appel aux principes de discrimi-nation et de liaison spécifique, et cephénomène ne peut se produireque si les sites de liaison de l’hôteet des molécules invitées se com-plètent par leur taille, leur forme et leur fonction chimique. Lorsquede tels groupements sont couplés à des capteurs utilisant des tech-niques photoniques ou analytiquesstandards, les espèces ciblées peuvent alors être détectées etidentifiées en temps réel. Cettetechnique peut en outre trouverdes applications dans divers autressecteurs, comme les secteurs phar-maceutique et biotechnologique,par le contrôle des propriétés chimiques en surface.

Un protocole de recherche aété élaboré en vue de la réalisationdu projet. L’Institut des sciencesdes microstructures (ISM) etl’Institut de technologie desprocédés chimiques et de l’envi-ronnement (ITPCE) du CNRCcollaborent actuellement à la miseau point des matériaux polymèresqui serviront de gabarits de recon-naissance. L’ISM-CNRC a été

IRTC 0120RD Mise au point d’une nouvelle méthode d’empreinte moléculaire pour capteurs

RESPONSABLE DU PROJET :Conseil national de recherches du Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Directeur, Défense nucléaire,biologique et chimiqueRecherche et développement pour la défense Canada

AUTEURS :Karim Faid, Raluca Voicu, AbdiFarah, Christophe Py et RalucaBarjovanu, Institut des sciences des microstructures – CNRC;

Farid Bensebaa, Kidus Tufa et Zhao Li, Institut de technologie des procédés chimiques et de l’environnement – CNRC;

Jolanta Lagowski et Dumitru Pavel, Memorial University ofNewfoundland;

Jean-François Legault, Ministère dela Défense nationale, Direction de laDéfense NBC;

Carmela Jackson Lepage, Ministèrede la Défense nationale, Rechercheet développement pour la défenseCanada – Suffield


chargé du volet axé sur les profilschimiques et la reconnaissancemoléculaire et les deux Institutsmettent à contribution leurs ins-tallations de fabrication et decaractérisation. Des études de simulation par ordinateur sontégalement menées à l’UniversitéMemorial, avec la participation duministère de la Défense nationaleet de l’ISM-CNRC.

Progrèsrécents Système de validation pour l’empreinte moléculaire 2D Le système modèle, qui a été choisipour la validation du procédé, a étémis au point et caractérisé. Desmonomères et polymères multi-fonctionnels ont été conçus,synthétisés, caractérisés et utilisésen vue de la formation des cavitésde reconnaissance synthétiques ensurface. La re-liaison sélective desmolécules cibles a été réalisée ettestée à l’aide des techniques stan-dards de caractérisation de surface,comme la spectroscopie de pho-toélectrons XPS, la spectrométrieinfrarouge par transformée deFourier avec angle d’incidence (GA-FTIR), la microscopie à forceatomique (AFM) et la microscopiepar fluorescence. Une demande debrevet est en préparation et un premier manuscrit a été présentépour publication.

Le principal atout de cette technique est l’intégration desous-systèmes de détection et de reconnaissance sur une puce. L’intégration sur une puced’éléments de reconnaissancechimique et/ou biologique ainsique d’un système d’analyse(comme système micro-photonique)permettra de concevoir des cap-teurs en temps réel solides,compacts et autonomes. La miseau point des différents matériauxet procédés se poursuivra afin de rendre possible la détection et la reconnaissance spécifiqueet sélective des molécules ciblesnon marquées. On entreprendraaussi la conception et la mise enoeuvre d’un système analytiquecapable de détecter la re-liaisonde molécules non marquées.Enfin, on mettra sur pied une bib-liothèque virtuelle d’interactionshôte-invité à laquelle partici-peront de vrais agents.

Ce projet aura pour principalrésultat de fournir des techno-logies habilitantes utiles à laprévention, à la surveillance et à l’alerte. De plus, la disponibi-lité de ce type de capteurs etd’appareils de détection en tempsréel aura un effet direct sur laconfiance du public en donnant la preuve que les menaces poten-tielles peuvent être gérées avecefficacité, mais aussi prévenuesgrâce au déploiement de tech-niques de détection de pointe. La phase de validation de ce projet se terminera en décembre 2005.



Objectifs

Depuis le début des années 90,les armées de plusieurs pays,

dont le Canada, utilisent un auto-injecteur contenant l’antidote HI-6pour le traitement immédiat d’uneexposition à un agent chimiqueneurotoxique. HI-6 a été choisiprincipalement parce qu’ilprésente une efficacité supérieurecontre un éventail plus large d’agents neurotoxiques. Voiciquelques-unes des lacunes dans le système actuel : absence d’unesource commerciale d’approvision-nement en HI-6 satisfaisant auxBPF, système d’auto-injecteursmultiples qui est encombrant,absence de HI-6 administrable par voie parentérale et donnéesincomplètes pour étayer unedemande d’homologation.

Le projet vise à mettre au pointun système d’antidote contre lesagents neurotoxiques comprenantun injecteur 3 en 1 et un flacon de HI-6 pour administration paren-térale. L’auto-injecteur contiendraun oxime (HI-6), un anticho-linergique (atropine) et unanticonvulsivant (avizafone). Desétudes précliniques appuieront lapréparation de demandes d’essaiscliniques présentées à SantéCanada. À l’échelle fédérale, despartenariats ont été établis avec leBPIEPC et l’ancien ministère duSolliciteur général, maintenantintégré dans le portefeuille Sécuritépublique et Protection civileCanada, et avec Santé Canada. De plus, le projet vise à établir unecollaboration avec des partenairesconnexes dans le domaine de la défense.

Voici les objectifs du projet :

� Mettre au point une voieoptimisée de synthèse dudiméthanésulfonate (DMS) de HI-6 pouvant être produità l’échelle industrielle;

� Produire une quantité de DMSde HI-6 satisfaisant aux BPF etaccompagnée d’une Fichemaîtresse de drogue;

� Déterminer ou mettre au pointune voie optimisée de synthèsede l’avizafone pouvant seprêter à une utilisation industrielle;

� Produire une quantité d’aviza-fone satisfaisant aux BPF etaccompagnée d’une Fichemaîtresse de drogue;

� Choisir ou mettre au point un auto-injecteur capable desatisfaire aux exigences d’unauto-injecteur 3 en 1 confor-mément aux spécificationsconvenues;

� Effectuer des activités de for-mulation pour appuyer chaqueproduit pharmaceutique;

� Effectuer les études précliniquesnécessaires;

� Préparer une demande d’es-sais cliniques dans le formatCommon Technical Document.

Les étapes et échéances suivantessont prévues :

� Substance pharmaceutique HI-6 – nouvelle voie de syn-thèse : troisième trim. 2004

� Production à petite échelle deHI-6 : premier trim. 2005

IRTC-0131TA Antidote HI-6 contre les agents neurotoxiques

RESPONSABLE DU PROJET :R&D pour la défense Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Ministère de la Défense nationale

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :UGM Engineering Ltd.

AUTEUR :Maj. Don Van Loon


La mise au point d’une nouvellevoie de synthèse du DMS de HI-6se poursuit. Un processus opti-misé sera retenu d’ici le milieu de 2004, puis une petite quantitésera produite pour démontrer la viabilité du projet à l’échelleindustrielle. La conversion de 2Clde HI-6 en DMS sera augmentéepour atteindre le niveau de 1 kg.

Les efforts se poursuivront en vue d’identifier des partenairesadditionnels. Si ces efforts seconcrétisent et si la demande le justifie, le HI-6 sera produit à l’échelle industrielle.

Au nombre des produits quidevraient être livrés figurent desbrevets provisoires pour les nou-velles voies de synthèse du DMSde HI-6 et la conversion du 2Clde HI-6. On s’attend à ce qu’unkilogramme de DMS de HI-6 soitconverti en une nouvelle sourcede 2Cl de HI-6 dérivé du BCME.En outre, l’autre voie de synthèsefinale du HI-6 donnera trois lotsconsécutifs de DMS de HI-6 dansle cadre du processus de produc-tion de petites quantités.

À plus long terme, la formula-tion du produit pour le flacon etl’auto-injecteur 3 en 1 débutera,et les études précliniques serontamorcées. Tous les produits etles ensembles de données serontmis au point de façon à faciliterla présentation d’une demandefinale d’homologation.

� Substance pharmaceutiqueAvizafone : troisième trim.2005

� Produit à administration parentérale HI-6 : quatrièmetrim. 2005

� Produit 3 en 1 : quatrièmetrim. 2006

� Essais non cliniques terminés :quatrième trim. 2007

� Demande d’essais cliniques :deuxième trim. 2008

ProgrèsrécentsDocumentation de base sur le projet Un document de base sur le projet a été rédigé. On y définit et justifietoutes les tâches et les produits àlivrer pour le projet et inclut ungraphique de Gantt comprenant lesdates de début et de fin prévues.Une estimation des coûts a étéétablie pour chaque tâche, appuyéepar les soumissions des fournisseurs.

Substances pharmaceutiques

� Progrès concernant le HI-6

• L’équipe de projet adécouvert une méthodepour transformer à petiteéchelle le HI-6 auparavantdisponible sous forme dedichlorure (2Cl) en sel deDMS requis. Les travauxsont en cours pour con-firmer que ce processus est viable et permettra deconvertir de grandes quan-tités de 2Cl de HI-6, si onen a besoin.

• Parallèlement aux recher-ches sur le processus deconversion, on identifieraune nouvelle voie de syn-thèse pour produire le 2Cl de HI-6. Les donnéespréliminaires sont promet-teuses.

• Comme la substance phar-maceutique désirée est le sel DMS de HI-6, lesrecherches sont égalementen cours pour mettre aupoint une nouvelle voiedirecte de synthèse duDMS. On devrait obtenirdes résultats au cours destrois à six prochains mois.

� Progrès relatifs à l’avizafone

• À cause de l’absence d’information sur la production d’avizafone,l’équipe de projet aamorcé des études pour lavalidation de principe dela production de cette sub-stance médicamenteuse.

• L’étape de la validation deprincipe est terminée, unepetite quantité d’avizafoneayant été produite. D’autrestravaux de clarificationdoivent être effectués pourdocumenter une méthodecomplète de production etseront effectués au cours dessix à neuf prochains mois.

Auto-injecteur

� Des étudiants en conceptiontechnique ont été invités àeffectuer des recherches sur de nouveaux plans d’auto-injecteur. Les renseignementsobtenus seront utilisés pourdéterminer les exigences et les spécifications du nouvelauto-injecteur.



Objectifs

Le but du projet consiste à élaborer des techniques

innovatrices faisant appel à la spectrométrie de masse à plasmainduit par haute fréquence (SM-PIHF) pour le dosage rapide deradionucléides qui constitueraientune grave menace pour la santé à la suite d’un attentat terroriste radiologique ou nucléaire.

ProgrèsrécentsPréparation rapide des échantillonsLa préparation est une importanteétape de l’analyse totale d’unéchantillon. Nous avons examiné la combustion comme méthoderapide de décomposition de dif-férents types d’échantillons. Nousavons comparé et optimisé lerégime de température, l’atmo-sphère gazeuse et les dispositifs de combustion. Nous avons aussiexaminé dans quelle mesure lamatrice et la taille de l’échantilloninfluaient sur la vitesse et le tauxde décomposition. La digestion étaitla plus efficace dans le cas d’échan-tillons de matière végétale (c.-à-d.feuilles et herbe) décomposés dansun four à moufle alimenté avec del’air comprimé. Une températurede combustion de 400-550˚ C per-met d’éliminer plus de 92 % de la matrice de l’échantillon. Dans lecas d’un échantillon de 1-2 g, ladurée totale de combustion est de

10-15 min; de plus, on peut traiterde 10 à 20 échantillons en mêmetemps dans un four à moufle.

Appareillage Il faut optimiser les conditionsd’analyse pour réduire le plus possible la limite de détection etobtenir la plus grande précisionpossible. Nous avons comparé dif-férents spectromètres SM-PIHF(ELAN-5000, ELAN-DRCII et ELEMENT) et différents systèmesd’introduction des échantillons(nébuliseur classique, unité dedésolvatation ARIDUS et systèmeAPEX très sensible) lors du dosagede radioisotopes par SM-PIHF. Nousavons évalué diverses combinaisonsspectromètre SM-PIHF – systèmed’introduction en utilisant dif-férentes matrices (c.-à-d. matricenon contaminée, présence de concentrations élevées d’uraniumet six types d’échantillonsbiologiques). Dans le cas de lamatrice non contaminée, on obte-nait la limite de détection la plusfaible en utilisant le système APEXet un spectromètre ELEMENT-2.Dans le cas du dosage des actinidesdans des échantillons présentantdes concentrations élevées d’ura-nium et du dosage du césiumradioactif en présence de Ba, c’estl’ELAN-DRCII qui était le meilleurspectromètre. L’analyse directe desix différents types d’échantillonsbiologiques a révélé qu’il fallaitséparer les radioisotopes de lamatrice. Le type de système d’intro-duction qu’il convient d’utiliserpour le dosage des actinides dépendde la concentration d’uranium queprésente l’échantillon.

IRTC 0133RD Nouvelles techniques d’évaluation rapide de la contamination radioactive

RESPONSABLE DU PROJET :Trent University

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, Conseil national derecherches du Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :MDS Sciex

AUTEURS :Dr Vladimir Epov, Trent University, tél : (705) 748-1011, poste 7020, courriel : [email protected];

Prof. Douglas Evans, Trent University, tél : (705) 748-1010, poste 7364, courriel : [email protected];

Dr Jack Cornett, Santé Canada;

Dr Patricia Grinberg, CNRC;

Dr Chunsheng Li, Santé Canada;

Dr Ralph Sturgeon, CNRC;

Dr Scott Tanner, MDS Sciex;

Dr Vladimir Vais, Santé Canada;

Dr Scott Willie, CNRC.


Voici les prochaines étapes duprojet : (1) optimisation du nou-veau dispositif de digestionrapide des échantillons; (2) miseau point de techniques dedosage applicables à d’autresactinides (c.—à-d. Am, Np, U, Th);(3) application de la vaporisa-tion électrothermique (VET)comme méthode d’introductiondes échantillons lors du dosagedu Cs et du U radioactifs parspectrométrie SM-PIHF; et (4)séparation des radioisotopestrès volatils (c.-à-d. I-129) parpyrolyse à haute température,avant l’introduction des échantil-lons dans le spectromètreSM-PIHF.

Cellule de réaction dynamique (CRD)Sauf quelques exceptions, on nepeut, en spectrométrie SM-PIHFclassique, résoudre spectralementles interférences atomiques iso-bares, même en utilisant unanalyseur haute résolution à dou-ble focalisation. Toutefois, on peut,grâce à une cellule de réactionquadrupolaire dont le réglage de la bande-passante dynamique permet d’éliminer les autresmolécules interférentes, favorisertrès efficacement dans le spec-tromètre de masse des réactionsion-molécule permettant de con-vertir spécifiquement l’un des ions isobares en un ion produit de masse différente (donc noninterférente). Nous avons observé,en utilisant des isotopes stables,que la quantité de Ba+ peut êtreréduite de cinq ordres de grandeurpar oxydation avec le N2O, tandisque le Cs+ ne réagit pas. Il devraitalors être possible de détecter le135Cs+ et le 137Cs+ en présence deBa. On peut obtenir la résolutionchimique des m/z 238 du U et du Pu, en utilisant de l’éthylènecomme gaz de réaction, ce qui,malheureusement, n’amélioreguère la résolution des isobares m/z 239. Toutefois, le rendementélevé de la réaction du U+ et du UH+ avec le CO2 et la non-réactivité du Pu+ permettent dedoser des quantités d’isotopes du Pu inférieures à 1 ppt (1 partie par1012), en présence de concentra-tions d’U de sept ordres de grandeurplus élevées. Cette méthode perme-ttrait donc de doser les actinidesplus rapidement dans un plus grandnombre d’échantillons, sans exigerune séparation aussi poussée de la matrice.

Chromatographie ionique (CI)La chromatographie ionique est unefaçon très utile d’éviter les effets dematrice et certaines interférencesspectrales; elle permet aussi de pré-concentrer l’analyte. Nous avonsutilisé le molybdophosphate

d’ammonium pour préconcentreret séparer sélectivement le Cs. Nousavons optimisé l’acidité des échan-tillons et le débit d’introduction deceux-ci dans le spectromètre. Unesolution d’ammonium à 0,5 % constituait le meilleur choix pourextraire le Cs de la colonne. Nousavons utilisé un échangeur catio-nique, le AG50W X 8, pour séparerle Cs du Mo qui était présent enconcentrations élevées, car le ArMointerfère avec les trois isotopesradioactifs du Cs lors de l’analysepar SM-PIHF. Nous avons examinédifférentes résines pour chro-matographie ionique pourdéterminer dans quelle mesure ellespermettaient de séparer les actinidesde la matrice des échantillons et deles préconcentrer. La résine TRUvendue par la Eichrom Companypermettait de séparer très efficace-ment les actinides des matricesbiologiques. Nous travaillonsactuellement à la mise au pointd’un procédé de séparation en ligne.

Vaporisation électrothermique(VET)En complément à la nébulisation,nous avons utilisé la vaporisationélectrothermique comme méhoded’introduction des échantillonsdans le spectromètre. Grâce à ceprocédé, qui exploite les différentesvitesses de volatilisation du Cs et duMo, on peut doser directementl’analyte sans avoir à éliminer leMo au préalable. Nous avons déterminé l’effet des conditionsd’analyse et des caractéristiques de vaporisation du Cs, en présencede concentrations élevées de Mo. Ilest recommandé de procéder à uneoxydation à l’air pendant 30 s aprèsl’étape de pyrolyse, pour éliminerla plus grande partie du Mo présentdans l’échantillon. Dans ces condi-tions, une concentration de2500 ppm de Mo ne contribuaitque l’équivalent de 26 ppt à m/z137. Par contre, sans oxydation àl’air, on observait le même effetavec une concentration de500 ppm de Mo.



Dosage du Pu dans les échantillons biologiques Nous avons dopé différents échan-tillons biologiques avec du Pu. Nousavons ensuite procédé à la digestionrapide de ces échantillons, à laséparation, par chromatographieionique, du Pu contenu dans lamatrice résiduelle, puis au dosagedu Pu à l’aide d’un spectromètreSM-PIHF ELAN-DRCII muni d’unsystème d’introduction APEX.

Objectifs

L’identification rapide et adéquatedes pathogènes bactériens est

essentielle pour minimiser l’impactdu bioterrorisme. Toutefois, lesméthodes d’identification tradition-nelles reposant sur la culture sontlaborieuses et s’adaptent mal sur le terrain. Il faut donc créer des tests permettant un diagnosticrapide pour augmenter et améliorerles stratégies d’interventionbiodéfensives au sein des secteursopérationnels en vue d’applicationsen laboratoire et sur le terrain. Afinde répondre à ce besoin, le Centrede recherche en infectiologie (CRI)de l’Université Laval, R&D pour ladéfense Canada – Suffield (RDDCSuffield), Santé Canada –Laboratoire national de micro-biologie (SC-LNM) et InfectioDiagnostic (IDI.) Inc. contribuerontà la conception, au développementet à la mise à l’essai d’épreuvesbiologiques rapides (<1h) de réac-tion en chaîne de la polymérase(PCR), reposant sur la fluorescence,en vue de la détection et de l’identi-fication spécifique, ubiquiste etsensible des bactéries Yersinia pestiset Francisella tularensis. Les épreuvesbiologiques seront développées pour la plate-forme Smart CyclerTM

et seront concentrées sur desséquences uniques dans les gèneschromosomiques conservés et dansles gènes de virulence associés auxpathogènes. On créera des réactifsliquides et secs et une procédure detraitement des échantillons rapideaux fins d’analyse. Les épreuvesbiologiques seront uniques et innovatrices sur le plan de la

conception, et elles seront exé-cutées directement à partird’échantillons cliniques et environnementaux.

ProgrèsrécentsPlusieurs gènes chomosomiquesconservés évolutionnaires et gènesde virulence ont été sélectionnéscomme cibles pour la conceptiond’épreuves biologiques PCR mul-tiplex. Des souches pertinentesutiles pour les essais d’ubiquité etde spécificité ont été identifiées etfournies par des partenaires et dessources externes selon la diversitégéographique et phylogénétique.L’ADN génomique requis pourgénérer l’information séquentielleen vue des tests et de la concep-tion initiale a été préparé à partirde souches microbiennes sélec-tionnées à l’aide de méthodes quifournissaient des préparationsstériles et qui répondaient aux exigences en vue d’une utilisationsubséquente (analyse séquentielle,typage moléculaire, PCR). On aproduit l’information séquentiellepour plusieurs gènes chromo-somiques conservés cibles (tuf,atpd, recA, fus, hsp60) à partir deplusieurs souches de chaquepathogène, et aussi à partir d’espèces étroitement reliées. On a aussi produit l’informationséquentielle pour les gènes de virulence associés aux bactéries Y. pestis (pla, ymt, caf1) et F. tularen-sis (fopA, tul4). Cette information et l’information séquentielle exis-tante dans la base de données

IRTC 0154RD Test de diagnostic rapide (<1 h) à base d’ADN de deux agents biologiques

RESPONSABLE DU PROJET :Recherche et développement pour la défense Canada

PARTENAIRE FÉDÉRAL :Santé Canada

AUTEURS :Éric Leblanc, Centre de recherche en infectiologie, Ste-Foy, QCtél : (418) 654-2705, courriel :[email protected]

Doug Bader, R&D pour la défenseCanada – Suffield, Medicine Hat, ABtél : (403) 544-4650, courriel : [email protected]

Louis Bryden, Santé Canada –Laboratoire national de microbiologie, Winnipeg, MB tél : (204) 789-2000, courriel : [email protected]

Michael Mulvey, Santé Canada –Laboratoire national de microbiologie, Winnipeg, MB,tél : (204) 789-2133, courriel : [email protected]

Jean-Pierre Gayral, InfectioDiagnostic (IDI) Inc., Ste-Foy, QCtél : (418) 681-4343, courriel : [email protected]

Michel G. Bergeron, Centre derecherche en infectiologie, Ste- Foy, QCtél : (418) 654-2705, courriel :[email protected]


séquentielle du CRI ont été utili-sées pour concevoir les amorceset sondes PCR en vue de la con-ception d’épreuves biologiques.

Dans le cas de la bactérie Y. pestis, l’analyse séquentielle del’ADN plasmidique de plusieurssouches de Y. pestis a révélé desgènes cibles conservés dans lesplasmides pPCP1 et pMT-1.L’analyse séquentielle des frag-ments d’ADN chromosomique de plusieurs souches pertinentesde Yersinia, y compris la bactérie Y. pseudotuberculosis étroitementreliée, a permis l’identificationd’un polymorphisme chromo-somique unique Y. pestis. À la suitede ces travaux, on a développé untest PCR multiplex spécifique, sen-sible et rapide qui tient compte desséquences cibles plasmidiques etchromosomiques de la bactérie Y. pestis. Dans le cas de la bactérieF. tularensis, un test multiplexvisant les gènes cibles conservés(tuf) et de virulence (fopA) de labactérie F. tularensis a été créé etmis à l’essai. Des essais multiplexont d’abord été conçus à l’aide deprotocoles PCR standard jumelés à des électrophorèses sur gel d’agarose, et chaque ampliconpouvait être distingué par sadimension. Les essais de détectionsur gel d’agarose ont ensuite étéadaptés à la détection d’ampliconspar fluorescence à l’aide du colo-rant SYBR Green I, et chaqueamplicon pouvait être distinguépar l’analyse des courbes de fusionproduites par l’instrument SmartCyclerTM. Un contrôle interne a étéinclus dans les essais pour vérifierl’efficacité de chaque réaction PCR.

Au cours de la prochaine année,des essais pour les deux orga-nismes seront évalués à l’aided’échantillons cliniques et envi-ronnementaux additionnés decertaines substances. Des essaisseront aussi conçus pour être uti-lisés avec des sondes fluorescentes(à savoir la chimie Taqman).Pendant ce temps, des méthodesde préparation rapide d’échantil-lons feront l’objet de recherches etune évaluation des spécifications/qualifications des composantesessentielles des essais sera entreprise par notre partenaireindustriel en vue de préparer ledéveloppement et la production de réactifs secs et de protocolesd’essai pour les essais avec agentstoxiques réels. On entreprendra les préparatifs pour effectuer desessais avec agents toxiques réelsdans les laboratoires fédéraux(phase finale de ce projet). Les

résultats finaux du projet compren-dront des essais diagnostiquesrapides (<1h) reposant sur l’ADNpour les bactéries Yersinia pestiset Francisella tularensis selon lesnormes industrielles; la détectionet l’identification des bactériesYersinia pestis et Francisellatularensis à deux laboratoiresfédéraux dans divers typesd’échantillons cliniques et envi-ronnementaux à l’aide de cesépreuves biologiques; les donnéesséquentielles spécifiques auxespèces et aux souches pour larecherche moléculaire future de ces organismes.



Objectifs

Lorsque les premiers interve-nants comme les techniciens

en NEM se retrouvent dans une situation où il y a un risque CB, ils ne savent jamais avec certitudequel équipement utiliser. Dans lecas d’un agent potentiellement pro-jeté par explosion, un équipementde protection CB complet, y com-pris un ARA ou un masque facial et une combinaison, est nécessaire.Cependant, puisque de nombreuxagents CB sont volatiles, la chargeexplosive est habituellement faibleet le niveau requis de protectioncontre le souffle n’est normalementpas aussi élevé que pour les dispo-sitifs explosifs conventionnels.Toutefois, si l’on présume que ledispositif contient une forte chargeexplosive, l’équipement de pro-tection contre les agents CB estinutile; il faut avoir recours à unemeilleure protection contre le souf-fle. Par le passé, les unités de NEMdevaient posséder et entretenir toutl’équipement pour les deux typesde menace, et si la nature de lamenace s’avérait différente de cequi avait été déterminé à l’origine,le technicien devait changer sonensemble de protection au completsur le terrain, ce qui lui faisait per-dre un temps précieux et rendaitnécessaires deux équipements deprotection différents. En outre,l’équipement NEM existant contreles agents CB n’offre pas un niveaude protection adéquat contre lesfragments et la force de souffle. Il a été reconnu que cela constituaitun sérieux problème et c’est maintenant ce sur quoi nous nous penchons.

Le nouveau casque de protec-tion contre le souffle et les agentsCB est un système modulairecomposé d’une calotte de base et de deux visières différentes et facilement interchangeables :l’une qui peut être utilisée avecun masque facial CB et l’autreavec une protection contre lesouffle améliorée. Le casque estlivré avec des doublures amovi-bles de plusieurs tailles, ce quipermet à divers utilisateurs(ayant différents tours de tête)d’utiliser la même calotte decasque, même lorsqu’ils portentun passe-montagne de protectioncontre les agents CB.

La section du Génie militaireprocède actuellement à la dernièreétape du développement du casquesous la direction de l’IRTC, un projet de 1,8 M$. Dans le cadre dece programme, la section du Géniemilitaire travaille en étroite collabo-ration avec les utilisateurs finaux,qui ont une vaste expérience desapplications de protection contre lesouffle et les agents CB de la GRC,et avec des chercheurs du CMR et de RDDC Suffield pour évaluer la performance des prototypes decasque en fonction de divers typesd’agents CB et de menaces explo-sives. La rétroaction obtenue à lasuite des essais auprès des utilisa-teurs a permis d’apporter plusieursaméliorations à la fonctionnalitéCB. Un essai approfondi d’intégritéaprès le souffle et un essai de dissémination explosive d’un agentchimique fictif ont été effectués àRDDC Suffield. De plus, un essaiMIST (simulation avec sujetshumains), qui consiste à exposerdes premiers intervenants

IRTC 0161TA Casque de protection contre le souffle et les agents CB

RESPONSABLE DU PROJET :Sous-direction de l’enlèvement et dela technologie des explosifs – GRC

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :RDDC Suffield, CMR, RDDC

AUTEURS :C. Kesslercourriel : [email protected],J.-P. Dionne et A. Makris, Med-Eng Systems Inc., tél : (613) 739-9646;

John Bureaux, Sous-direction de l’enlèvement et de la technologie des explosifs – GRC.


volontaires de la GRC à de fauxagents CB, a été mené au CMR etdes essais semblables seront effec-tués sous peu à RDDCSuffield avecdes pseudo-agents biologiques.

ProgrèsrécentsComme la conception initiale était achevée et que les prototypesétaient disponibles, de nombreuxessais de mise au point du casquede protection contre le souffle etles agents CB ont été faits en2003-2004.

Le principal objectif du pro-gramme consistait probablement àobtenir une meilleure protectioncontre les fragments que cellequ’offrait le système précédent. Desessais de résistance aux fragments,pour la calotte du casque et lesdeux visières, ont été effectués toutau long du processus de conceptionen réponse aux commentaires des utilisateurs et aux problèmestechniques. La protection contre les fragments est déterminée enconformité avec la norme MIL-STD-662F, qui exige une cote derésistance balistique V50 pourchaque composant. La cote de résistance balistique V50 précise lavitesse à laquelle 50 % des frag-ments sont arrêtés par le matériau.Un fragment en forme de burind’un poids de 17 grains a été utilisépour ces essais. Obtenir une cote derésistance balistique V50 sans quele casque devienne trop lourd aconstitué tout un défi. Les spécifica-tions actuelles sont les suivantes :

calotte, 610 m/s; zone de vision dela visière de NEM, 780 m/s; zonede non-vision, 700 m/s; visière contre les agents CB, 700 m/s.L’ancienne visière contre les agentsCB (SRS-5) ne possédait une cotede résistance balistique V50 que de 250 m/s pour la visière et de425 m/s pour la calotte.

Des essais de résistance au souffle à échelle réelle, à l’aide demannequins appareillés vêtus del’équipement NEM complet etsoumis à des charges représenta-tives, ont été menés en octobre2003 à RDDC Suffield. Grâce à untransducteur de pression à l’oreilleet à des accéléromètres triaxiaux aucentre de la tête des mannequins, cesessais ont démontré la diminution dela surpression et de l’accélération dela tête, qui peuvent respectivementcauser des blessures au tympan etdes commotions. L’exécution d’es-sais avec et sans protection permetde quantifier la diminution de lasurpression dans l’oreille et de l’ac-célération de la tête attribuable aucasque. Par exemple, dans le cas del’explosion de 0,567 kg de C4 à unedistance de 0,6 m, la diminutionmoyenne de la surpression dansl’oreille est de 98 % et la diminu-tion moyenne de l’accélération de la tête est de 91 %.

Aussi, en octobre 2003 à RDDCSuffield, des essais de disséminationexplosive ont été menés : un mannequin a été soumis à unpseudo-agent chimique projeté parexplosion (salicylate de méthyle).Le mannequin, muni de dosimètrespassifs adsorbants et d’indicateursen papier coloré placés à desendroits stratégiques sur toute la

surface de la peau, portait un sous-vêtement de protection contre lesagents chimiques, une combinaisonNEM et un casque de protectioncontre le souffle et les agents CBavec une visière CB par-dessusdivers ARA et systèmes de masqueà gaz. Étant donné que les essaisrestreints dans ce genre ont étémenés par le passé à l’intérieurd’une chambre munie de sallesblanches pour le déshabillage etque les installations disponiblesrendent obligatoires les essaisextérieurs, un nouveau protocoled’essai a été élaboré pour les essaisextérieurs à Suffield. Les indica-teurs sur la surface de la peaun’ont montré aucune quantitédétectable de contamination parliquide ou vapeur.

En novembre 2003, un essaiMIST de résistance aux vapeurschimiques a été mené au CMR àKingston. Lors de cet essai, desdosimètres passifs adsorbants ontété posés à la surface de la peau de sujets humains (volontaires de la GRC), qui étaient vêtus desous-vêtements rafraîchissants, de vêtements de protection contreles agents chimiques, d’une combi-naison NEM, d’un ARA et d’uncasque de protection contre lesouffle et les agents CB munid’une visière CB. Les sujets ont dû pratiquer plusieurs activitésphysiques à l’intérieur de la cham-bre remplie de pseudo-vapeurschimiques. Ces activités (sepencher, lever une charge, monter,marcher) avaient pour but d’ex-ercer un étirement et un stress sur les sceaux de tout le systèmed’équipement de protection per-sonnelle afin de faire ressortir


particulièrement toute inter-férence entre la visière et lemasque facial de l’ARA ou toutmouvement pouvant causer lapénétration d’un agent.

L’importante rétroaction desutilisateurs à la suite de ces essaisMIST, tout comme à la suite desautres essais auprès d’utilisateurset essais d’ajustement qui ont eulieu tout au long du processus de conception, a servi à rendre le casque de protection contre lesouffle et les agents CB plus con-fortable et plus facile d’utilisation,en plus d’offrir une meilleuresécurité grâce à un meilleurajustement.

Finalement, des essais d’impactpar chute, exécutés en conformitéavec les normes relatives auxcasques anti-émeute, ont eu lieuen décembre 2003 et en janvier2004 et avaient pour objectif dedéterminer la meilleure conceptionet le meilleur choix de matériaupour le revêtement résistant aux chocs.

51

Il reste encore beaucoup d’essais à effectuer. Maintenant que la con-ception du prototype est définitive,bon nombre des essais menés aucours du développement doivent être répétés afin de déterminer lesspécifications finales du casque. Uneautre série d’essais de résistance ausouffle est prévue pour mai 2004 àRDDC Suffield étant donné qu’il estpossible que les modificationsapportées à la conception depuis les derniers essais aient amélioré la résistance au souffle. Un essaiMIST-vapeurs chimiques, effectué àl’aide d’un pseudo-agent biologique– plutôt que chimique – devraitthéoriquement avoir lieu en septem-bre 2004. En outre, un large éventaild’essais sont envisagés dans le butd’assurer la fiabilité du casque deprotection contre le souffle et lesagents, y compris le choc thermique,la vibration, les essais cycliques, lavérification électronique et électro-magnétique, l’essai d’entreposage et de transport et l’essai environ-nemental. Le casque de protectioncontre le souffle et les agents CBaura été soumis à plus d’essais quetous les autres casques de protectioncontre le souffle.



Objectifs

Le Canada est pour l’heureépargné par les principaux

pathogènes animaux transmissiblescomme celui de la fièvre aphteuseet de la fièvre porcine. Cela lui avalu d’être reconnu à l’échelleinternationale pour la qualité sani-taire de son bétail et lui a permis de mettre sur pied une productionefficace en la matière et d’exporterchaque année pour plusieurs mil-liards de dollars de bétail sur pied et de produits animaux.Paradoxalement, cet excellent bilande santé et l’absence d’immuniténaturelle ou acquise qui en découlerendent le bétail canadien parti-culièrement vulnérable auxinfections provenant de pathogènesanimaux exotiques. Sans compterque les vétérinaires chargés desinterventions d’urgence ont étéprivés de l’expérience directe de la prise en charge de ce type d’éclosions au Canada.

Une éclosion de maladie vétéri-naire exotique causée par un agentagro-terroriste aurait des con-séquences économiques immédiateset très graves pour le Canada.L’étendue des ces conséquences aété mise en évidence récemmentlors de l’introduction « naturelle »au Canada de l’encéphalopathiespongiforme bovine (ESB) en 2003et de la grippe aviaire hautementpathogène en 2004. De telles éclosions pourraient entraîner l’interruption immédiate des expor-tations canadiennes d’animaux etde produits animaux. Les con-séquences économiques et socialespourraient se comparer à celles de

la crise de la fièvre aphteuse qu’aconnue la Grande-Bretagne en2001 et qui avait occasionné despertes économiques dépassant les30 milliards de dollars canadiens. Si des agro-terroristes venaient àintroduire une zoonose (c.-à-d. unemaladie animale capable d’infecterles humains) comme la grippe aviaire ou l’infection par le virusNipah, la santé humaine pourraitégalement être menacée.

Il y a bien des chances que l’agro-terrorisme sous forme demaladie vétérinaire ne se présentepas de la même façon qu’une maladie naturelle. Il pourrait seproduire une éclosion simultanéemulti-focale d’une maladie émer-gente ou exotique. La maladiepourrait se manifester par différentssignes cliniques en raison d’unetransmission par aérosols plutôtqu’une transmission normale d’animal à animal.

La détection précoce, l’aver-tissement du secteur agricole et uneintervention rapide sont essentielssi l’on veut contenir et éliminer la maladie et atténuer les réper-cussions négatives sur la santé,l’économie et la confiance de lapopulation. Il faudra pour ce faireêtre bien préparé à détecter tôt etavec précision les signes de maladiechez les animaux, différencier rapi-dement les maladies qui présententdes signes similaires et gérer à pluslong terme les conséquences pardes mesures de confinement etd’éradication. Ces efforts nécessi-tent le déploiement de premiersintervenants vétérinaires sur le terrain qui soient bien formés,équipés de tests de détection et

IRTC-0196RD

Mise au point de tests de détection rapide utilisables surle terrain et de programmes de formation vétérinaire pourles premiers intervenants afin de faire face aux menacesd’agro-terrorisme employant des pathogènes animaux

RESPONSABLE DU PROJET :Agence canadienne d’inspection des aliments

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Conseil national de recherches,Laboratoire national de microbiologie de Santé Canada

AUTEURS :Shane Renwick DVM MSc, directeur,Services de laboratoires en santéanimale, Direction des laboratoires,Agence canadienne d’inspection desaliments (ACIA)


de diagnostic rapides et robustes, etcapables de communiquer avec desexperts scientifiques en temps réel.

ProgrèsrécentsLes maladies animales peuvent êtrediagnostiquées rapidement à l’aidede nouvelles techniques de détec-tion des antigènes (protéines) ou de séquences de génome (ADN)propres à un pathogène donné ou,lorsque le processus morbide estenclenché, à l’aide des anticorpsprésents dans le sang (sérum) d’unanimal en voie de rétablissement.Par exemple, la technique ELISA(dosage immunoenzymatique) peut permettre de produire destests pouvant être lus par simpleréaction colorée et être utiliséscomme tests rapides sur bandeletteou tests près des enclos pour lesantigènes ou les anticorps. La technique de l’amplification par la polymérase (PCR) permet dedétecter des séquences d’ADN propres à certains pathogènes etpeut être employée dans des unitésmobiles sur le terrain. Des puces à ADN ou à protéines peuvent être mises au point pour détecter et différencier de nombreuxantigènes, anticorps ou de l’ADN.

Ce projet est axé sur la miseau point de nouveaux tests diag-nostiques rapides et très sensiblesfondés sur des techniques clés lesplus prometteuses comme tests de terrain pour les premiers intervenants vétérinaires. Cestests seront mobiles et robustes

et pourront être utilisés sur le terrain. Ils fourniront rapidementdes résultats précis et très fiables,faciliteront le diagnostic différen-tiel, permettront l’automatisationpour la manipulation d’un grandnombre d’échantillons ainsi quela collecte et la transmission élec-tronique des données. Ces tests

serviront au diagnostic rapide dela fièvre aphteuse, de la fièvreporcine, de la grippe aviaire et des infections par le virus Nipah.

Au nombre des groupes de tech-niques en train d’être mises aupoint, citons l’amplification par lapolymérase en temps réel (RT-PCR)pour la fièvre porcine, la fièvre aph-teuse et la grippe aviaire; les pucesà ADN/protéines pour la détectionde la fièvre aphteuse, de la fièvreporcine et de la grippe aviaire etdes systèmes de détection rapidedes antigènes/anticorps.

Ce dernier groupe de tests comprendra des sous-projets qui viseront à :

1. Mettre au point des tests depolarisation par fluorescence(FPA), des tests ELISA sur ban-delettes ou une technique dedétection acoustique (AcousticRupture Event Scanning) pourles virus de la fièvre aphteuse,de la fièvre porcine et de lagrippe aviaire;

2. Différencier par ELISA multi-plex les animaux convalescentsde ceux qui ont été vaccinéscontre la fièvre aphteuse;

3. Concevoir des techniques d’immuno-empreinte avec del’or colloïdal pour un diagnos-tic rapide de la fièvre porcineet de la grippe aviaire;

4. Mettre au point des tests sur le terrain pour la détectiond’infections par le virus Nipah.

Chaque groupe sera dirigé par un laboratoire de l’Agence cana-dienne d’inspection des alimentséquipé d’installations de confine-ment de niveau 3 ou 4 et spécialisédans certains pathogènes animauxet techniques clés. Un groupe deformation et de communication aété créé pour étudier la transmis-sion des données obtenues sur le terrain au laboratoire et pourformer les premiers intervenants.



Objectifs

Ce projet vise la fabrication d’un prototype de détecteur de

rayonnement, à distance, utilisablesur le terrain. Les détecteurs tradi-tionnels, les radiamètres, reposentsur le principe de la « détectiondirecte » : le rayonnement doitpénétrer dans le détecteur pourêtre compté, ce qui implique que leporteur du radiamètre doit d’abordpénétrer dans un champ de rayon-nement pour le détecter. Ce projetvise la construction d’un appareilde « détection indirecte » qui per-mettra de déceler, à distance, unchamp de rayonnement. Avant d’ypénétrer, on pourra discerner etcaractériser les zones contaminées,ce qui permettra de distinguercelles où le rayonnement estintense ou faible et, ainsi, faciliter la planification des missions. Ceprojet s’aligne donc sur la prioritéd’investissement de l’IRTC« Intervention immédiate et expertise de gestion des conséquences à court terme ».

ProgrèsrécentsIl est très difficile de détecter lerayonnement à distance. En effet,on dispose de peu de moyens parlesquels on peut « détecter indi-rectement » le rayonnement. Leplus prometteur est la détectiondes faibles lueurs émises par lesmolécules d’air ionisées dans levoisinage d’une source radioac-tive. Heureusement, ces émissionsse produisent dans des bandes de couleurs et à des intensités relatives précises, ce qui faciliteleur détection relativement au« fond » lumineux intense émispar d’autres sources. En outre,puisque le spectre des émissionsest spécifique, la possibilité d’erreurs d’identification occa-sionnées par la lumière émise par d’autres mécanismes estgrandement réduite.

Plusieurs techniques permettentde capter ces émissions. Notre système utilise des miroirs spéciale-ment conçus et des filtres optiquespour imager la scène qui nousintéresse dans plusieurs bandes delongueur d’onde simultanément.On traite ensuite ces images pour ydéceler la signature de la photolu-minescence due au rayonnement.Lors des tests sur le terrain, l’équipea démontré que le prototype pouvait détecter des rayonnementsalpha, bêta et gamma à des dis-tances considérables, bien au-delàdes limites des radiamètres conventionnels.

IRTC 0203RD Détection à distance du rayonnement


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, Énergie atomique du Canada limitée

PARTENAIRE DE L’INDUSTRIE :Bubble Technology Industries Inc.

AUTEUR :Dr Dean S. HaslipRDDC Ottawa3701, avenue CarlingOttawa (Ontario) K1A 0Z4tél : (613) 998-3231courriel : [email protected]


Le projet a débuté par la con-ception optique et mécanique dudétecteur prototype utilisable surle terrain. La conception optiquedu système repose sur des cen-taines de simulations de différentssystèmes, à l’aide d’un logiciel deconception optique. La phase desacquisitions de ce projet a étéconsidérable, notamment parceque les éléments du détecteursont uniques et qu’ils doiventêtre fabriqués selon des normesrigoureuses. L’équipe de projet aprocédé à des essais exhaustifs deces pièces dès leur expédition parles différents fabricants. Hormisquelques éléments secondaires, lesystème est maintenant completet l’équipe de projet a commencéses essais de système.

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On prévoit que le projet sera terminé en mars 2005. Au cours de la dernière année d’activités,l’équipe intégrera les derniers élé-ments au système et procédera aux essais sur le terrain. Quelqueséléments secondaires n’ont pasencore été fabriqués, ils seront réal-isés pendant la première moitié del’année en cours. Nous effectueronsbeaucoup d’essais afin de décelerles problèmes de compatibilité etd’intégration des sous-systèmes. Ilest certain que l’on devra apporter des modifications mineures au logiciel de saisie des données afind’améliorer l’interface et d’accroîtresa fonctionnalité. Pour finir, il seraimportant de découvrir les diffi-cultés particulières de l’utilisationde cet appareil sur le terrain. Parexemple, la stabilité de l’appareil,sur le terrain ou pendant son transport, est une caractéristiqueimportante que l’on devra établir.

En définitive, la sensibilité dudétecteur à distance et, globale-ment, la possibilité de la détectionà distance sont les questions lesplus importantes auxquelles le projet devra répondre. On nepourra les résoudre définitivement,sans un programme d’essais sur le terrain. Un élément de ce pro-gramme sera la détermination desbruits de fond instrumentaux, sousdiverses conditions sur le terrain.Cette mesure contribuera à fixer les limites de détection, mais permettra également à les réduireen déterminant des paramètres dessous-programmes d’analyse desdonnées. Les tests sur le terrainpermettront d’établir la sensibilitédu détecteur sous diverses condi-tions et de préciser les facteurs qui la limitent.



Objectifs

Ce projet a pour objectif la miseau point d’un indicateur de

l’exposition aux rayonnementsinstantané, sensible et non élec-tronique, capable de détecter lacontamination radioactive, notam-ment par des substances émettricesde rayons alpha et bêta. On pourraappliquer cette nouvelle tech-nologie dans les domaines de laradioprotection et de l’interventionen cas d’urgence. À titre d’exemple,on pourra se servir des pelliculesdétectrices à bulles pour fabriquerdes bandelettes jetables, à dosadhésif que l’on pourra fixer sur la jambe d’un pantalon ou la botted’un premier répondant. Si labande était contaminée, aprèsqu’un premier répondant eûtpénétré dans une zone contaminée,elle produirait rapidement un aver-tissement visible. Les frottis sontune autre utilisation importante de ces pellicules. Habituellement,on échantillonne les surfaces possiblement contaminées par desfrottis que l’on doit analyser en laboratoire. Or, la contaminationde pellicules détectrices à bullessera immédiatement perceptible,sans que l’on doive procéder àune analyse complexe. Il est donc évident que la priorité d’in-vestissement de l’IRTC « expertiseen matière de réaction immédiate et de gestion des conséquences à court terme » s’applique à ces pellicules.

ProgrèsrécentsLe principe des pellicules détectricesà bulles repose sur une chimieassez compliquée qu’il est néces-saire de comprendre pour juger desprogrès déjà réalisés. La premièrepartie du procédé de détection seproduit dans une émulsion pho-tographique composée de grainsd’halogénure d’argent noyés dansune matrice de gélatine. Lorsquel’émulsion est soumise au rayon-nement, certains ions d’argent sontconvertis en argent métallique.Lorsqu’ils sont soumis à l’action du révélateur, ces grains d’argentmétallique provoquent la trans-formation d’encore plus d’ionsd’argent, ce qui équivaut à uneamplification chimique de près de un milliard. Or, certains révé-lateurs libèrent aussi des ionshydrogènes lorsqu’ils sont oxydés.L’amplification chimique produitepar la réaction entraîne unaccroissement du nombre d’ionshydrogènes, ce qui augmentel’acidité et, donc, diminue le pH.L’exposition au rayonnementprovoque donc une baisse du pHfacilement détectable à l’aide d’une sonde électronique ou decolorants sensibles à l’acidité.Malheureusement, ce systèmen’est pas suffisamment sensiblepour être utilisé dans le cadre de la dosimétrie des rayonnements.

L’autre partie de la pelliculedétectrice à bulles est composéed’un détecteur à bulles traditionnel.Dans ce type de capteur, des gout-telettes surchauffées sont dispersées

IRTC 0204RD Pellicule détectrice à bulles


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, Énergie atomique duCanada limitée

PARTENAIRE DE L’INDUSTRIE :Bubble Technology Industries Inc.

AUTEUR :Dr Dean S. Haslip, RDDC Ottawa3701, avenue CarlingOttawa (Ontario) K1A 0Z4tél : (613) 998-3231courriel : [email protected].


dans un gel. Les neutrons quiinteragissent avec le gel y déposentassez d’énergie dans un volumesuffisamment petit pour « nucléer» les gouttelettes. Ces gouttelettesdeviennent visibles en formant desbulles, et on peut ainsi évaluer ladose reçue en comptant les bulles.Normalement, cette technologien’est pas utilisée pour les rayon-nements non neutroniques,puisqu’ils ne contiennent pas assez d’énergie pour créer desbulles à partir des gouttelettes.

La pellicule détectrice à bullescombine la technologie des émul-sions photographiques à celle desdétecteurs à bulles. L’idée est d’imprégner le détecteur avec uneémulsion et d’employer un gel dontla structure chimique est sensibleau pH. Ainsi, une exposition aurayonnement provoque une baissedu pH, la matrice de gel se distendet les gouttelettes sont libérées.Cette fusion de technologies devraitapporter la sensibilité nécessairepour la détection et le contrôle de la contamination.

Le projet a débuté par la miseau point des composantes de la pellicule détectrice à bulles. On a choisi une émulsion photo-graphique adaptée, et identifiécertains des révélateurs compati-bles. En collaboration avec ungroupe de l’Université d’Ottawa,l’équipe de projet a choisi etélaboré un agent réticulant dégradable en milieu acide pour la pellicule détectrice.

Les étapes subséquentes duprojet ont porté sur l’intégration deces composantes : l’équipe de projet

a fait la démonstration de ladésagrégation du gel soumis à l’ac-tion du révélateur. Elle a égalementdémontré la présence de formationpar nucléation de bulles dans le gel(plutôt qu’une dissolution moinslocalisée), et a observé et quantifiél’impulsion de la pression produitepar la formation de cette bulle.Début 2004, les travaux ont portésur la micro-encapsulation desgouttelettes de colorant qui con-stitueront l’interface visuelle de la pellicule de détection. On a complété cette activité avec succès

et on a caractérisé les gouttelettesen fonction des paramètres de production.

Pour finir, au cours desdernières semaines, on a assembléles composantes de la pelliculepour constituer un prototype fonc-tionnel, ce qui prépare la voie auxactivités de la dernière année duprojet dont on prévoit la conclu-sion en mars 2005.

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La démonstration d’un prototypeest un jalon important de ce projet.Toutefois, le dispositif prototype est sensible à la lumière visible etnon au rayonnement ionisant.Naturellement, l’exposition de l’émulsion photographique au rayonnement ionisant devrait donner les mêmes résultats quel’exposition à la lumière, mais ceci doit encore être démontré. Enoutre, une des activités principalesde l’année prochaine sera la carac-térisation de cette technologie,notamment ses propriétésdosimétriques et sa sensibilité aux divers rayonnements ionisants.

Le capteur prototype issu du pro-jet n’a pas encore été optimisé.L’optimisation sera une activitéimportante au cours de laprochaine année. Un systèmeaussi complexe que les pelliculesdétectrices à bulles comportentplusieurs paramètres qui

modifient (probablement beau-coup) les caractéristiques duproduit définitif. Il est donc évident que la production d’unepellicule détectrice à bulles, dontla sensibilité sera maximale et stable, exigera l’ajustement deplusieurs paramètres.

Naturellement, ce projet s’ap-proche du moment auquel laproduction à large échelle de pel-licules détectrices sera possible etsouhaitable. À ce titre, on devrafournir un effort considérable pouroptimiser les techniques de produc-tion afin de produire des pelliculesdétectrices à bulles de haute qualité et à faible coût unitaire.



ObjectifsÉtapes et échéancesLe projet ressemble beaucoup àune « course à relais » où 3 parti-cipants possédant une expertisedifférente et exceptionnelle unissent leurs efforts.

1. Le « premier coureur » estTwinstrand Therapeutics Inc.Cette société mettra au pointdes anatoxines défectueuses etinoffensives du ricin par géniegénétique (octobre 2003) etévaluera leur antigénicité (mars2004). La principale anatoxinesera produite en quantité dansla levure (juillet 2004), puiscaractérisée (novembre 2004).L’entreprise mettra fin à sa par-ticipation après l’évaluation del’anatoxine dans des culturestissulaires (août 2005), chez lasouris (octobre 2005) et après laprésentation d’un rapport final(novembre 2005).

2. Le « deuxième coureur » est Cangene Corporation.L’anatoxine sera utilisée pourproduire de l’antisérum chezdes chèvres ainsi que de façonsynthétique dans des culturestissulaires. Dans le premiercas, un centre doit être choisi(animaux sans maladies depuis 5 ans) (mars 2004), les animaux doivent êtreimmunisés/vaccinés (mars2005) et des anticorps de qualité doivent être produitsselon les BPL (août 2005).Dans le deuxième cas, lesclones doivent être créés (juin2004) et les anticorps purifiés(décembre 2004). Finalement,l’entreprise évaluera ces

2 sources d’anticorps (octobre2005) et présentera un rapportfinal (novembre 2005).

3. Le « troisième coureur » estRDDC Suffield. L’approbationdu Comité des soins aux ani-maux, des formulaires d’étudeet de l’utilisation d’un agent figurant à l’Annexe 1 seraobtenue (mars 2004). Du ricinsera obtenu en quantité (juillet2004). Des études de la sensi-bilité chez les animaux et desanalyses seront mises au pointpour le ricin (décembre 2004).L’efficacité des anticorps commeagents protecteurs/thérapeu-tiques sera évaluée (juin 2005).Enfin, on comparera l’efficacitédes anticorps en cas d’exposi-tion par différentes voies (p. ex. aérosols), on définira les points forts et les limites eton présentera un rapport final (novembre 2005).

PertinenceLe ricin est une toxine que l’onretrouve dans les graines de ricin etqui représente environ de 1 à 3 %du poids de la graine. Bien que ladose létale pour un humain est d’àpeine quelques milligrammes, laproduction de graines de ricindépasse un million de tonnes parannée. Compte tenu de sa toxicitéet de sa disponibilité, le ricin estconsidéré comme une arme proba-ble pour les attaques terroristes. Eneffet, il y a eu des cas récents au R.-U, en France et aux É.-U. (p. ex.la lettre contenant du ricin envoyéeau Sénat). Il n’existe aucune con-tremesure médicale contre le ricin,et les effets toxiques de cette sub-stance entraînent la mort en

IRTC 02-0007TA Contremesures médicales contre le ricin

RESPONSABLE DU PROJET :RDDC Suffield

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Twinstrand Therapeutics Inc. (Burnaby, C.-B.), Cangene Corporation(Mississauga, Ontario).

AUTEURS :Dr John W. Cherwonogrodzky, ministère de la Défense nationale,RDDC Suffield, a/s Immeuble Stores,560, Base des Forces canadiennes –Suffield, Ralston (Alberta), Canada, T0J 2N0. tél : (403) 544-4705, courriel : [email protected];

Dr Thor Borgford, président, Twinstrand Therapeutics Inc., 8081 Lougheed Highway, Burnaby (Colombie-Britannique),Canada, V5A 1W9. tél : (604) 415-7180, courriel : [email protected];

Dr Donald Stewart, directeur,Recherche et développement, Cangene Corporation, 3403 American Drive, Mississauga (Ontario), Canada, L4V 1T4. tél : (905) 405-2930, courriel : [email protected].


quelques jours. Le projet financépar l’IRTC permettra de produire desanticorps à des fins de protection/traitement, à l’exemple destrousses d’antisérums contre les venins de serpents utilisés à des fins thérapeutiques.

Progrès récentsIl s’agit d’un nouveau projet del’IRTC. L’approbation de la Charte a été reçue en août 2003, l’appro-bation du contrat avec TwinstrandTherapeutics Inc. a été obtenue enoctobre 2003 et pour CangeneCorporation, en février 2004.Même s’il a démarré récemment, ce projet respecte l’échéancier et le budget. Voici quelques-unes deses réalisations :

� Twinstrand Therapeutics Inc. a mis au point les clones del’anatoxine et a commencé desessais pilotes de la principaleanatoxine en prévision d’uneproduction à grande échelle.

� Cangene Corporation a con-struit une banque de protéinesaléatoire à la surface de bac-tériophages et en a isoléquelques-unes qui exprimentdes groupes analogues au ricin.

� RDDC Suffield dispose main-tenant d’un protocole d’uncomité de soins des animaux(JC-03-01) et d’un formulaired’approbation d’étude (04-003). Un formulaire pour l’utilisation d’un agentfigurant à l’Annexe 1 a étésoumis et devrait êtreapprouvé prochainement.

À la suite de l’incident de la lettre contenant du ricin au Sénataméricain, un article non sollicité aété diffusé par MSNBC. On peutavoir accès à cet article à l’adresse « http://www.msnbc.msn.com/id/4153753 ».

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Activités prévues etprochaines étapesLes activités et étapes, comme nous l’avons noté dans la sectionprécédente, respectent l’échéancier.Bref, Twinstrand Therapeutics Inc.produira de l’anatoxine du ricin en quantité et la caractérisera.Cangene Corporation produira des anticorps à partir de cette anatoxine, chez des animaux(antisérums polyclonaux) de mêmeque dans des cultures tissulaires(anticorps monoclonal humanisé de souris), et les caractérisera pour en évaluer la qualité. RDDCSuffield évaluera ces anticorps pour déterminer leur effet pro-tecteur/thérapeutique contrel’intoxication au ricin (par dif-férentes voies) dans le modèlemurin. Tous les participants con-signeront leurs résultats dans un rapport final.

Produits finals, livrablesLe produit final ressemblera autraitement reconnu à base d’an-tisérums de venin de serpent. Depetites bouteilles d’anticorps serontproduites pour traiter les ciblesciviles ou militaires ou les premiersintervenants exposés à des quan-tités létales de ricin. Une noticedécrira l’utilisation, les limites etl’évaluation.

Les produits à livrer seront des rap-ports finals à soumettre par tousles participants. En outre, le produitdevrait être disponible au cas oùdes organismes civils ou militairesvoudraient se procurer des anti-corps contre le ricin à titre demesure de prévention.

Avantages « à valeur ajoutée »Le projet de l’IRTC ne fait quedébuter et il a déjà apporté desavantages imprévus.

1. Par suite de l’attaque dirigéecontre le Sénat américain, lapopulation a craint qu’un telincident ne se reproduise.L’article de MSNBC a con-tribué à redonner confiance. Il a rassuré le public en indi-quant qu’on prenait soin deleurs intérêts, que desmesures étaient sur le pointd’être mises en place et que la sécurité était accrue.

2. On s’est rendu compte que leseul fait d’avoir à sa disposi-tion une contremesure pourraitêtre un avantage sur le plan dela sécurité. L’efficacité d’unecontremesure peut être liée aufait que son usage n’est pasnécessaire parce que son exis-tence a réussi à découragerdes terroristes.

3. Les premiers intervenants sedisent préoccupés lorsqu’ilsentrent dans une zone poten-tiellement contaminée tout ensachant qu’il n’existe pas decontremesures et cela les dis-trait de leur travail. Le seul faitd’avoir en main un traitementpossible constitue un énormeavantage psychologique qui ades chances d’améliorer l’inter-vention en cas d’incident.



Des téléconférences mensuellesont permis de tenir toutes les partiesinformées, de prendre des décisions

et de respecter l’échéancier des différentes étapes.

Objectifs

Ce projet fournira une validationde principe de la mise au point

de biocapteurs d’acides nucléiquesqui devraient permettre la détectionet l’identification rapides des patho-gènes biologiques. La techniqueproposée consiste en la préparationsimple, le prélèvement et la précon-centration d’échantillons combinésà des transducteurs à base depolymères. Toutes les espèces debactéries de même que les espècesde champignons pourraient sûre-ment être détectées à l’aide de cette approche. Toutefois, pour lesbesoins du projet, la séquence cibleinitiale proviendra d’un gène de virulence de B. anthracis. Cette tech-nique permettra la détection demoins d’un millier de copies de lacible génétique. Cela représente uneamélioration importante par rapportaux techniques existantes quinécessitent une amplification de la cible (PCR). De plus, nousexploiterons la spécificité despolymères pour démontrer la capacité de la technique de distinguer un matériel cible qui diffère d’autres matériels génétiquespar seulement un acide nucléique.L’étape de détection prendra moinsd’une heure.

ProgrèsrécentsLes techniques actuelles de détec-tion des acides nucléiques utiliséscomme armes biologiquesrequièrent une amplification préa-lable, étape essentielle mais longuequi est sensible aux inhibiteursprésents dans l’échantillon et a tendance à donner des résultatsfaussement positifs en raison de lacontamination croisée des réactifsou des infrastructures de labora-toire. La mise au point d’appareilsportatifs peu coûteux, capables dedétecter et d’identifier rapidementles acides nucléiques sans amplifi-cation préalable constituera unerévolution dans le domaine, et leprésent projet vise incidemment àmettre au point une technologiecompacte, rapide et sensible de cette nature. La technique combinera la préparation minimaled’échantillons, la capture haute-ment sélective des cibles et leurpréconcentration, ainsi que la détection optique en temps réel aumoyen de transducteurs à base de polymères cationiques, hydrosolubles.

Nous avons déjà réalisé d’im-portants progrès dans la validationde principe prouvant que notretransducteur à base de polymèrespeut être utilisé pour détecter rapidement B. anthracis. Jusqu’àprésent, nous avons pu détecter enl’espace de 30 minutes moins de1 000 copies d’ADN isolé du virusde la grippe. Cette étape de détec-tion a été réalisée directement en solution sans amplification

IRTC 02-0021RD Détection et identification directes des acides nucléiques utilisés comme armes biologiques au moyen de polymères cationiques

RESPONSABLE DU PROJET :Institut des matériaux industriels,Conseil national de recherches du Canada

PARTENAIRES DU PROJET :Institut Steacie des sciences moléculaires, Conseil national derecherches du Canada, SantéCanada, Université Laval, Centrehospitalier universitaire de Québec –Centre de recherche en infectiologie,Infectio Diagnostic Inc.

CHAMPION DE PROJET :Dr Michel Dumoulin, IMI-CRNC tél : (450) 641-5181, courriel : [email protected]

GESTIONNAIRE DE PROJET :Dre Caroline Vachon, IMI-CNRC tél : (450) 641-5185, courriel : [email protected]

ÉQUIPE DE PROJET :Dr Michel G. Bergeron, Centre derecherche en infectiologie;

Dr Mario Leclerc & Dr DenisBoudreau, Université Laval;

Dr Benoît Simard, ISSM-CNRC;

Dr Teodor Veres, IMI-CNRC;

Dr Louis Bryden;

Dr Michael Mulvey, Santé Canada;

Dr Jean-Pierre Gayral, InfectioDiagnostic Inc.

PRÉSENTATEUR :À déterminer


préalable par PCR. De plus, la discrimination entre l’appa-riement parfait et un brin d’ADN contenant un seul mésappariement est excellente.

Les prochaines étapes critiquescomporteront la détection d’ADNde B. anthracis avec notre transduc-teur à base de polymères, ce quinécessitera l’isolement et la désacti-vation de fragments appropriés dece pathogène. Nous avons essayéplusieurs méthodes de purificationet de fragmentation de B. anthraciset obtenu des fragments de dif-férentes longueurs. Nous travaillonsactuellement à l’analyse et à lasélection des fragments les plusappropriés pour la détection. Lesétapes finales consisteront en laconcentration de l’ADN et la détection directe par des mesuresoptiques.

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Ce projet d’un an devrait se ter-miner le 30 septembre 2004.Nous avons fait d’importantsprogrès en vue d’atteindre notreobjectif final, qui est de fournirune validation de principe étab-lissant que notre technique peutdétecter et identifier rapidementdes pathogènes. Les tâches et les étapes seront menées à bienconformément à l’échéancier.Une fois intégrée dans unappareil portatif, cette techniquenouvelle et simple pourrait per-mettre aux premiers intervenantset aux travailleurs de la santépublique de détecter et d’iden-tifier les armes biologiquesrapidement, sur place. Elledevrait également fournir desmoyens d’améliorer le triagemédical ainsi que des outils trèsperformants pour la détection etla classement des événements.Enfin, cette innovation con-tribuera à améliorer l’efficacitédu diagnostic des maladies infectieuses et des troubles génétiques.



Objectifs

Ce projet vise la productiond’une évaluation probabiliste

globale des risques relatifs à tousles aspects de la construction et de l’utilisation des bombes sales,notamment l’acquisition dessources, les risques liés à l’assem-blage, les mécanismes d’activation,les conséquences de cette activa-tion et les contremesures possibles.Cette évaluation des risques seracréée à partir de l’analyse de l’arbre d’événements et l’arbre dedéfaillances, une méthode utiliséepar l’industrie nucléaire et l’indus-trie du logiciel. Lorsque cela serapossible, nos partenaires de projetfourniront des données sur lasécurité des sources, la sécurité à la frontière, les tendancesindiquées par les renseignements,la radioprotection, et les modalitésde dissémination. En outre, le projet comportera un volet derecherche expérimentale et demodélisation qui visera à comblerles lacunes dans les connaissancescritiques relatives à la faisabilité de la construction et à la disper-sion de la radioactivité. Ce projettombe clairement sous la prioritéd’investissement de l’IRTC« Dimensions S & T de l’évaluation des risques ».

L’accès à l’évaluation desrisques (c’est-à-dire à la base dedonnées d’évaluation des risques)sera accéléré par l’extrant de ceprojet qui est un logiciel d’interac-tion avec la base de données. Lesfonctions de ce logiciel compren-dront la possibilité de faire de larecherche sur les risques possibles,à partir d’une combinaison dedonnées que l’utilisateur saisira (p. ex. sources particulières ouautres composantes des bombessales), et la détermination de« trous » critiques dans notredéfense contre les actes de terrorisme radiologique. Cet outil donnera aussi à l’utilisateurdes informations sur certainesmodalités des bombes sales,notamment la nature et l’étendued’un danger potentiel et les contremesures possibles ou lesétapes de mesures correctives.

IRTC 02-0024RD Outil destiné à une évaluation probabiliste de la sûreté des dispositifs de dispersion radiologique


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Commission canadienne de sûreté nucléaire,Sécurité publique et Protection civile Canada,Agence des services frontaliers du Canada,Service canadien du renseignementde sécurité

PARTENAIRE UNIVERSITAIRE :Institut universitaire de technologiede l’Ontario

PARTENAIRE DE L’INDUSTRIE :Science Applications InternationalCorporation Canada

AUTEUR :Dr Dean S. HaslipRDDC Ottawa3701, avenue CarlingOttawa (Ontario) K1A 0Z4tél : (613) 998-3231courriel : [email protected]


ProgrèsrécentsLe travail des premières phases du projet a été consacré à l’ex-ploration de données. On aeffectué des recherches relativesaux substances servant auxbombes et au transport desmatières radioactives. Ces deuxdomaines affectent directementla disponibilité des substancesradioactives. On a également fait des recherches sur les ciblespossibles, notamment certainsexemples de l’infrastructure dite critique.

L’équipe de projet a entreprisune collaboration avec les labo-ratoires nationaux Sandia desÉtats-Unis, un centre dont l’exper-tise en dispersion de radionucléidesest très grande. Cette collaborationsera probablement tenue sous lesauspices du comité technique de lasécurité publique. Des discussionsavec le personnel de Sandia ontpermis de découvrir des lacunes auplan des renseignements dans ledomaine de la dispersion des sub-stances radioactives. L’équipe deprojet a commencé à planifier des essais expérimentaux qui permettront de les combler.

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L’exploration des données con-stituera le gros des prochainesactivités du projet. Il existeplusieurs domaines potentiels de recherche qui n’ont pas encoreété bien explorés. Ces activités se poursuivront jusqu’à tard dans l’année courante.

L’équipe de projet entreprendra l’étude des outils logiciels quieffectueront l’évaluation proba-biliste des risques. Bien queplusieurs outils existent déjà, àcause de la nature extrêmementnon conventionnelle du projet, ondevra adopter un outil flexible. Eneffet, la construction d’une bombesale générique n’est pas un projettechnique aussi bien défini quecelle d’un réacteur nucléaire, ce quiimplique que l’on devra modifier laméthode d’évaluation probabilistedu risque pour l’ajuster à cette situation plus complexe.

On prévoit que les travaux sur l’interface graphique de l’outil d’évaluation des risques requis par ce projet démarreront bientôt.Ces travaux permettront de mieuxdéfinir l’ampleur du projet et, donc,de dégager dans quelle direction il faudra explorer davantage lesdonnées. Cela permettra aux

communautés d’utilisateurs d’offrirdes conseils relatifs aux besoinsque le projet devrait combler.

Le programme expérimental duprojet sera entrepris au cours del’été 2004. Un élément importantde ce projet sera la comparaisondes données expérimentalesrecueillies par le projet avec lesdonnées obtenues par les labo-ratoires nationaux Sandia. Si elle obtient un bon accord entreces deux ensembles de données,l’équipe de projet explorera lesdomaines encore vierges con-stitués par les lacunes deconnaissance évoquées plus haut.

Dans une année, avec la fin desactivités susmentionnées, l’équipede projet se concentrera sur l’ap-provisionnement de la base dedonnées d’évaluation des risques etla mise au point de l’outil logiciel.On prévoit que ces activités serontterminées en mars 2006.



Objectifs

Le Réseau canadien d’infor-mation sur la santé publique

(RCISP) vise à améliorer la capa-cité du système de santé canadiende réduire l’incidence des maladieshumaines associées aux infectionsen appuyant l’échange de ren-seignements, les activités desurveillance et les enquêtes sur leséclosions. À cette fin, on établira un réseau pour recueillir et traiterdes données de surveillance, communiquer des renseignementsstratégiques, et coordonner lesinterventions en cas de menacebiologique.

L’intégration des données desurveillance, des données épidé-miologiques et des données delaboratoire dans une infrastructurequi est capable de déceler les menaces, de communiquer l’infor-mation pertinente et d’intervenirest cruciale si l’on veut être capabled’intervenir en cas de bioterrorismeet de mettre en œuvre des activitésde santé publique efficaces. Il existede nombreux groupes de spéciali-stes dans les domaines des maladiesinfectieuses et des systèmes de collecte des données au Canada,mais il n’y a pas de cadre nationalpermettant de les intégrer rapide-ment. Le RCISP vise à faciliterl’intégration des renseignementspertinents sur la santé publiquedans un cadre national communpour faciliter la coordination des interventions des divers gouvernements.

La communication rapide del’information sur la santé publiquedans les provinces et à l’échelle duCanada se fait essentiellement dansle cadre des structures hermétiquessuivantes : gouvernement (p. ex.autorités locales par rapport augouvernement provincial et parrapport au gouvernement fédéral);agence/ministère (p. ex. Directiongénérale de la santé des Premièresnations et des Inuits par rapport àla Direction générale de la santé de la population et de la santépublique; Santé Canada par rapportà l’ACIA; Santé publique par rap-port à la GRC et au MDN); etdiscipline (p. ex. laboratoire parrapport au domaine de l’épidémi-ologie; spécialistes des maladiesrespiratoires par rapport aux spécia-listes des maladies entériques; corpsmédical par rapport aux organismesd’exécution de la loi et de défensedes droits de la population).

Le RCISP est un système visantà intégrer les renseignements perti-nents sur la santé publique (c.-à-d.les données stratégiques ou inter-prétées) dans un cadre nationalcommun pour faciliter la coordina-tion des activités des divers ordresde gouvernement, laquelle estessentielle pour l’utilisation efficacedes données afin de déterminer lesrisques, de réagir et de développerla capacité d’intervention.

Le Réseau canadien d’informa-tion sur la santé publique viseles objectifs suivants :� améliorer la capacité cana-

dienne de détecter les menacesbiologiques, d’y réagir et d’intervenir en facilitant lacommunication en temps réel

IRTC 02-0035RD Réseau canadien d’information sur la santé publique


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour ladéfense Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :TDV Global IncorporatedRéseau de laboratoires de santépublique canadien (RLSPC)TR LabsUniversité de GuelphConseil des médecins hygiénistes enchef pour le Canada

AUTEUR :Dr Amin Kabani, Laboratoirenational de microbiologie, Centre scientifique canadien desanté humaine et animale, Santé CanadaSalle 4180, 1015, rue ArlingtonWinnipeg (Man.) R3E 3P6 tél : (204) 789-6090,téléc : 204-787-4699.


des données de laboratoire etdes données épidémiologiquesnationales intégrées et en sou-tenant l’expertise et la capacitéd’intervention;

� maintenir et respecter leschamps de compétence actuels tout en exploitant lesressources et l’infrastructure

canadiennes existantes demanières innovatrices dansl’intérêt de l’ensemble desintervenants;

� élaborer une architecture desTI innovatrice avec nos parte-naires et les intervenants pouraméliorer l’infrastructure desanté publique actuelle afin

de faciliter la collaboration etl’échange des données entreles différents ordres de gouvernement.

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Principaux résultats visés :

� Intégrer de manière stratégiqueles mécanismes d’alerte et lesoutils d’aide à la décision deslaboratoires et de la surveillanceépidémiologique dans un environnement Web commun et sécurisé, de manière à créerun Centre canadien de ren-seignements et de surveillancedes éclosions (CCRSE). Le CCRSE permettra d’assurer la communi-cation stratégique des donnéesde laboratoire et des donnéesépidémiologiques pertinentes(notamment les rapports de surveillance des syndromes, dela salubrité des aliments, desmaladies à l’échelle interna-tionale, et d’autres données desurveillance nationales perti-nentes) dans un environnementWeb sécurisé. Le CCRSE entrerad’abord dans le système les prin-cipales données de surveillancebiologique et épidémiologique(p. ex. les données de PulseNetCanada, du Programme nationalde surveillance des maladiesentériques, des projets pilotes desurveillance syndromique, etc.).

� Améliorer les principaux outilsd’analyse (p. ex. la modélisationdes maladies infectieuses, le SIG,

les outils de soutien pour la simu-lation et la prise de décision) afinde produire des renseignementsau moyen de l’analyse des données de laboratoire et desdonnées de surveillance épidé-miologique. Les outils d’analyseseront principalement des outilslocalisés, très précis (p. ex. desarbres de décision, des proto-coles, des aides à la décisionautomatisées en cas d’alerte,etc.), ainsi que des aides à ladécision et des exercices de simu-lation plus généraux aux finsde l’évaluation de l’expertise et de la capacité d’intervention (p. ex. simulation d’une éclosionpour vérifier si les ressourcessont prêtes). Les outils d’analyseseront mis à la disponibilité desintervenants locaux, provinciauxet nationaux.

� Coordonner et faciliter les inter-ventions au niveau nationalgrâce à la création d’un centred’intervention et opérationnelefficace. L’infrastructure du centre opérationnel permettra la collecte et l’intégration entemps réel de données, la ges-tion et la manipulation desdonnées, l’organisation et ladivulgation des renseignements,la connaissance de la situation,

la mise en oeuvre d’une interven-tion préalablement planifiée, laprise de décision, l’intégrationdes compétences organiques etexternes, le commandement et le contrôle, ainsi que les commu-nications. Ce centre facilitera lacoordination des interventionsdes autres autorités qui inter-viennent dans les situationsd’urgence (p. ex. le MDN, laGRC, etc.).

� Assurer aux intervenants ensanté publique et aux premiersintervenants l’accès à desressources spécialisées, y com-pris des outils aux utilisateurs(forums de discussion, diffusionWeb, gestion des connaissances),des ressources et des pro-grammes de formation, lerenforcement des capacités dansle domaine de la bioinformatiqueet des exercices de simulation et de mise en situation.



Objectifs

Les substances CBRN rejetéesdans l’atmosphère lors d’acti-

vités terroristes formeront unpanache en suspension, sujet à des mouvements d’advection et de dispersion, sous l’influence desvents ambiants et des champs deturbulence. Une grande proportionde ces matières se déposera sur lesol, particulièrement en cas deprécipitations pendant ou après lerejet. Les matières qui se déposentsur des régions urbaines ou agri-coles auront des incidences sur la santé et l’économie longtempsaprès le passage du panache primaire. Dans un tel cas, uneintervention appropriée exige lesmeilleures prévisions possibles sur les lieux et le moment de ladéposition, le plus rapidement pos-sible après le rejet des substances.Ces renseignements seront cruci-aux pour les décideurs. Ils lesutiliseront pour évaluer les besoinsen matière d’évacuation des popu-lations, déterminer les itinérairesd’évacuation, mettre en œuvre desmesures de protection, déployer des équipes d’intervention et planifier des activités de nettoyage.Toutes ces activités visent à min-imiser les effets sur la santé et à retourner les terres à un étatd’utilisation acceptable.

Le but de ce projet est defournir, en temps réel, aux premiersintervenants et aux décideurs, desprévisions fiables sur le moment,l’emplacement et le volume de ladéposition des matières CBRN. Pouratteindre ce but, un modèle infor-matique perfectionné est requis

pour aborder les quatre problèmessuivants : prévision de la trajectoireet de la concentration des matièresCBRN dans l’air; prévision de l’emplacement, de la durée et del’intensité des précipitations; calculde la quantité de matières quiétaient en suspension dans l’air etqui se seront déposées au sol pen-dant la pluie ou la neige; calcul desdépositions en l’absence de précipi-tations. Le projet permet d’élaborerun tel modèle en améliorant lesprogrammes (CANERM et MLCD)utilisés actuellement au Canadapour traiter les situations d’urgence.

Les prévisions de précipitationsà court terme (prévisions pour l’immédiat) nécessaires aux modèlesproviennent des données desréseaux de radar météo, lesquelsfournissent les meilleures estima-tions de la pluie sur de grandessurface pour les six prochainesheures. On prévoit les précipitationsà court terme grâce à un algorithmede poursuite qui évalue le champde mouvement des tempêtes à par-tir de l’évolution des précipitationsrécentes et, à l’aide de ce champ demouvement, prédit le déplacementde la configuration de précipitation.Dans le passé, la portée utile desradars (environ 200 km) limitait letemps de prédiction. L’accès auxdonnées brutes des radars météorépartis en Amérique du Nord, constituées par les observationsdepuis plusieurs sites au Canada et aux États-Unis, permettra deréduire le temps de prédiction.Ainsi, on peut obtenir en temps réel des images radar composites duCentre météorologique canadien.On effectue, à l’heure actuelle, desvérifications d’assurance et de

IRTC 02-0041RD Détermination en temps réel de la zone d’influence des rejets CBRN

RESPONSABLE DU PROJET :Énergie atomique du Canada limitée,Laboratoires de Chalk River

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Environnement Canada, SantéCanada

AUTEUR :Dr Phil Davis


contrôle de la qualité des données.Les problèmes d’échos du sol dansles données canadiennes sont envoie d’être résolus. On travaille à améliorer la qualité des imagesradar composites, afin d’enaméliorer la résolution et le pas detemps (actuellement 12 kilomètreset 20 minutes) dans les algorithmesde prévision à très courte échéance,en plus d’étudier les capacités de cetype de prévision.

ProgrèsrécentsLa prochaine étape, maintenantterminée, consistait à modifier lemodèle MLCD pour qu’il acceptedes données sur les champs de pré-cipitation obtenues par radar. Lestests préliminaires ont démontré le bon fonctionnement du modèle,dont l’exécution ne demandequ’une légère augmentation dutemps de calcul. On procèdeprésentement à des tests de sensi-bilité pour la relation entre lesretombées humides et les champsde précipitation évalués par radar.

On a aussi commencé à éla-borer de meilleurs modèles pour les retombées sèches et humides,lesquels remplaceront les modèlesempiriques simples actuellementutilisés dans les programmesCANERM et MLCD. Les nouveauxmodèles tiennent compte explicite-ment des processus physiques et chimiques influant sur lesretombées. Le calcul des retombéessèches et humides exige certainesdonnées de départ communes,notamment le profil vertical deconcentration des substancesCBRN; la distribution de la taille et de la densité des particules probablement émises lors d’un incident terroriste; la solubilité, lecoefficient de diffusion et la réacti-vité des gaz libérés; les conditionsmétéorologiques au moment de la

diffusion des substances. Le mo-dèle de déposition humide requiertd’autres renseignements, notam-ment : l’intensité de précipitation,laquelle provient du modèle radar,et la distribution de la taille desgouttes, déterminée à partir del’intensité de la prévision. On cal-cule le taux de lavage en fonctionde la taille des gouttes, en tenantcompte de la vitesse de chute des gouttelettes et des meilleures estimations disponibles pour l’efficacité de captage.

Ces deux nouveaux modèles de déposition abordent l’évolutiondes propriétés des substancesCBRN, due aux interactions avecles aérosols normalement présentset les espèces gazeuses de l’atmo-sphère comme OH, HO2 et O3. Cesinteractions pourraient se traduirepar la disparition en phase gazeusedes substances dangereuses, unchangement de la taille des partic-ules ou de la réactivité des gaz.L’évaluation consolidée des risquesde l’IRTC a permis de déterminerquelles substances CBRN risquentd’être émises lors d’un incident terroriste; l’analyse des propriétésfondamentales de ces substances(taille, densité, solubilité, coefficientde diffusion et réactivité des partic-ules) est actuellement en cours. Lesagents biologiques (virus, bactéries)seraient probablement libérés sousla forme de particules fines etlégères dont le diamètre seraitinférieur à 0,1 µm. Les agentschimiques seraient probablementémis par un pulvérisateur sous laforme de gouttelettes mesurantentre 1 et 5 µm. Les isotopesradioactifs les plus probablementutilisés seraient 60Co, 137Cs et 192Ir,la taille des particules variant selonla méthode de diffusion.

On a entamé le travail prépara-toire aux études de validation quiseront réalisées plus tard dans leprojet. Pendant un jour sans nuagede mai 1996, trois radars del’Université McGill ont détecté,

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À la fin du projet, toutes cesinformations seront réunies dansun système intégré qui aura ététesté complètement. Le systèmeintégré constituera un outilopérationnel de prévision de ladéposition de matières CBRNsur le sol, en fonction de la dis-tance pour différents intervalles.En cas d’incident réel, on pro-duira des cartes illustrant lesretombées qui seront distribuéesaux premiers intervenants et auxdécideurs afin de les aider àévaluer et à gérer l’incident.



au-dessus de Montréal, le passaged’un panache émis par un feuchimique important à Laval. Onutilisera les données recueillies parles radars pour vérifier les prédic-tions du modèle du mouvement,de l’étendue et de la dépositionsèche par le panache. Les donnéesdonnent aussi l’occasion d’explorerl’utilisation des radars météo pour la détection de la présencede grandes particules toxiques dans l’atmosphère.

Objectifs

Il est impossible de prévoir où et quand se produiront les

prochains événements ou inci-dents terroristes. Ce projet combleune lacune dans la capacité d’in-tervention en cas d’urgence duCanada, notamment grâce à sonréseau de détection/surveillanceCBRN haut de gamme pouvantêtre rapidement déployé lorsquenécessaire, opéré à distance enprovenance de n’importe quelendroit. Le réseau comporte unnombre variable de capteurs cou-plés au réseau et ceux-ci peuventêtre de différents types; le réseaupeut couvrir des surfaces variables.Ces capteurs permettront derecueillir des données quantita-tives détaillées qui seront utiliséesdans l’évaluation de l’interventionen cas d’urgence et dans le suivi àlong terme. La clé de cette concep-tion est la souplesse inhérente à latechnologie moderne : la souplessedans les communications, dans lamanipulation des données et dansla conception des capteurs. Les produits livrables dans le cadre du présent contrat sont une sériede capteurs CBRN, un noeud decommunication et tous les logicielsnécessaires pour la réception et lecontrôle des données de capteurs,de noeud et des données éloignées.L’architecture logicielle a étéconçue pour offrir un maximumde flexibilité en vue de permettrel’augmentation et l’intégrationéventuelle du système avec lesautres systèmes de réponse.

Le présent projet traite de lapriorité d’investissement de l’IRTC« Expertise en matière de réactionimmédiate et de gestion des con-séquences à court terme » en tantqu’objectif principal. En raison desa flexibilité de déploiement et deses données de sortie évoluées, leprojet aura aussi une incidence surles priorité suivantes : « Expertiseconcertée de commandement, decontrôle, de communications, decoordination et d’information pourla planification et l’interventionCBRN », « Expertise en matière de prévention, de surveillance etd’alerte » et « Questions liées à la gestion des conséquences à long terme ».

Santé Canada est le principalpartenaire fédéral pour ce projet.Bubble Technology Industriesfournira des moniteurs de rayon-nement spéciaux, reliera tous lescapteurs à un noeud de communi-cation et mettra au point lelogiciel qui contrôlera le réseau et fournira des données brutes etdes renseignements importants àl’utilisateur final. General Dynamicsfournira le capteur biologique. Tousles partenaires fédéraux fournirontun soutien technique dans ledéveloppement du système et lamise à l’essai du réseau lorsqu’ilsera terminé.

La fin de ce projet est prévuepour février 2006. Tout le matérielet les logiciels seront terminés aucours de l’année 2004 et l’intégra-tion au système et sa mise à l’essaiseront terminés pour novembre2005. Un plan de commercialisa-tion sera livré en septembre 2005.

CRTI 02-0041TA Réseau de surveillance CBRN déployable


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Commission canadienne de sûreté nucléaire,Environnement Canada,

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Bubble Technology Industries (BTI)General Dynamics Canada

AUTEURS :Dr Kurt UngarBureau de la radioprotectionSanté Canada775, rue BrookfieldOttawa (Ontario) K1A 1C1tél : (613) 954-6675courriel : [email protected]


ProgrèsrécentsDepuis novembre 2003, on a exécuté un rapport de revue desbesoins en matériel et en logiciel de concert avec les partenaires duprojet. La conception de réseau quien résulte permet le déploiementde l’un des nombreux modulesautonomes, chacun étant configuréde manière à répondre aux besoinsdu scénario d’urgence. Chaquemodule comprend un noeud et une série connexe de détecteurs. Lenoeud agit comme concentrateurde communication entre la série decapteurs et un centre de contrôleéloigné. Chaque capteur comporteun système mondial de localisation(GPS) et une intelligence de bordqui présente l’emplacement, lesdonnées assimilées et les donnéesbrutes sur demande au noeud. LeGPS de bord facilite le déploiementstatique ou mobile des capteurs. Lacommunication entre le noeud etses capteurs se fait sans fil, suivantune modalité adaptée à l’étenduespatiale du réseau. La communica-tion entre le noeud et le centre decontrôle peut se faire par satellite,par téléphone cellulaire ou parligne terrestre, suivant le cas. Latransmission et la réception desdonnées se font par la technologieInternet; l’architecture logicielle etles formats de données sont conçuspour en faciliter l’intégration avecles systèmes de réponse existantsou prévus, comme le systèmeARGOS qui est présentement misen application dans le cadre d’unautre projet de l’IRTC.

Le capteur chimique consisteraen une unité commerciale reliéeadéquatement qui détectera lesagents de guerre chimique et lesproduits chimiques industriels toxiques. Le capteur d’agentsbiologiques consistera en un sys-tème portable de dernier cri quidétectera les quatre simulants de

biotoxine standard et les détecteursde rayonnement sont des unités deconception spéciale. Le détecteurgamma utilisera des circuits perfec-tionnés permettant de procéder àl’analyse spectrale dans des milieuxà haut niveau de rayonnement,d’effectuer des calculs de dose et dedébit de dose, d’identifier les iso-topes, et d’effectuer des analyses descénarios en cas de rejet de produitsde fission complexes. Le système de contrôle de la qualité de l’airportatif et compact comporte desfiltres automatiques ou actionnés à distance et permet d’effectuerl’analyse spectrale du rayonnementalpha, bêta et gamma en suspen-sion dans l’air. En plus de cesdétecteurs CBRN, d’autres capteurscouplés au réseau (y compris lescapteurs météorologiques, de son,de mouvement et d’image) peuventêtre intégrés pour répondre à desbesoins spéciaux. On peut égale-ment ajouter des dispositifs decommande pour amorcer desactions en réponse aux stimulireçus par les capteurs ou des commandes du centre de contrôle.

La conception et la fabricationdes moniteurs de rayonnement esten cours, l’achèvement de ces deuxunités étant en voie de se réaliserpendant l’année courante. Lemoniteur biologique sera le sys-tème 4WARN Sentry, qui seraégalement livré pendant l’année en cours. On a identifié deux moniteurs chimiques commerciauxpossibles, la sélection finale seraeffectuée en fonction des exigencesde sensibilité et du rendement de l’instrument.

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Lorsque les capteurs CBRNseront prêts, il seront en interface avec un nœud de communication et le fonction-nement des capteurs et du nœudsera validé. De plus, le logicielglobal pour le réseau sera mis au point pour permettre l’intégration sans interruptiondes capteurs, de l’analyse desdonnées et de la transmissiondes données à un centre de con-trôle à distance. Une attentionspéciale sera accordée aux formats des données pour permettre l’intégration avec les réseaux au Canada, auxÉtats-Unis et en Europe. Une fois le système intégré, les partenaires fédéraux du projeteffectueront des tests de rende-ment sur le réseau. Une fois ceprojet terminé en février 2006, leCanada pourra compter sur unréseau de capteurs puissant etdéployable qui permettra unedétection et une interventionrapide en cas d’urgences CBRN.



Objectifs

L’objectif de ce projet consiste à accélérer la mise au point

du système Blast Guard, rebaptisésystème de confinement universel(SCU), un système de confine-ment–atténuation–décontaminationcontre les agents de guerre chimi-que, biologique ou radiologique(GCBR). Ce système comprend uneenceinte légère, ressemblant à unetente, fabriquée en un tissu spécial;on remplit l’enceinte avec l’une desnombreuses mousses de déconta-mination conçues pour contenirl’explosion et les fragments, neu-traliser les substances biologiques etchimiques, et éliminer les particulesradioactives sur les surfaces.

Le SCU, actuellement en service au sein des équipes d’inter-vention en cas d’urgence CBRNnationales et régionales, peut êtreutilisé pour un éventail de scéna-rios, tels que la découverte d’uncolis qui contiendrait des agents de guerre biologique, chimique ou radiologique, la contaminationd’une enceinte fermée par unagent chimique ou un agent deguerre biologique connu, ou l’utilisation d’un agent de guerreCBR lors d’une attaque terroristevisant une cible précise ou lorsd’un événement particulier. Lesmousses de décontamination peuvent être utilisées par les premiers intervenants pour con-tenir, atténuer ou décontaminerdes zones. Si on découvre un colissuspect, on entoure celui-ci d’uneenceinte portative. L’enceinte isolera l’explosion lorsque, inten-tionnellement, on perturbera ou

fera détonner le colis, et la moussepiègera les agents aérosols présentstout en contenant l’effet de frag-mentation. On peut appliquerdirectement la mousse dans unezone contaminée fermée, commel’intérieur d’une salle ou d’unvéhicule, de manière à confinertout agent de guerre CBR et àdécontaminer les lieux. Lesmousses peuvent également êtreutilisées pour décontaminer lesgrandes surfaces, y compris lesimmeubles, l’équipement, lesvéhicules et le terrain dansl’éventualité d’une attaque ter-roriste lors d’une manifestationsportive ou politique ou lors d’unévénement important.

On doit effectuer davantage derecherches sur ces mousses, afin de résoudre plusieurs questionsconcernant leur comportementdans les incidents de guerre CBR, y compris les effets environnemen-taux; leur plage de températured’utilisation; leur performance con-tre un éventail plus étendu d’agentsdifférents, pour diverses surfaces; et l’élargissement des champs d’application de la technologie dedécontamination afin d’évaluer seseffets à long terme et d’étudier lesdifférentes mesures correctrices. Lesrenseignements obtenus lors de cesrecherches seront ensuite appliquésà la conception d’un produitamélioré qui pourra être utilisédans d’autres scénarios CBRN.Les activités de recherche sontregroupées en cinq domaines :

IRTC 02-0043TA Capacités de gestion rapide des conséquences

RESPONSABLE DU PROJET :RDDC Suffield

PARTENAIRE FÉDÉRAL :Environnement Canada

PARTENAIRE DE L’INDUSTRIE :Vanguard Response Systems Inc.

AUTEURS :J. Garfield Purdon, Andrew Burczyket Michele Mayer, RDDC Suffield,C.P. 4000, Succ. Main, Medicine Hat (Alberta) T1A 8K6, tél : (403) 544-4106, courriel : [email protected]


� Déterminer l’efficacité de ladécontamination des moussesSCU lorsqu’elles sontappliquées sur des surfaces contaminées par des agents de guerre chimique typiques,en suivant les procédures d’urgence. Nous procéderons àl’analyse par chromatographieen phase gazeuse des vapeursd’agents chimiques désorbésdans un courant d’air au-dessusd’une surface qui a été contam-inée ou décontaminée, ou àl’analyse par chromatographieen phase gazeuse des agentsrésiduels dans une désolvationd’une surface décontaminée.Les surfaces sont représenta-tives des matières retrouvéesdans un milieu de travail[p. ex. des surfaces poreuses,telles que la peinture alkyde ou au latex sur du placoplâtre,le bois verni, des carreaux deplafond, le tapis, le béton etl’asphalte, et des surfaces nonporeuses, telles que les revête-ments résistants aux agentschimiques (CARC pourChemical Agent ResistantCoating) sur de l’acier, la pein-ture alkyde sur de l’acier, leverre, l’aluminium anodisé etles carreaux de vinyle]. Dans le cadre des travaux, on utilisedeux agents de guerre chim-ique, le gaz moutarde et le soman, en suivant des procédures avec frottis et desprocédures sans frottis poursimuler différentes techniquesde décontamination en situa-tion réelle. Les travaux sonteffectués à RDDC Suffield, parRDDC et Vanguard ResponseSystems Inc. (VRS). (décembre 2005)

� Déterminer la vitesse de réaction en phase liquide, lastœchiométrie, et les produitsde réaction des mousses for-mulées pour le SCU, avec desagents de guerre chimiqueclassiques et potentiels (p. ex.

KCN, gaz moutarde, lewisite,tabun, sarin, cyclosarin, Vx,R33 et toxine T2) en utilisantdes techniques d’analyse spec-trale et chromatographique.On examinera également l’efficacité du SCU lors de la détoxification d’agents réels ou simulés de guerrebiologique (y compris la peste,le virus de la vaccine et lecharbon), après un temps decontact prédéterminé. Cettetâche sera effectuée à RDDCSuffield, par RDDC, O’DellEngineering Ltd. et VRS. (janvier 2006)

� Examiner l’effet sur l’environ-nement de l’utilisation desSCU, pour établir s’il estnécessaire d’effectuer despost-traitements ou de con-finer les effluents. La sociétéStantec Consulting, retenuepar VRS, effectuera des essaisde toxicité aquatique et detoxicité des sols, dont lesrésultats seront examinés en consultation avecEnvironnement Canada.(novembre 2004)

� Modifier les compositionspour que les concentrés d’a-gents de surfactifs soient actifspour une plus grande diver-sité de conditions climatiques,plus conformes aux hiverscanadiens. Les travaux serontdonnés en sous-traitance parVRS à l’Université McMasteret à la Farrington LockwoodCompany Ltd (FLCL). Les pré-parations modifiées serontévaluées à RDDC Suffield, lors d’essais sur le terrain par la GRC et RDDC. (décembre 2005)

� Examiner l’utilisation possibledes SCU lors de mesures cor-rectrices. VRS évaluera lesdonnées générées afin d’opti-miser l’équipement du SCU.Cela pourrait permettre d’accroître les capacités en

matière de décontamination demasse ou de grandes surfaces.Une base de données des ren-seignements disponibles sur laperformance contre des agentssur différentes surfaces seraélaborée et mise à la dispositionde l’utilisateur final. (février 2006)

ProgrèsrécentsCe projet a été entrepris le 1er août2003. À RDDC, la majorité desappareils financés par l’IRTC a étéachetée, installée et mise en service.On a effectué des études de désor-ption par les surfaces témoins :panneaux de métal revêtu d’alkyde,carreaux en vinyle pour sol, verre,aluminium anodisé, carreaux deplafond, bois, et des surfaces décon-taminées sans frottis : bois, verre,aluminium et carreaux de plafond(le pire cas jusqu’ici). On a presqueterminé l’élaboration de laméthodologie de caractérisation desolutions de réaction liquide pour legaz moutarde (HD) et les produitsconnexes, au moyen de la CPL-FPDet de la CPL-MSD; cette dernièreconstitue une nouvelle méthode dedétection et de quantification duHD et elle sera présentée lors d’uneconférence internationale sur ladécontamination (mai 2004). Desdispositions ont été prises pourévaluer l’efficacité des agents deguerre biologique dès la réceptiondes préparations modifiées.


Les études sur la désorption dugaz moutarde se poursuivrontpour les surfaces restantes, pourensuite comparer l’efficacité de la décontamination avec et sansfrottis. Il faudra ensuite effectuerdes travaux semblables pour lesoman. La caractérisation de laréaction en phase liquide du gazmoutarde est en cours et elle serasuivie d’études semblables sur les agents KCN, lewisite, tabun,sarin, soman, cyclosarin, Vx, R33et la mycotoxine T2. On effectueral’évaluation de l’efficacité contrela peste, le virus de la vaccine et le charbon des préparationsd’origine du SCU ou modifiées,dès l’obtention des résultats deVRS sur la modification du pointde gélification du surfactif. Les conclusions de l’évaluation envi-ronnementale détermineront s’ilsera nécessaire d’effectuer despost-traitements additionnels surles effluents des préparations. Un essai sur le terrain avec unepréparation comprenant toutes

les modifications sera effectuédans le but de vérifier l’efficacitéet l’utilité de la recette finale. Ilen résultera une préparation dontles effets à long terme sur l’envi-ronnement seront minimes, qu’ilsera possible d’utiliser à une température plus basse, et pourlaquelle il y aura des preuves documentées d’efficacité sur unevariété de surfaces civiles et mili-taires contre une variété d’agentsde guerre chimique ou biologique.On développera des connaissancesqui permettront d’évaluer la pro-babilité que des préparations du SCU puissent résoudre cesproblèmes persistants de décon-tamination massive ou sur unegrande surface. Les renseigne-ments obtenus permettrontd’aider les premiers intervenantsà utiliser efficacement le SCU encas d’intervention immédiate etleur permettront d’évaluer lesconséquences presque en tempsréel. Ces renseignements sontessentiels à la formation des

premiers intervenants sur l’utili-sation du SCU. Les capacités de gestion à long terme serontexaminées et on obtiendra desrenseignements essentiels à partirdes données sur la désorptionpour différentes surfaces, sur la stabilité et la toxicité de tout produit final, les incidences environnementales et l’examen du système sur la nécessité demesures correctives addition-nelles. Le SCU est un systèmeunique, puisqu’il recueille despreuves pouvant permettre dereconstruire et d’analyser les dispositifs, et l’on s’attend à ceque les recherches effectuéessoient cruciales pour l’analysecriminelle des résidus de moussequi permettra de déterminer lanature de tous les agents utilisés.



ObjectifsLe vol ou la perte de sources

radioactives représentent d’im-portants problèmes pour lacommunauté du contre-terrorismeradiologique et nucléaire. Cessources – même celles dont l’activ-ité est modérée (quelques Ci) –sont utilisables dans les dispositifsde dispersion radiologique (DDR)susceptibles de contaminer et deparalyser physiquement les grandesinfrastructures urbaines.

Dans de tels cas, le suivi etl’attribution constituent un prob-lème, puisque la presque totalitédes méthodes de détection de rayonnement conventionnelles exigent que le capteur soit à proximité de l’emplacement de lasource pour qu’elle soit trouvée.Par conséquent, le simple fait dedéplacer régulièrement la sourcepermettra de déjouer les tech-niques existantes.

Ce projet cherche à créer, mettre à l’essai et produire unnouveau système qui aidera lesautorités civiles à repérer précisé-ment d’anciens emplacements de source radioactive. Selon lapropriété physique immuable quiest au coeur de cette méthode,toute substance exposée à un ray-onnement ionisant emprisonnerades électrons à l’état excité etmétastable. La dépopulation forcéede ces états (par irradiation parlaser) entraînera une émissionconcomitante de photons. Lamesure de ces photons (à certainsniveaux d’énergie distincts) constituera une preuve patente

qu’une source radioactive était àproximité de ladite substance.Ainsi, cette technique de lumines-cence stimulée optiquement (OSL)aidera les autorités civiles à déter-miner les anciens emplacementsde la source, ce qui aidera à iden-tifier le déplacement de la source(et peut-être à en prédire ledéplacement futur) et à établirjuridiquement que la source étaitla possession d’un individu.

On a passé la première annéedu projet à la fabrication et à lamise à l’essai d’un système depilote de laboratoire pour étudier la technique OSL. Cela permetd’établir l’ampleur des signaux OSLde divers matériels. Le matériel leplus révélateur fera l’objet d’uneanalyse et d’une identification plus poussées. On utilisera alors les connaissances recueillies pourconcevoir et fabriquer un systèmede laboratoire amélioré, adaptéessentiellement aux analyses judi-ciaires des OSL. Un systèmeutilisable sur le terrain sera créé et mis à l’essai à partir de ce système laboratoire.

IRTC 02-0045RD Luminescence simulée optiquement (LSO)

RESPONSABLE DU PROJET :Recherche et développement pour la défense Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX : Sécurité publique et Protection civique Canada,Gendarmerie royale du Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Bubble Technology Industry, Inc. (BTI)

AUTEURS :Marc Desrosiers, Dr Tom CousinsRDDC Ottawa, 3701 avenue Carling,Ottawa, Ontario, K1A 0Z4tél : (613) 949-2739courriel : [email protected],[email protected]


Avec la base de données dematériaux existante que l’oncontinue d’enrichir, on tenterade déterminer dans le cadre du projet l’efficacité réelle. Pour ce faire, on utiliseradiverses méthodes :

1. Calculs visant à déterminerla durée pendant laquelleune source donnée doit êtreà proximité d’un matériaud’intérêt potentiel pour pro-duire un signal OSL fiable;

2. vérification de ces calculspar des expériences bienpensées;

3. contribution des organismesd’enquête (SCRS et GRC)pour que le produit final soit adapté à leurs besoins;

4. essais pratiques du systèmeOSL Forensic;

5. livraison à la force constabulaire.

ProgrèsrécentsAu cours des premiers stades de cetravail, on s’est concentré sur l’exa-men du matériau le plus adapté àla technique OSL et sur une indica-tion de leur sensibilité. Il est juste de dire qu’effectivement, tous lesmatériaux mis à l’essai jusqu’icidémontrent une certaine sensibilitéà la technique OSL. La clé pour l’avancement du projet, c’est qu’onpuisse identifier les matériaux quisont à la fois courants et sensibles à la techniques OSL. À plusieurségards, l’avenir du projet repose surle problème sempiternel d’améliora-tion du rapport signal sur bruit parexpérimentation astucieuse.

Les matériaux courants qui ontfait ou qui font l’objet d’essais sontles suivants :

1. dosimètre thermoluminescent(DTL) comme : Al2O3, LiF : MgCu P, CaF2 : Mn, Li2B4O7 : Mn.Tous ces matériaux sont utiliséscommercialement dans les DTL,et on s’attendait clairement àce qu’ils émettent des signauxOSL forts. Ces matériaux ser-vent de base aux essais del’équipement et des méthodesde traitement des signaux;

2. certains matériaux « ubiquistes »communs dont les suivants :poterie, brique, pierre de patio,roches variées, ciment, béton,céramique, dolomite (calcaire),gravier, feldspath, sable etscapolite. La plupart de cesmatériaux peuvent contenirdans une certaine mesure les

matériaux Al2O3, SiO2 oud’autres matériaux reconnuspour émettre des signaux OSL forts;

3. certains matériaux de con-struction communs comme les suivants : cloison sèche,carreaux de plafond, peinture,bardeau, cèdre, linoleum etplastique (p. ex., PEBD, PEHD,PTFE, etc.);

4. quelques matériaux ménagerscomme les suivants : sel detable, détersif de lave-vaisselle(sec), savon pour les mains et sucre.

Le tableau 1 résume certainsrésultats obtenus jusqu’ici :

Matériaux Seuil courant de signal OSL (mGy)

Al2O3 0,1

Sel de table 1

Feldspath 10

Sable/ciment 1000

Tableau 1 : Parties de la base dedonnées OSL courante

Une excellente base de donnéesOSL préliminaire a donc été établie.



Objectifs

L’outil d’aide à la décision basé sur les simulations est

un projet parrainé par l’Initiativede recherche et de technologieCBRN (IRTC) visant à accélérerl’intégration de techniques quipermettront à l’utilisateur d’ef-fectuer des simulations visuellesmultidimensionnelles d’interven-tion en cas d’incident chimique,biologique, radiologique etnucléaire (CBRN) à l’échelled’une zone d’opération. Ces simulations tiendront compte deplusieurs éléments : la dispersiondu danger avec le temps, les premiers intervenants, leursprocédures et leur équipementdans une zone géographiquedéterminée. L’utilisateur pourrapréciser, exécuter et analyser différents scénarios possibles,notamment le nombre et le typede détecteurs, les systèmes deprotection et les systèmes dedécontamination dans le contexteopérationnel, de même que le nombre et le type d’unités d’intervention d’urgence et leurs procédures.

L’outil d’aide à la décisionservira à la réalisation d’analysescomparatives avant l’achat, à laplanification des opérations et à laformation. Tout au long du projet,les premiers intervenants de la villed’Ottawa, l’Équipe provinciale d’intervention en cas d’urgence del’Ontario, les directeurs des Servicesdes incendies des Forces canadi-ennes, la Compagnie de défensenucléaire, biologique et chimiqueinterarmées et d’autres groupes

seront interrogés et nous tiendronscompte de leurs commentaires dansla mise au point de l’application.Ces groupes seront égalementinvités à évaluer l’application toutau long de son développement afinque ce projet demeure centré surl’utilisateur final.

Les décisions relatives à l’achat,au déploiement et à l’élaborationde procédures ne doivent pas êtreprises en vase clos à cause de l’in-terdépendance des systèmes et despaliers de préparation. Le décideurdoit disposer d’un outil d’aide à ladécision en cas d’incidents CBRNqui lui permet de :

� Maintenir une compréhensionet une appréciation du modèlede protection contre les inci-dents CBRN pour les différentspaliers de préparation ou d’intervention.

� Élaborer des scénarios pour différentes opérations, pourlesquelles on pourra simuler,au palier tactique, différentescombinaisons pour la détec-tion, la protection et ladécontamination, et dif-férentes procédures dans lecontexte de diverses menacesenvironnementales et CBRN.

� Effectuer des analyses prédic-tives par simulation au paliertactique permettant d’évaluerles coûts et les avantages de différentes combinaisons pourla détection, la protection, la décontamination et de différentes procédures.

� Effectuer des analyses prédic-tives techniques, au coursdesquelles on change et réé-

IRTC 02-0053TA Outil d’aide à la décision basé sur les simulations pour l’optimisation des systèmes de détection, de protection et dedécontamination, avec des structures d’équipes et des procédures

RESPONSABLE DU PROJET :R&D pour la défense Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :R&D pour la défense Canada(RDDC), Direction de la défensenucléaire, biologique et chimique(DDNBC)

AUTEUR :David Unrau, Greenley & Associates Inc., 5 Corvus Court, Ottawa, ON K2E 7Z4, tél : (613) 247-0342 x 205, courriel : [email protected]


Dans un avenir prochain, lesbesoins de base des utilisateursrelativement au système d’aide à la décision, exprimés sous laforme de diagrammes de tâches,seront examinés et validés par les utilisateurs. Tablant sur cesacquis, la mise au point techniqueprogressera jusqu’à l’automne2004, moment où une version initiale du système sera mise enapplication et évaluée par desreprésentants des utilisateurs.Cette évaluation permettra demieux cerner les exigences desutilisateurs et de raffiner la con-ception du système. S’inspirantdes améliorations apportées à la conception, on poursuivra ledéveloppement du système finaljusqu’au printemps 2005, où il sera alors examiné par des utilisateurs.

Voici quelques-uns des produitsimportants du projet :

� l’application logicielle d’aide àla décision,

� une base de données carac-térisant les détecteurs CBRN,les vêtements de protection etl’équipement d’interventionaux fins de la simulation, et

� un cadre pour la simulation de l’intervention en cas d’inci-dents CBRN, mobilisant unepremière sélection d’équi-pement et de modèlesd’entités.

L’application logicielle d’aide à ladécision sera directement utile auxpremiers intervenants à l’échellemunicipale, provinciale et fédérale,en particulier ceux qui travaillentdans un Centre des opérationsd’urgence et qui dispensent uneformation. Dans l’avenir, cette tech-nologie pourrait être utilisée entreautres pour appuyer les opérationset faciliter les activités de planifica-tion, d’analyse et de formation.

value, pour les mêmes scénarios tactiques, les carac-téristiques de performance dedifférents systèmes de détection,de protection, de décontamina-tion et de procédures.

ProgrèsrécentsLe projet en est actuellement à laphase de définition des besoins.Nous avons interrogé des premiersintervenants à l’échelle municipale,provinciale et fédérale afind’obtenir leurs commentaires relatifs au projet. Nous avonsélaboré des diagrammes de tâchesdécrivant les gestes des utilisateurset définissant leur interaction avecl’application logicielle, qui serontvalidés par des utilisateurs. Nousavons commencé la mise au pointtechnique de l’intégration desdivers systèmes logiciels requispour implanter l’outil d’aide à ladécision. Des interfaces ont étémises au point pour appuyer scientifiquement les modèles dedispersion, et une capacité initialede visualiser l’information sur ladispersion des dangers en 3D a étédémontrée. Le travail techniqueactuel porte sur la mise au pointd’un cadre de simulation permet-tant de simuler les dangers CBRNet les activités d’intervention. Lacollaboration avec les Systèmesd’information géographique (SIG)de la ville d’Ottawa a mené à lapréparation d’une simulation initiale en 3D pour cette ville.



On continuera à travailler à l’inté-gration du système d’identificationd’isotopes en temps réel et du logi-ciel d’alarme en temps réel. Onélaborera des protocoles d’alarmesplus perfectionnés et sensibles. Oneffectuera l’intégration de l’alarmeavec une procédure d’avertissement.

Ces innovations permettront la miseau point d’un dispositif produisantdes alarmes de rayonnement, maisavec un nombre peu élevé defausses alarmes, ce qui permettrade surveiller les radionucléides etde détecter avec une sensibilitéélevée des rejets exceptionnels dematières radioactives, ainsi que dedétecter le déplacement inhabituelde matières radioactives. La com-posante informatique intégrera les alarmes aux réactions opéra-tionnelles en cas d’incidentnucléaire et signalera rapidementl’incident aux premiers intervenantset aux décideurs centraux.

Objectifs

Ce projet vise à mettre au pointun système d’alarme expert

complet qui traitera et évaluera lesmesures continues des isotopes etdes champs de rayonnement, et quisera caractérisé par sa sensibilitéélevée et son nombre peu élevé de fausses alarmes. Il permettra de classer les événements et de diffuser l’information de manièreefficace, ce qui contribuera à la ges-tion, par la grappe de laboratoires,des incidents mettant en cause desradionucléides. Ce projet a pour but de développer des alarmes entemps réel, de déterminer la naturedes isotopes ou des incidents, d’ef-fectuer des analyses numériquesautomatisées très sensibles del’ensemble du spectre, de trans-mettre les données et les résultats

à haute vitesse vers plusieurssites éloignés et de sécuriser l’accès Web aux renseignementsdu réseau pour les premiersintervenants et les décideurs cen-traux. Cette innovation offrira unappui de groupe qui favorisera lepartage de l’information critiquerelative à la situation d’urgenceentre les différents utilisateurs.Les sorties seraient liées aux sys-tèmes d’aide à la décision pourl’agriculture, l’environnement etl’infrastructure à l’aide de cartesSIG qui permettront de coordon-ner les interventions municipales,provinciales et fédérales. Le sys-tème comprendra des capacitésde mesure qui faciliteront ladétection et l’évaluation rapidesde la contamination par desradionucléides.

ProgrèsrécentsLe système d’identification entemps réel des isotopes est terminéet il a été livré à l’ADRC. En outre,on a ajouté un producteur de messages sonores afin de faciliterl’utilisation du système par un seulopérateur. On a démontré que lesystème d’identification en tempsréel d’isotopes fonctionnait sur desplates-formes mobiles. Le systèmeest en cours d’essais dans deuxports. L’équipe du projet étudiel’utilisation du logiciel d’identifi-cation pour les recherches etpatrouilles en hélicoptère.

IRTC 02-0057TA Système canadien d’alarme du rayonnement pour la surveillance des infrastructures critiques


PARTENAIRE FÉDÉRAL :Agence des douanes et du revenu du Canada (ADRC)

AUTEURS :Ed Korpach, tél : (613) 952-5658, courriel : [email protected];

Kurt Ungar, tél : (613) 954-6675, courriel : [email protected];

Grant Gallant, tél : (613) 941-9552, courriel : [email protected]



L’installation du logicield’alarme en temps réel dans certaines stations de surveillance a été complétée. Le serveur dedonnées peut recevoir des appelsentrants et avertir visuellementl’opérateur qu’une alarme a étédéclenchée.

Objectifs

La libération intentionnelle d’a-gents très contagieux pour le

bétail et la volaille pourrait avoir degraves retombées sur l’agricultureet l’économie canadiennes. Pourpouvoir bien contenir et gérer detelles éclosions, il faut disposer destratégies adéquates d’intervention.Des modèles de simulation ont étéutilisés dans le passé en médecinevétérinaire pour évaluer les straté-gies optimales de lutte contre lesmaladies du bétail. Ces modèlespermettent aux décideurs et au personnel chargé des préparatifs en cas d’urgence d’explorer des scénarios possibles et de déterminer les effets de diverses mesures delutte, comme la vaccination, surl’ampleur, la durée et le coût deséclosions. Pour que ces modèles

soient efficaces, il faut avoir accès à des données de qualité sur lesexploitations agricoles et sur lapropagation des agents pathogènes.Des systèmes efficaces de gestiond’urgence qui emmagasinent detelles données « en temps de paix »et enregistrent des renseignementssur la progression d’une éclosionpeuvent fournir les données requi-ses pour l’établissement de modèlesde simulation de maladies.

L’objectif de ce projet est d’éla-borer des modèles de simulationqui permettent de prévoir et deprédire l’ampleur des éclosions, àpartir de données provenant d’unsystème de gestion des urgencesmettant en cause des maladies animales employé par le personnelde l’ACIA sur le terrain durant une éclosion de maladie animaleattribuable à un acte terroriste. Ceprojet d’une durée de quatre ans adébuté en juillet 2003 et se termi-nera en décembre 2007. Durant lapremière année, nous avons mis au point un modèle de simulationstochastique pour la propagation de certaines armes biologiquespotentielles visant les animaux :fièvre aphteuse, fièvre porcine clas-sique, influenza aviaire hautementpathogène et forme exotique de la maladie de Newcastle. Deux versions de ce modèle ont étéélaborées. La première version a été conçue par l’USDA-APHIS et est utilisable sur des ordinateursportatifs et de bureau. Ce modèle a été mis au point pour la premièrefois en 1999 et a été modifié par la suite dans le cadre du présentprojet par l’USDA-APHIS etl’Université d’État du Colorado en collaboration avec tous les

partenaires du projet. La deu-xième version est un modèle desuperordinateur mis au point parl’Université de Guelph dans lecadre du projet grâce à la contri-bution de tous nos partenaires,l’USDA-APHIS fournissant le codesource de son modèle.

La deuxième année du projetsera consacrée à la mise au pointpar Environnement Canada d’unmodèle de dispersion atmo-sphérique visant à prédire lapropagation spatiale d’armesagroterroristes visant les animauxqui peuvent être dispersées par levent. La validation du modèle desimulation stochastique se feraégalement la deuxième année etcomportera notamment des exam-ens par des comités d’experts, unecomparaison des données produitespar le modèle avec les éclosionspassées et une comparaison avecd’autres modèles existants. Au coursde la troisième et de la quatrièmeannées, nous effectuerons des testset mettrons en œuvre le système de gestion des urgences mettant encause des maladies animales. Cesystème comprendra une com-posante d’accès par ordinateur debureau et à distance qui permettraaux inspecteurs sur le terrain d’en-trer rapidement les données dans lesystème pendant qu’ils se trouventdans l’exploitation agricole. Il est constitué d’un groupe centrald’applications qui retrace lesdossiers sur la santé animale, lesdonnées sur l’emplacement desexploitations agricoles, les datesd’inspection et les résultats de laboratoire, et il comprend uneautre application spécialisée dans la gestion des urgences qui sera

IRTC 02-0066RD Élaboration de programmes de simulation pour se prémunir contre le bioterrorisme visant le bétail

RESPONSABLE DU PROJET :Agence canadienne d’inspection des aliments

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Environnement Canada

AUTRES PARTENAIRES :United States Department ofAgriculture, Animal and Plant HealthInspection Service, ministère del’Agriculture et de l’Alimentation de l’Ontario, Université de Guelph,Université d’État du Colorado

AUTEUR :Dre Caroline Dubé, 174 Stone Rd W.,Guelph (Ontario) N1G 4S9, courriel : [email protected]


couplée au groupe central. Toutesces applications sont essentiellespour fournir des renseignementsexacts et à jour aux modèles desimulation de maladies.

L’identification, par la modé-lisation, de facteurs critiques dansdes éclosions d’envergure enAmérique du Nord et la créationd’une banque nord-américaine de scénarios hypothétiques d’éclo-sions accompagnés de mesuresoptimales de lutte pré-identifiéessont deux activités qui seront égale-ment menées à bien au cours de latroisième et de la quatrième annéesdu projet.

Les outils élaborés dans lecadre de ce projet devraient per-mettre à l’Amérique du Nordd’être mieux préparée à la libéra-tion délibérée d’agents pathogènespour les animaux, car elle dis-posera de meilleurs outils depréparation, de prise de décisions et de gestion des éclosions.

ProgrèsrécentsLes modèles de simulation sto-chastique ont été mis au point etprogrammés durant la premièreannée du projet. L’essai comparatifdes deux versions a été effectuépar le biais d’une série de tests mis au point par l’Université deGuelph qui visaient à s’assurer queles deux versions comprenaient lesmêmes concepts et donneraientenviron les mêmes résultats si lesmêmes paramètres d’entrée étaientemployés. L’Université de Guelpha élaboré une approche pour lavalidation des modèles de maladiesinfectieuses qui pourrait être uti-lisée par d’autres concepteurs demodèles dans le monde. Cestravaux seront présentés lors de la conférence GISVET à Guelph,en Ontario, du 23 au 25 juin.

Un comité d’experts formé despécialistes des maladies et de lamodélisation du monde entier aété constitué. Ces experts ont con-venu de se rencontrer du 14 au 18 juin 2004 pour valider leshypothèses, les méthodes et lesprogrammes utilisés dans les mo-dèles de simulation stochastique.L’objectif est de rehausser la crédibilité des modèles à l’échelleinternationale et nationale, etd’accroître la confiance desdécideurs dans les applications et les résultats obtenus à l’aide du modèle.

Une équipe nord-américaine de modélisation a été créée au seindu Comité nord-américain de lasanté animale pour collaborer à l’utilisation du modèle de simula-tion stochastique au Canada, auxÉtats-Unis et au Mexique. L’équipea reçu une formation en février eten mai 2004.

Environnement Canada a terminé l’examen des divers modèles existants de dispersionatmosphérique pour les maladiesanimales et est en train d’inclureles paramètres biologiques pourles agents pathogènes dans sesmodèles génériques de dispersiondes particules.

79

Les activités suivantes sontprévues :

� Validation des modèles desimulation stochastique entreavril 2004 et janvier 2005;

� Mise au point de la versionbêta du modèle de dispersionatmosphérique d’ici juillet2004;

� Études de sensibilité du mod-èle de simulation stochastiqueet identification des facteurscritiques dans des éclosionsd’envergure au Canada entrejanvier 2005 et janvier 2006;

� Mise au point de la versionfinale du modèle de dispersionatmosphérique d’ici septembre2005;

� Évaluation de divers scénariosde libération d’agentspathogènes et d’éclosion,détermination des mesures delutte optimales et création dela banque de scénarios pour leCanada, de janvier 2006 àjuin 2007;

� Implantation du groupe cen-tral d’applications du systèmede gestion des urgences met-tant en cause des maladiesanimales, juillet 2006;

� Implantation de la version àdistance des applications dugroupe central du système degestion des urgences mettanten cause des maladies ani-males, janvier 2007;

� Implantation de l’applicationde gestion des urgences dansle cadre du système de gestiondes urgences mettant encause des maladies animales,mai 2007;

� Mise en œuvre et installationà l’échelle nationale du sys-tème de gestion des urgencesmettant en cause des mal-adies animales, décembre2007.



Objectifs1. Trouver et mettre à l’essai

de nouvelles méthodes derestauration des zones et des installations après uneattaque CBRN.

2. Compiler les méthodes connues de restauration et évaluer ces concepts.

3. Rédiger des manuels de procé-dures pour la restauration desimmeubles et d’autres zones.

4. Trouver de nouvelles idéespour la restauration des zones.

5. Évaluer et mettre à l’essaitoutes les idées possibles pour larestauration des installations aulaboratoire et à petite échelle.

6. Élaborer des procédures deramassage des contaminants, deneutralisation, d’encapsulation,de concentration ou de sépara-tion et d’élimination finale.

L’objectif du projet consiste àrecueillir et à compiler de l’infor-mation sur toutes les méthodesconnues de restauration des zones,y compris des immeubles, desextérieurs d’immeubles, du con-tenu des immeubles et des zonesadjacentes aux immeubles, commeles terrains de stationnement, lespelouses, les véhicules, etc., puis à les vérifier et à les valider. Celacomprend l’air à l’intérieur desimmeubles et les surfaces conta-minées. La restauration inclut leramassage, la neutralisation, ladécontamination, l’enlèvement etla destruction/l’élimination finaledu contaminant, le nettoyage/la

neutralisation des matériaux etdétritus ayant été contaminés à la suite de l’attaque. En outre, leprojet vise à élaborer de nouvellesidées et à vérifier si les idées existantes peuvent être appliquéesau processus de restauration.

Ce projet est un effort de R etD qui porte sur la contaminationchimique, biologique et nucléaire.L’objectif est d’élaborer une série de méthodes de décontamination etde remise en état des immeubles etdes zones à la suite d’une attaqueCBRN. Au moins 16 méthodesseront mises à l’essai. Citons entreautres le ramassage du contami-nant, sa neutralisation ou sonencapsulation, sa concentration ouséparation et son évacuation finale.Certaines méthodes comprennentplus d’un procédé et peuvent comporter la neutralisation ou ladestruction et également le ramas-sage du contaminant. Les conceptsseront tirés de diverses sources,notamment des travaux fouilléseffectués aux États-Unis, qui ontpermis entre autres l’établissementde liens avec plusieurs organismesdu gouvernement américain ainsique leurs entrepreneurs du secteurprivé. La méthode comporte unevaste enquête, suivie d’un test àl’échelle du laboratoire auquelseront soumis les meilleurs candi-dats. Toutes les cibles chimiqueschoisies seront mises à l’essai, ainsiqu’au moins un modèle biologiqueet au moins un radio-isotope. Cesefforts permettront également d’évaluer les méthodes qui s’appliquent à tout l’éventail de risques CBRN.

IRTC-02-0067RD Restauration des installations et des zones après une attaque CBRN

RESPONSABLE DU PROJET :Environnement Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, EnvironnementCanada, RDDC

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Science Applications InternationalCorporation, United StatesEnvironmental Protection Agency,VLN Ottawa, Vanguard Stoney Creeket Hytec Calgary

AUTEURS :Merv Fingas, EnvironnementCanada, 335, chemin Rivière,Ottawa, tél : 998-9622, courriel : [email protected];

Stefan Wagener, Centre scientifiquecanadien, Winnipeg, Man., tél : (204) 789-2029, courriel : [email protected];

Dr Tom Cousins, RDDC-Ottawa, Ont., tél : 998-2312, courriel : [email protected].


La première étape consiste àeffectuer des expériences à l’échelledu laboratoire au cours desquelleson vérifiera certains des conceptsproposés, en utilisant des tech-niques de laboratoire standard. La deuxième étape, soit la portionradiologique, se conformera à laprémisse selon laquelle la déconta-mination radiologique se fait endeux phases, soit l’enlèvement et la concentration/enlèvement desradio-isotopes à l’aide d’un liquidede décontamination. La troisièmeétape consiste en la vérification desautres méthodes possibles à petiteéchelle. L’OTAN et RDDC Suffieldont mis au point des tests « stan-dard » sur une petite surface. Les essais de produits chimiquesseront réalisés dans les installationsd’Environnement Canada àOttawa; les essais de produitsbiologiques seront effectués dansles installations de Santé Canada àWinnipeg et les essais radiologiquesseront menés dans les installationsradiologiques à RDDC Ottawa. La quatrième étape consiste en lapréparation des méthodes dedécontamination et de restauration.Une approche composée de dif-férentes options sera élaborée dans le but de fournir des ren-seignements sur l’abandon et laquarantaine par opposition au nettoyage. Au cours de lacinquième étape, on rédigera unrapport détaillé sur toutes les étapesdes travaux. Le rapport servira defondement à un manuel détaillé de restauration des installations.

Les travaux comportent vingtétapes, dont quatre ont maintenantété menées à bien :

1. Passer en revue les publicationsdisponibles sur les méthodes de décontamination chimique,radiologique et biologique, y compris les procédés deramassage des contaminants,de neutralisation, d’encapsula-tion, de concentration, deséparation et d’élimination

finale du matériel de nettoyageet des détritus laissés à la suitede l’incident. Le personnel participant aux projets dedécontamination dans lemonde seront consultés en vue d’obtenir des idées et deprofiter de leur expérienceantérieure dans le domaine.

2. Utiliser les substances/organismes et menaces CBRNprioritaires et décrire les typesles plus probables; regrouper les substances/organismes enclasses aux fins de l’évaluationde la décontamination. Décrireles types les plus probables etles caractéristiques de la con-tamination et des déchets quiseraient créés sur les planschimique, biologique et radiologique.

3. Rencontrer tous les organismescanadiens et américains possé-dant de l’expertise et del’expérience dans les aspectsde la restauration indiqués en 1.

4. Examiner les concepts déjàretenus, notamment certainesdes matières et méthodes dedécontamination brevetées déjà utilisées lors d’attaquesCBRN précédentes.

ProgrèsrécentsLa première année du projet estmaintenant terminée et a consistésurtout en un dépouillement despublications et la réalisation de certaines expériences contrôlées enlaboratoire. Lors du survol de la lit-térature, environ 300 documentsont été mis au jour, ce qui est beaucoup plus que ce que l’on avait prévu au départ. Toutefois,bon nombre des documents ne sontpas de nature quantitative. Il existede nombreux articles généraux sur

le sujet. Les publications, qui n’ontpas fait ressortir de nouvelles idéesimportantes, ont été synthétisées enun aperçu détaillé de la littératureaccompagné de tableaux synop-tiques. Plusieurs idées nouvelles ont été proposées par le groupe de travail, en particulier pour laportion chimique. Des études duréactif de Fenton utilisé commedécontaminant général ont étéeffectuées dans les laboratoiresd’Environnement Canada de mêmequ’à RDDC Suffield. Il semble quece réactif ait beaucoup de potentielpour la décontamination générale,en particulier la décontaminationchimique et biologique.

Une étude en laboratoire a étémenée à bien sur la faisabilité de la décontamination de diversmatériaux de construction tels que le bois, les tuiles de plafond,l’Arborite, le tapis, les panneauxmuraux, etc. Les résultats de cetteétude devraient être disponiblesbientôt; ils montreront commentdans l’avenir on décontaminera cessurfaces. Les conclusions peuventaller dans un sens ou dans l’autre :soit que la surface particulière peutêtre décontaminée sur place ouqu’une décontamination en pro-fondeur n’est pas possible et que le matériau doit être enlevé et traité par un autre moyen (p. ex.incinération ou décontaminationpoussée dans un circuit).


Voici les étapes qui restent :

5. Élaborer de nouvelles idées pourles diverses mesures de restaura-tion et les consolider lors deséances de remue-méninges.

6. Recueillir et évaluer tous lesconcepts présentés aux points 1 à 5 ci-dessus en les regroupantdans un rapport. Évaluer cesrenseignements dans le con-texte de leur applicabilité, desavantages et inconvénientsqu’ils présentent pour les substances/organismes prio-ritaires identifiés dans lesgrappes IRTC comme étant prioritaires. Déterminer lesmeilleures techniques et technologies acceptables quipourraient être utilisées pourrépondre aux menaces de façonassez fiable. Cerner et résumerles lacunes.

7. Effectuer des expériences en laboratoire afin d’examiner lafaisabilité des démarches et leseffets sur les substrats choisis.

8. Réévaluer les nouveaux con-cepts fondés sur les essais en laboratoire.

9. Concevoir des essais à petiteéchelle pour tous les groupes –chimie, biologie, radiologie. Pourla décontamination radiologique,on peut choisir un substitut pourles essais préliminaires, mais l’utilisation d’agents vivants constitue la seule démarche permettant de valider unetechnique. Les groupes ciblespour chaque grappe compren-dront toutes les substances,

les organismes et les menacesd’intérêt prioritaire pour chaquealerte CBRN. Les essais stan-dard, comme ceux qui ont été effectués à RDDC Suffieldpour les agents chimiques etbiologiques, seront examinés envue de déterminer leur applica-bilité. Les éléments mis à l’essaià Suffield ne seront pas testésde nouveau, mais les résultatsseront intégrés dans cette série.

10. Soumettre les meilleurs conceptspour chaque élément CBRN cibleà des essais à petite échelle pourdéterminer le processus deramassage du contaminant, deneutralisation ou d’encapsula-tion, de concentration ou deséparation et d’élimination finaledes matériaux de nettoyage etdes détritus laissés à la suite de l’incident.

11. Examiner les résultats des essaispour chaque matrice d’agents et processus de restauration.Réévaluer les processus possi-bles de restauration et toutenouvelle idée. Traiter les donnéesde manière à produire des estimations du potentiel de nettoyage de chaque méthode.Comparer ces valeurs avec lesobjectifs de nettoyage connus ou publiés.

12. Soumettre encore une fois lesidées nouvelles à des essais àpetite échelle ainsi que touteidée de la première heure nécessitant de nouveaux essais.

13. Élaborer des procédures fondéessur des essais à petite échelle et

à échelle moyenne. Intégrer lesprocédures des autres étudesmentionnées précédemment.

14. Effectuer une estimation descoûts pour les méthodes et préparer un arbre de décisionportant sur les méthodes derestauration, y compris uneméthode de décision permettantde choisir entre les options denettoyage et de quarantaine.

15. Réévaluer les méthodes de net-toyage en les comparant à laliste des substances/organismesd’intérêt prioritaire.

16. Réexaminer les sources clés d’information au Canada, auxÉtats-Unis et ailleurs dans lemonde pour vérifier les ren-seignements, recueillir del’information nouvelle et obtenirdes commentaires concernantles résultats actuels.

17. Rédiger un rapport final sur tous les résultats et les renseignements.

18. Rédiger un manuel détaillé surles procédures de restauration.

19. Examiner tous les rapports oumanuels et apporter les change-ments nécessaires.

20. Distribuer les rapports aux per-sonnes susceptibles d’utiliser ou de diffuser ces publications.



Objectifs

Le Laboratoire national demicrobiologie, de concert avec

RDDC Canada – Suffield, est entrain d’établir une capaciténationale pour le typage molécu-laire de Bacillus anthracis, Francisellatularensis et Yersinia pestis. La détec-tion rapide et la caractérisation despathogènes humains contribuentde façon critique à réduire au minimum l’impact des actes debioterrorisme et à faciliter lesenquêtes en microbiologie légale.La capacité d’identifier la signatureADN des souches nous permettrad’effectuer des enquêtes épidé-miologiques pour retracer lasource possible d’une éclosion à la suite de la mise en circulationdélibérée d’une arme biologique et aussi de faire des recherchesmédico-légales durant uneenquête sur un biocrime.

Les techniques de typagemoléculaire comme l’analyse multilocus des répétitions en tandem de nombre variable(VNTR), le typage génomiquemultilocus (MLST) et le géno-typage des polymorphismesmononucléotidiques (SNP) sont en train d’être implantées pour la génération de signatures dessouches d’isolats mis en cause lorsd’un événement. L’analyse multi-locus des VNTR est une méthodede sous-typage ayant un grandpouvoir de discrimination; elle caractérise les locus génétiques qui changent très fréquemment et aide à déterminer si une souche est liée à une autreapparue à l’intérieur d’une

période relativement courte. LeMLST sera mis au point pour cara-ctériser les locus génétiques quiévoluent à un rythme plus lentmais constant et qui peuvent êtreutilisés pour sous-typer l’organismeà l’intérieur d’un groupe clonal plus large. Les polymorphismesmononucléotidiques (SNP) four-nissent des cibles pouvant êtreutilisées comme marqueurs géné-tiques dans les études moléculaires,évolutives et en population, en particulier dans le cas de souchesclonales d’espèces bactériennes, etpeuvent se prêter à une analyse àhaut débit.

ProgrèsrécentsOn ne savait rien de la diversitémoléculaire de la collection d’isolatsde B. anthracis, de Y. pestis ou de F. tularensis que possédait SantéCanada. Des marqueurs microsa-tellites ont été identifiés dans lestrois pathogènes et une analysemultilocus des VNTR a permis detyper les isolats de la collection.L’analyse génomique des VNTR dehuit locus de B. anthracis a classé six isolats dans un groupe généralA1.a, un isolat dans le groupe A3 et un isolat comme un nouveaugénotype différent au niveau dulocus vrrC1 (Keim et al., 2000.Journal of Bacteriology 182:2928-2936). Onze génotypes distincts deF. tularensis ont été identifiés, à par-tir de l’analyse de 9 locus de VNTR,et nous avons constaté que les sixisolats de Y. pestis étaient uniquesd’après une analyse génomique de

IRTC 02-0069RD Épidémiologie moléculaire des agents biologiques dangereux

RESPONSABLE DU PROJET :Laboratoire national de microbiologie, Santé Canada

PARTENAIRE FÉDÉRAL :Recherche et développement pour la défense Canada – Suffield

AUTEURS :Louis Bryden, Laboratoire nationalde microbiologie, Winnipeg, Man.,tél : (204) 789-2000, courriel : [email protected];

M. Mulvey, Laboratoire national demicrobiologie, Winnipeg, Man., tél : (204) 789-2133, courriel : [email protected];

Doug Bader, RDDC Canada –Suffield, Medicine Hat, Alb., tél : (403) 544-4650, courriel : [email protected];

A. Kabani, Laboratoire national demicrobiologie, Winnipeg, Man., tél : (204) 789-6056, courriel : [email protected];

Eric Leblanc, Centre de recherche eninfectiologie, Sainte-Foy, Qc, tél : (418) 654-2705, courriel :[email protected];

Michel G. Bergeron, Centre derecherche en infectiologie, Sainte-Foy, Qc, tél : (418) 654-2705, courriel :[email protected].


Pour l’année qui vient, l’objectifest de terminer le sous-typagedes VNTR pour tous les isolats de B. anthracis, Y. pestis et F. tularensis trouvés dans les collections nationales (SantéCanada et RDDC Suffield), et decréer avec le logiciel Bionumericsune base de données sur lessouches typées d’après les profilsde séquence et de fragments deVNTR. L’équipe continuera d’éva-luer les SNP cibles identifiés surles plasmides et dans le génomede B. anthracis. Elle commenceraà cribler les marqueurs potentielsqui se prêtent à un MLST des iso-lats de Y. pestis et de F. tularensiset à identifier les cibles poten-tielles pour l’analyse des SNP. Le projet devrait contribuerfinalement à augmenter la capacité de sous-typage à hauterésolution de B. anthracis, Y. pestis et F. tularensis avec des indices très discriminantsdans deux laboratoires fédéraux,à améliorer la capacité de carac-térisation à haut débit des isolatsau cours d’une attaque bioterro-riste et à créer une base dedonnées nationale sur lessouches typées.

14 locus polymorphiques. Desméthodes à haut débit sont en traind’être mises au point et tentent deséparer les allèles des marqueurs enfonction de la taille en utilisant unanalyseur génétique ABI 3100 pourB. anthracis. L’utilisation du logicielBionumerics a permis la créationd’une base de données de référencepour faciliter le suivi des éclosions.

Nous avons évalué l’utilité de l’usage des SNP identifiés dansle plasmide de virulence pX01 deB. anthracis comme marqueurspotentiels de la discriminationgénétique de ces isolats. Uneanalyse génomique comparativede ces marqueurs n’a mis en évi-dence aucune variation dans laséquence par rapport aux isolatscanadiens génétiquement distincts.La comparaison des séquencescanadiennes avec la séquence de la souche « Florida » a fait ressor-tir sept SNP, alors que dix SNP ontété observés lors d’une comparai-son avec la souche « Sterne ».L’absence de variation dans lesmarqueurs SNP dans le plasmidepX01 n’était pas corrélée avec lavariabilité génétique établie parl’analyse multilocus des VNTRpour les isolats canadiens; ces SNPsont donc d’une utilité limitéecomme marqueurs de la diversitédes espèces. D’autres marqueurspossibles basés sur les SNP depX02 et les indels dans le chromo-some de B. anthracis seront étudiés.



Objectifs

Le projet des Outils d’évaluationet de gestion du risque psy-

chosocial (EGR) est une initiativede l’Institut de recherche sur la santé des populations del’Université d’Ottawa, dirigée parles Dr Lemyre, Krewski et Clarke,en collaboration avec l’Institute forRisk Research de l’Université deWaterloo et en partenariat avecSanté Canada, l’Agence canadienned’inspection des aliments et la villed’Ottawa. Le projet offrira un cadreintégré de gestion des aspects psy-chosociaux des risques CBRN demême que des lignes directricesspécifiques concernant l’évaluationdu risque posé par les agentsCBRN, la perception, l’évaluation et la communication des risques.Des outils bilingues et pratiques deformation sur le terrain seront ainsicréés pour accroître la capacité desprincipaux intervenants au Canadad’atténuer les effets psychosociauxet sanitaires découlant des menaceset attaques CBRN chez les humains.

Le Canada doit améliorer sapréparation aux situations d’ur-gence afin d’être en mesure demieux gérer les interventions encas de menaces ou d’attaquesCBRN à court ou à long terme. Des recherches indiquent que leseffets comportementaux et psy-chologiques d’actes de terrorismeCBRN risquent d’être les con-séquences les plus répandues, lesplus graves et les plus coûteuses.Comme l’intervention en cas d’actede terrorisme CBRN est unique etdépend de l’agent et de la formequ’il prend, on se rend maintenant

compte que l’intervention peut êtreeffectuée par un éventail de pre-miers intervenants non habituels,notamment des autorités locales ensanté publique, des dispensateursde soins de première ligne, desinspecteurs des aliments et desintervenants non professionnels. Il est essentiel qu’une formationadéquate soit donnée à tous lesprincipaux intervenants si l’on veutgérer les effets psychologiques aiguset chroniques du terrorisme CBRN.

Le projet vise les objectifs suivants :

� Élaborer un cadre de gestiondu risque psychologique inté-gré pour les agents CBRN auCanada où le risque est évaluéen tenant compte de la per-ception du public et desdimensions psychosociales, afin d’accroître la capacité demettre sur pied rapidement desstratégies d’intervention effi-caces à la suite d’une menaceou d’une attaque CBRN.

� Élaborer une série d’outilsd’EGR et une formationaccompagnés de stratégies,d’arbres de décision et de lignesdirectrices. Les modules psy-chosociaux incluront dessurvols des études publiéesfondées sur des preuves et desrésultats d’enquête qui évalu-ent les perceptions des risquesCBRN et les effets psychosoci-aux du terrorisme CBRN sur le grand public et les premiersintervenants. Les travauxporteront principalement surles diverses catégories d’agents,de vecteurs et de populationscibles, tant pour les menacesque pour les attaques réelles.

IRTC 02-0080RD Outils d’évaluation et de gestion du risque psychosocial(EGR) dans le but d’améliorer l’intervention en cas d’attaque ou de menace CBRN au Canada

RESPONSABLE DU PROJET :Institut de recherche sur la santé despopulations, Université d’Ottawa

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Santé Canada, Agence canadienned’inspection des aliments (ACIA)

AUTEURS :L. Lemyre, 1, rue Stewart (app. 312),Ottawa (Ont.) K1N 6N5, tél : (613) 562-5800, poste 1196(assist. poste 2321), courriel : [email protected];

M. Clément, W. Corneil, R. Clarke et D. Krewski.


ProgrèsrécentsQuatre dépouillements de publica-tions fondées sur des preuves ontété effectués récemment pour per-mettre d’identifier les meilleurespratiques dans le domaine. Cessurvols ont porté principalementsur quatre sujets différents :

1. examen des agents CBRN et deleurs effets comportementaux,

2. examen des effets psychosoci-aux des menaces et attaquesCBRN,

3. examen des interventions psy-chosociales pour les menaces et attaques CBRN et

4. examen des publications sur lacommunication des risques.

Le mode de présentation de cesdocuments sera modifié plus tardpour mieux répondre aux besoinsdes intervenants (consultationfacile), et un comité indépendantd’experts supervisera l’élaborationd’une série de recommandationsconnexes.

Un premier réseau d’inter-venants et de collaborateurs a été créé :

1. avec la Ville d’Ottawa et ses initiatives dans le domaine des services d’urgence

2. la région de Waterloo et sespremiers intervenants

Un lien avec les réseaux suivants a également été établi :

1. la Biosecurity SummitConference à Washington, DC,

2. la Conférence canadienne surla santé publique et la luttecontre le terrorisme à Toronto,

3. un expert-conseil et un éva-luateur de la stratégie del’Organisation mondiale de la santé,

4. l’Australia-Canada Conferenceon Population Health àl’Université d’Ottawa, séancesur la préparation psychosocialeaux actes terroristes et auxcatastrophes, avec BeverleyRaphael, et

5. une discussion en table rondeavec des intervenants et desresponsables politiques portantsur la préparation et l’interven-tion en cas d’incident CBRN.

Une deuxième table ronde avecdes intervenants clés est prévue etelle sera suivie d’une consultationapprofondie dans deux villes :Ottawa et Waterloo. Des visitessur le terrain sont égalementprévues pour recueillir de l’infor-mation sur les pratiques et lesbesoins psychosociaux actuels.

D’autres dépouillements de littéra-ture seront effectués pour dresserune liste des protocoles d’urgencequi existent actuellement et éla-borer un lexique et une listed’acronymes utilisés sur le terrain.

À la lumière de la synthèse de lalittérature et de l’observation despratiques, un outil intégré d’EGRpsychosocial sera mis au point etmis à l’essai auprès de diversgroupes d’intervenants.

Un protocole d’évaluation desbesoins sera élaboré pour les servi-ces d’urgence à partir de groupesde discussion et de questionnaires.

Une étude d’évaluation généraledes besoins et de la perception du risque dans la population sera

menée à bien au moyen d’uneimportante enquête nationale complétée par des groupes de discussion.

Puis, au cours de la troisième et dela quatrième année du projet, unprotocole d’étude, appuyé par uncomité d’experts, sera établi pourles modules de formation. Ceux-ciseront ensuite mis à l’essai dans lecadre d’expériences sur place etrévisés en conséquence.

Des partenariats récents avec la Croix-Rouge canadienne, laSociété canadienne de psycho-logie, l’Association canadienne de santé publique de même que le Conseil de recherches en scien-ces humaines nous permettrontd’étendre les résultats de notre recherche.



Objectifs

En créant une puce à ADNgénomique de Clostridium

botulinum de type A, ce projetfournira (1) une méthode rapide de détection de la présence degènes structuraux de la neuroto-xine botulinique (BoNT) dans desmicro-organismes (répondant auxbesoins en matière de prévention,de surveillance et d’alerte), (2) uneméthode de sous-typage basée surla génomique comparative (répon-dant aux besoins en matièred’expertise judiciaire) et (3) unoutil pour les analyses de l’expres-sion génique dans C. botulinum detype A (répondant aux besoins enrecherche fondamentale).

La première étape du projetconsiste à produire et à valider lapuce pour C. botulinum. Tous lestravaux ont jusqu’à présent étéeffectués à l’Institute of FoodResearch (IFR) au Royaume-Uni.

Voici les principales étapes du projet :

� Conception d’amorces (octobre 2003)

� Synthèse d’amorces (mars 2004)

� Amplification par PCR desgènes (juillet 2004)

� Impression de la puce (octobre 2004)

� Validation de la puce (décembre 2004)

� Distribution des lames de lapuce (janvier 2005)

� Mise au point d’une méthodede typage génomique de C. botulinum (septembre 2006)

� Mise au point d’une méthodede détection rapide et d’identi-fication au moyen d’une pucedes clostridies produisant desBoNT (décembre 2007)

ProgrèsrécentsLes recherches à l’IFR ont devancél’échéancier. La séquence géno-mique de la souche ATCC 3502(souche Hall A) de C. botulinum detype A a été établie récemment(http://www.sanger.ac.uk/Projects/C_botulinum/). Le génome con-tient 3 886 916 pb et est composéde 3 649 gènes. Il y a également unplasmide de 16 344 pb et le con-tenu moyen de G+C est de 28,2 %.La puce est basée sur cetteséquence et également sur laséquence d’autres gènes de neurotoxines disponibles.

Les amorces ont été mises au point en collaboration avec le Dr Al Ivens (Sanger Institute) et ont maintenant été synthétisées.Ces amorces ont été utilisées pourl’amplification par PCR des gènes.Une première impression de lapuce devrait avoir lieu en avril à l’IFR. Cette puce contiendra3 453 gènes de la souche Hall A,ainsi que les séquences uniques 5’et 3’ des gènes des neurotoxines deC. botulinum de type B, C, D, E, F etG et de C. barati de type F.

IRTC-02-0091TA Puce à ADN génomique de Clostridium botulinum de type A

RESPONSABLE DU PROJET :Bureau des dangers microbiens,Direction générale des produits desanté et des aliments, Santé Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Institut des sciences biologiques,Conseil national de recherches du Canada

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Institute of Food Research, NorwichResearch Park, Norwich, R.-U.

AUTEURS :Marjon H.J. Bennik1, Michael W. Peck1 et John W. Austin2

1 Institute of Food Research, Norwich Research Park, Norwich, R.-U.tél : 44-1603-255251; courriel : [email protected],[email protected]) et

2 Bureau des dangers microbiens,Direction générale des produits desanté et des aliments, SantéCanada, Pré Tunney, Ottawa, Ont.tél : (613) 957-0902; courriel : [email protected])


D’autres travaux sont nécessairespour produire la première généra-tion de lames de la puce pourC. botulinum. Il faudra entre autres(i) mettre à l’essai et valider la puceet (ii) effectuer d’autres tests pourinclure les gènes qui ne se trouventpas actuellement sur la puce. On s’attend à ce que les étapesprévues soient menées à bien dansles délais convenus ou avant. Unefois que la puce sera achevée,d’autres recherches porteront surl’utilisation de la puce pour ladétection de clostridies contenantdes gènes structuraux des neuroto-xines botuliniques, sur le typagegénomique des souches de C. bo-tulinum et l’établissement des profils d’expression.

Une méthode rapide faisant appelà une puce sera mise au point pourla détection et la différenciation dessept sérotypes (de A à G) de clostri-dies productrices de neurotoxinesbotuliniques. On analysera entreautres toutes les souches de C. bot-ulinum, les souches de C. butyricumproductrices d’une neurotoxine detype E, les souches de C. barati pro-ductrices d’une neurotoxine de type

F et les souches de C. argentinenseproductrices d’une neurotoxine de type G. Cette méthode devraitpermettre l’identification sans équivoque des sept sérotypes de C. botulinum d’après les différencesobservées dans les séquences desgènes structuraux des neurotoxinesbotuliniques. La puce peut égale-ment détecter les neurotoxinesmodifiées génétiquement. La mé-thode devrait être simple, rapide etrobuste et devrait pouvoir égalementêtre utilisée pour l’identification et la caractérisation des clostridies productrices de neurotoxines botuliniques.

La puce à ADN génomique de C. botulinum de type A sera utilisée dans le cadre d’études degénomique comparative portant sur des isolats alimentaires, envi-ronnementaux et cliniques. Lesrelations phylogénétiques entre lessérotypes et au sein de ces derniersprésentent beaucoup d’intérêt, carelles fourniront des renseignementssur les différences génomiques quisous-tendent la distribution environ-nementale, la croissance et lasurvie des différents sous-types

dans les aliments. Cela permettraégalement de typer les isolats auniveau de chaque gène et d’avoirainsi un outil puissant pour lesenquêtes médico-légales.

De plus, la puce sera utilisée pourétudier l’expression génique dansC. botulinum. Ces travaux permet-tront d’obtenir des renseignementssur la base moléculaire de phéno-types importants de C. botulinum,notamment sur la germination et la sporulation, ainsi que sur la réaction aux changements environnementaux.

Une fois mise au point, la puce serautilisée au laboratoire du Service de référence pour le botulisme auCanada et dans les laboratoires del’IFR, de même que dans d’autreslaboratoires en Finlande et enFrance. La puce sera aussi vendueau prix de revient à d’autres labora-toires du monde entier.



Objectifs

La diffusion d’agents chimiques,biologiques, radiologiques ou

nucléaires (CBRN) par des terro-ristes ou des États voyous dans une ville nord-américaine (ou tout centre urbain densément peuplé) et les expositions, retombées etcontaminations qui s’ensuivraientconstituent de nouvelles menacesdans le contexte incertain dumonde contemporain. Le transport,la dispersion, la retombée et l’évo-lution d’agents CBRN diffusés dans une ville est une questionextrêmement complexe qui recouvre plusieurs échelles spatio-temporelles. (Par exemple, si unagent chimique peut poser un danger sur quelques kilomètres,voire des dizaines de kilomètres,cette distance pour un agentbiologique est de quelques centainesde kilomètres, et pour un agentradiologique ou nucléaire des milliers, voire des dizaines de milliers de kilomètres.) S’ils étaientdisponibles, des modèles temporelstrès fiables permettant de prédire lesdéplacements et l’évolution d’agentsCBRN dans un environnementurbain complexe apporteraient unefondation technique et scientifiquesolide en appui aux efforts général-isés du Canada pour améliorer saplanification anti-terrorisme et sescapacités opérationnelles.

Ce projet a comme objectif de créer et de valider un systèmede modélisation intégré, à la finepointe, multi-échelle et très fiablepour prédire efficacement et précisément l’écoulement et la dispersion de substances CBRN

dans un environnement urbain. S’il est mis au point, le système de modélisation multi-échelle quenous proposons fournira des outilsde modélisation et de simulation en temps réel, des blessures, desdécès et de la contamination etprendra les décisions pertinentes (à partir des meilleurs fondementstechniques et scientifiques) quiminimiseront les répercussions, surla base d’un cadre prédéterminé de prises de décision. Ce projetd’envergure comporte cinq tâches principales.

ProgrèsrécentsTâche 1.Des modèles prédictifs à micro-échelle de l’écoulement complexedans un environnement urbain ont été élaborés, mis en oeuvre etvalidés relativement à quelquesensembles de données exhaustiveset détaillées obtenues à partir desimulations en soufflerie et parécoulement de liquide au-dessus et au travers de différentes configu-rations d’immeubles. Les modèlesreposent sur une analyse par équa-tions de Navier-Stokes moyennées,avec une hiérarchie de modèles de fermeture de corrélation de laturbulence s’appuyant sur unmodèle phénoménologique à deuxéquations pour l’énergie cinétiquede turbulence (k) et un taux de dissipation visqueuse (_). Ce modèle de fermeture à deux équations de la turbulence étaitutilisé avec des formulationslinéaires et non linéaires de la

IRTC 02-0093RD Système perfectionné de prédiction et d’évaluation en cas d’urgence, des dangers causés par des agentsCBRN, dans un environnement urbain

RESPONSABLE DU PROJET :Centre météorologique canadien –Environnement Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour ladéfense Canada (Suffield) – MDN,Bureau de la radioprotection – Santé Canada, Énergie atomique du Canada limitée

PARTENAIRES DE L’INDUSTRIE :Kosteniuk Consulting Limited,Université de l’Alberta (J.D. Wilsonand associates), Université deWaterloo (Waterloo CFD EngineeringConsulting Inc.)

AUTEUR :Michel Jean, Centre météorologiquecanadien, Environnement Canada,2121, route transcanadienne, voie de service nord, Dorval(Québec) H9P 1J3, Canada, courriel : [email protected] .


viscosité tourbillonnaire pour lestensions de Reynolds (la premières’appuyant sur une formulation deviscosité tourbillonnaire de typeBoussinesq et la seconde sur unerelation constitutive quadratiquegénérale entre le tenseur de stressde Reynolds et le champ du gra-dient de la vitesse moyenne). Laformulation à deux équations estattrayante, car elle fournit deséquations sur le transport de tur-bulence, qui permettent de tenircompte de certains effets antérieurset non locaux, mais sans exiger decalculs très complexes.

Les capacités prédictives à« micro-échelle » des équationsmoyennées pour l’écoulement dansun environnement urbain, utiliséesavec un modèle à deux équationsde fermeture de turbulence, quiincorpore des formulations de vis-cosité soit tourbillonnaire linéaires,soit non linéaires pour les tensionsde Reynolds, ont été validées contre des données détaillées etexhaustives obtenues à partir desimulations en soufflerie et parécoulement de liquide au-dessus etau travers de différentes configura-tions d’immeubles à deux et à troisdimensions. Quantitativement, il aété déterminé que la performancede prédiction de ces divers modèlesd’équations moyennées étaitgénéralement bonne — la descrip-tion quantitative de la vitessemoyenne est bonne, quoique lesmodèles sous-estiment générale-ment l’énergie cinétique de laturbulence. Une conclusion impor-tante qu’on doit tirer de cette étudeest que la norme k-_ du modèle defermeture de turbulence avec une

viscosité tourbillonnaire linéaireconstitue sans doute le modèle deturbulence complet le plus simpleque l’on puisse utiliser pour prédiredes écoulements à micro-échelledans les zones urbaines. Ce modèlepeut être utile à titre de simulateurà usage général d’écoulement àpetite échelle, car il est robuste etsuffisamment simple pour êtrerésolu numériquement et, par conséquent, le temps de calculnécessaire n’est pas excessif. Onpeut concevoir que ce modèle desimulation d’écoulement dans unenvironnement urbain puissefournir toutes les statistiques, rela-tivement à l’écoulement perturbédu vent dans une configurationd’immeubles, nécessaires commedonnées d’entrée d’un modèleétabli d’après des critères physiquespour la prédiction de la dispersiondans un environnement urbain.

Dans les modèles décrits ci-dessus, on a représenté en détailtous les immeubles du paysageurbain, ce qui signifie que des con-ditions aux limites ont été imposéespour tous les murs et les toits dechaque immeuble. Afin de réduirele coût de calcul de cette approche,l’équipe du projet a égalementexaminé l’utilité de représenter des groupes d’immeubles dans lepaysage urbain en fonction de larésistance distribuée qu’ils occasion-nent. À cette fin, on a élaboré lemodèle mathématique de prédic-tion de l’écoulement au-dessus et au travers d’une configurationd’immeubles s’appuyant sur uneagrégation de groupes d’immeublesdans la configuration en un nombre d’unités de résistance;

l’ensemble étant considéré commeun médium poreux continu. Toutparticulièrement, l’équipe adémontré comment il est possiblede dériver systématiquementl’équation Navier-Stokes moyen-née spatiale en effectuant unemoyenne temporelle d’un modèlek-_ modifié pour la prédiction duvent et des champs de turbulencedans un milieu urbain. Cetteprocédure assure la cohérencemathématique et logique des termes sources et puits dans leséquations du mouvement moyenet des équations de transport d’appui pour les quantités de turbulence.

Tâche 2On a commencé les travaux pourl’ajout des effets d’un terrain urbainà une échelle inférieure à la mailled’un modèle météorologique àéchelle moyenne [le modèle Global Environmental multi-échelle(GEM) à domaine limité], grâce à une paramétrisation urbaine. On élabore actuellement cetteparamétrisation, appelée TownEnergy Budget (TEB), conjointementavec le modèle à méso-échellecompressible communautaire(modèle MC2) d’EnvironnementCanada, pour ensuite la porter surle modèle GEM à domaine limité.On a recours à cette paramétrisa-tion, afin de tenir compte des effetsmoyens sur une surface de la résis-tance de forme, de l’augmentationde la production de turbulence, duchauffage et de la modification dubudget de l’énergie de surface, enraison de la présence d’immeubleset d’obstacles et de l’utilisation dusol au sein du complexe urbain.


La méso-échelle « urbanisée » sera couplée de haut en bas avec les modèles d’écoulement àmicro-échelle élaborés dans lecadre de la tâche 1.

Tâche 3La tâche 3 comprend le couplagedes modèles à micro-échelle d’é-coulement urbain, élaborés dans lecadre de la tâche 1, et des modèlesà méso-échelle urbanisés, élaborésdans le cadre de la tâche 2.L’interface entre les modèles àmicro-échelle d’écoulement urbainet le modèle GEM à domaine limité« urbanisé » est compliquée, car letransfert de l’information entre lesdeux modèles doit respecter desrègles physiques de conservation,satisfaire mutuellement aux condi-tions aux limites mathématiques, etpréserver la précision numérique,même si la structure, la résolutionet la méthodologie de discrétisationdes mailles correspondantes peu-vent être différentes. À cause desliens entre les grilles, la solution àmailles larges, obtenue grâce aumodèle GEM à domaine limité,impose des conditions aux limitesde la maille fine du modèle àmicro-échelle d’écoulement urbain(interaction à sens unique); de plus,elle permet d’avoir une rétroactionde la maille fine à la maille large(interaction à deux sens). On peutqualifier ce système couplé, de système hybride « d’analysed’équations de Navier-Stokesmoyennées –simulation de trèsgrande turbulence » dans lequel la simulation de très grandes turbulences est représentée par lemodèle à méso-échelle (modèleGEM à domaine limité), utiliseral’information du modèle

d’équations moyennées pour lasimulation à haute résolution desécoulements près des immeubles etautour de ces derniers, mais permetl’élaboration de fluctuations spa-tiales et leur évolution sur de plusgrandes dimensions.

Tâche 4La tâche 4 comprendra l’utilisationdes valeurs moyennes de l’écoule-ment et de la turbulence préditespar le modèle d’écoulement àmulti-échelle réalisé au cours de latâche 3, pour « piloter » un modèlelagrangien stochastique de prédic-tion de la dispersion urbaine (etatmosphérique) d’agents CBRN.L’application des modèles lagran-giens stochastiques à la dispersionatmosphérique en général (et à ladispersion urbaine en particulier)est recommandée, car ces modèlessont : 1) les plus souples (enprincipe) et il est plus facile de les incorporer à tous les détails statistiques connus relatifs à l’écoulement urbain complexe, 2)physiquement transparents, et onpeut facilement les adapter pourtraiter la désintégration radioactive,biologique et de matières particu-laires, les dépôts secs et humides, et d’autres mécanismes concernantles sources et les puits.

Tâche 5La tâche 5 comprend la vérifica-tion et la validation du système de modélisation multi-échelle en ce qui a trait aux composantsd’écoulement et de dispersion.Dans le cadre de la validation dumodèle, on exploitera les expé-riences exhaustives, antérieures etprévues, d’écoulement urbain etde dispersion (p. ex., Urban 2000,

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L’application réussie de laméthodologie de recherchedécrite ci-dessus produira pourla Division de la réponse auxurgences environnementales du Centre météorologique canadien, un système de modéli-sation multi-échelle et très fiablede la dispersion des agentsCBRN. Lors d’un incident de dispersion d’agents CRBN, lespremiers intervenants aurontune ressource générale et pan-canadienne de résolution de problèmes.



Mock Urban Setting Test, JointUrban Trial 2003). Les efforts devalidation permettront de mettrecomplètement à l’essai le systèmede modélisation d’écoulement et de dispersion; ils fourniront àl’utilisateur des renseignementssur la précision et la fidélité desprédictions du modèle en ce quiconcerne l’écoulement et la dis-persion dans l’environnementurbain complexe.

Objectifs

La recherche avancée sur lespolymères est un projet tech-

nologique IRTC qui permettra demettre au point un caoutchoucavancé dont la composition assu-rera une protection CBRN, et sera àl’épreuve du feu, des PP, des acideset d’autres contaminants industriels.

Au cours d’événements CBRN,les premiers intervenants n’ont sou-vent pas le temps d’analyser le typed’agent en cause avant de revêtirleur équipement de protection. Ilscomptent donc sur cet équipementpour leur offrir une protection com-plète et adéquate, et ce, pour unedurée de temps limitée.

ProgrèsrécentsRésultats de la Phase I (Étude de marché et comparaisondes gants, des appareils respira-toires et des protège-chaussures en matière de protection NBC)

Lors de cette phase, les pro-duits actuellement sur le marchéont subi une série de tests destinésà en comparer la performance.L’accent était mis sur les propriétésdes polymères au cours de testsphysiques et de tests portant sur larésistance chimique et la résistanceaux agents HD (gaz moutarde) etGB (sarin).

Les résultats de cette phase ont révélé qu’aucun produit nesatisfait complètement aux besoinsen terme de protection CBRN. En

effet, les produits évalués n’offrentqu’une protection limitée contrecertains types d’agents. À titred’exemple, les bottes militairesoffrent une excellente protectioncontre les agents HD et GB, maispeu de résistance aux PP et aux dommages prématurés. Parcontre, les bottes des premiersintervenants n’offrent que peu oualors aucune résistance aux agentsHD et GB, mais offrent une grandeprotection contre les huiles et cer-tains liquides industriels.

De plus, il est très difficile decomparer et d’analyser des poly-mères en faisant abstraction duproduit fini. Lors d’analyses, leséchantillons de polymères étaientprélevés sur des produits finis. Lesrésultats ont donc été grandementinfluencés par la conception et lafabrication du produit.

De façon générale, l’épaisseurdu polymère est directement proportionnelle au niveau de pro-tection. Par contre, cette épaisseurest inversement proportionnelle au niveau de performance ergo-nomique du produit. Certains desproduits évalués étaient deux foisplus épais que d’autres, pour desutilisations similaires.

Il est également difficile decomparer les propriétés despolymères ayant des traitementsde surface différents. Peut-onaffirmer que le niveau de protec-tion supérieur d’un produit relèveuniquement du polymère, ou letraitement de surface (oxydationpar exemple) est-il en partieresponsable de ce phénomène (et ce, dans quelle mesure)?

IRTC 02-0093TA Recherche sur les polymères avancés pour une application destinée à l’équipement de protection personnelle

RESPONSABLE DU PROJET :Acton International Inc.

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :RDDC

AUTEURS :Julie Tremblay-Lutter DSTHP 4, RDDC, courriel : [email protected];

Jef Stewart, courriel : [email protected];

Céline Michaud, courriel : [email protected];

Acton International, 881 Landry, Acton Vale, Qc, tél : (450) 546-2776.


La conception du produitinfluence aussi beaucoup la per-ception de l’utilisateur en ce qui a trait au niveau de protection. Un produit confortable donneraune impression de légèreté, alorsqu’un produit lourd donnera uneimpression de grande protection.Même la couleur du produit contribue à la perception psy-chologique du confort et de laperformance.

Lors de certains tests, le pro-duit complet devait être évalué. À titre d’exemple, l’étanchéité desmasques à gaz a été évaluée surdes mannequins. Il est difficile dedéterminer les paramètres de per-formances reliés au polymère seul,car le produit en question peutavoir des points faibles à plusieursautres endroits (systèmes de com-munication, de vision, defiltration).

Pour les raisons susmention-nées, nous croyons qu’avant dedévelopper tout nouveau produit,il est important d’en identifier lesparamètres de performancessouhaitées.

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Au cours de la phase II, un cahierde charges sera établi conjointe-ment avec les utilisateurs pourdéterminer les performances deprotection minimales. De plus, unematrice de développement de dif-férents polymères sera mise aupoint. Les recherches se concen-treront principalement sur 5 typesde polymères différents : halobutyl,épichlorohydrin, nitrile, carboxylatednitrile ainsi que le polyuréthane.Cette phase se terminera à la fin du mois de juillet 2004.

Au cours des phases subséquentes,ces nouvelles formulations depolymères seront mélangées,testées et validées selon le cahierde charges. Comme ces nouveauxpolymères seront tous à l’état demélanges et non de produits finis, il sera facile de faire des tests quan-titatifs et comparatifs. Les résultatsdes tests seront plus utiles pourcomparer le niveau de protectiondes polymères seuls.

De plus, l’impact de l’ajout dutraitement de surface pourra être validé. Ainsi, nous serons en mesure d’évaluer un mêmepolymère doté de plusieurs

traitements de surface différents.Entre autres, l’oxydation de la sur-face par le chlore et le brome ainsique les traitements possibles auplasma seront analysés.

À la fin du projet, en novembre2005, les nouvelles formulationsseront utilisées pour la productionde gants et de bottes. Les échantil-lons seront soumis à l’ensemble destests de la phase I et le rapport quien découlera constituera le docu-ment technique de référence desproduits. Une évaluation sur le terrain sera aussi effectuée par les utilisateurs afin de valider lesperformances de ces échantillonsau cours de situations opéra-tionnelles réelles ou simulées.



Objectifs

Plus de 150 États parties ont ratifié la Convention sur les

armes chimiques (CAC) et ontaccepté, de ce fait, de ne pas mettre au point, fabriquer, stocker,transférer ou utiliser d’armeschimiques, ainsi que de détruireleurs armes chimiques et leursinstallations de production. Bien que la ratification de cetteConvention ait réduit le risqued’utilisation d’armes chimiques par les États parties, il persistenéanmoins une menace réelle que d’autres parties utilisent detelles armes contre des ciblesciviles ou militaires. D’où l’im-portance de mettre au point desméthodes permettant d’analyserles échantillons suspects recueillislors de tels incidents et de déterminer rapidement si ceséchantillons contiennent desagents chimiques de guerre.

Les laboratoires de rechercheanalytique de RDDC Suffieldoffrent aux Forces canadiennes et à la GRC un service nationald’analyse pour l’identification desagents de guerre chimiques dans les échantillons suspects. La spec-trométrie de masse joue un rôleimportant dans la confirmation dela présence de ces agents dans leséchantillons analysés. Un nouveauspectromètre de masse en tandemMicromass/Waters Q-TOF Ultima,dont le RDDC Suffield a fait l’acquisition dans le cadre du programme d’acquisition dematériel technique de l’IRTC, est actuellement utilisé pour mettre au point de nouvelles

méthodes pour l’analyse desagents de guerre chimiques et estdisponible, à court préavis, pourl’analyse d’échantillons médico-légaux, soupçonnés de contenirdes agents de guerre chimiques.

ProgrèsrécentsDes techniques de chromatographieliquide couplée à la spectrométriede masse en tandem avec ionisa-tion par électronébulisation(LC-ESI-MS/MS) ont été mises au point pour analyser les agentsde guerre chimiques, leurs produitsde dégradation et les composésapparentés, présents dans deséchantillons et des extraits aqueux,à l’aide du spectromètre de masseen tandem haute résolution de typeQ-TOF (quadrupôle/méthode dutemps de vol), acheté dans le cadrede l’IRTC. Ces techniques ont étéappliquées à l’analyse d’une variétéd’échantillons environnementauxcontenant des agents de guerrechimiques, y compris :

1. Des échantillons aqueuxdopés produits afin de simulerle type d’échantillons que l’onpourrait s’attendre à trouverdurant l’identification rétro-spective des agents de guerrechimiques;

2. Des extraits aqueux d’échan-tillons de sol recueillis à unancien site d’entreposage d’agent moutarde, dans lecadre d’une évaluation envi-ronnementale continue;

IRTC CHEM009AP Analyse des agents de guerre chimiquesdans les échantillons prélevés à l’appuides opérations anti-terrorisme

RESPONSABLE DU PROJET :Recherche et développement pour ladéfense Canada

AUTEURS :Paul A. D’Agostinotél : (403) 544-4670courriel : [email protected]

James R. HancockCarmela R. Jackson Lepage etClaude L. ChenierRDDC - SuffieldP.O. Box 4000, Station MainMedicine Hat (Alberta) T1A 8K6


3. Des échantillons de tabuncontenant de nombreux produits de synthèse ou dedégradation apparentés, et

4. Des extraits aqueux stérilisés à l’autoclave, prélevés de solsprésumés contenir des agentsde guerre chimiques oubiologiques.

Des données par LC-ESI-MS/MSont été acquises pour les produitsde guerre chimiques et les com-posés apparentés à une résolutionde 9000, ce qui permet une déter-mination exacte de la masse desions précurseurs (MH)+ et des ions produits de structure signifi-cative. Les données acquises parESI-MS/MS ont servi à confirmerla présence des agents de guerrechimiques et de leurs produitsd’hydrolyse, ainsi qu’à identifier de nouveaux composés apparentésqui n’avaient encore jamais étéassociés à l’analyse d’agents deguerre chimiques.

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RDDC Suffield, en tant que parte-naire actif de la recherche sur lesproduits chimiques de l’IRTC, estresponsable de l’analyse desagents de guerre chimiques dansles échantillons judiciaires (ouautres) que l’on soupçonne de contenir ces composés. Grâce auxefforts continus de recherche et dedéveloppement sur les agents deguerre chimique menés au labora-toire d’analyse de RDDC Suffield,nous demeurons prêts à faire faceà des urgences. Nous continueronsde concevoir de nouvelles méthodesde préparation et d’analyse deséchantillons fondées sur lamicroextraction en phase solide, la chromatographie en phasegazeuse, la chromatographie enphase liquide, la spectrométrie de

masse et la spectrométrie demasse en tandem afin de faire ensorte que RDDC Suffield puisserépondre aux exigences d’analysedes Forces canadiennes. Ces méthodes pourront être utiliséespour l’analyse des échantillons suspects recueillis par la GRC pen-dant des inspections conformesmenées en vertu de la Conventionsur les armes chimiques ou dans lecadre du mandat de recherche surles produits chimiques de l’IRTC.



Objectifs

Il a été déterminé que la capacitéde surveillance suivant la diffu-

sion intentionnelle de matièreradioactive dans un centre-villeétait extrêmement faible. Tous les scénarios radiologiques (dontla probabilité de réalisation estraisonnable) produiraient une contamination interne des premiersintervenants et du public canadien,peut-être en grand nombre.

Des équipements portatifs utili-sables sont requis au Bureau de la radioprotection et à Énergieatomique du Canada limitée(EACL) afin que les premiersintervenants puissent séparer rapidement ceux qui sont conta-minés intérieurement et ceux qui ne le sont pas. La capacité d’identifier sur place les radio-nucléides déposés intérieurementaugmenterait considérablementl’exactitude de l’évaluation subséquente des risques et de la gestion des conséquences concernant le personnel affecté.

Les premiers intervenants ontbesoin d’installations de haute résolu-tion pour identifier la compositioncomplexe interne du matérielradioactif chez les personnes conta-minées. Le passage des installationsfixes du Bureau de la radioprotec-tion en des installations despectrographie gamma du corpsentier permettrait de faire l’analysede la charge corporelle internecomplexe faisant suite à l’émissionde fission et à l’identification desproduits d’activation. Le passagedes installations de spectrographie

thoracique du Bureau de la radio-protection en des installations dedétection plus importantes et fiablespermettrait qu’on puisse analyseravec exactitude une incorporationd’actinide (uranium, plutonium,neptunium, etc.).

ProgrèsrécentsAu départ, ce projet consistait enune acquisition technologique surune période d’une année, mais lacomplexité des systèmes de surveil-lance et le fait que les détecteurs de germanium requis sont à lapointe des capacités de fabricationactuelles ont entraîné des retardsdans la conception et la recherche de conformité aux spécifications,ainsi que dans l’organisation decomposants provenant de multiplesconstructeurs. Une série de retardsont suivi alors qu’un fournisseurdevait en attendre un autre avantque le produit final soit fabriqué et livré.

Le protecteur de classe Z dansla chambre de spectrographie tho-racique a été complété. Il consisteen une couche d’étain recouverted’une couche de cuivre. Cescouches ont été appliquées par-dessus la couche existante deplomb qui double les paroisépaisses d’acier de la chambre de spectrographie thoracique. Unsystème de circulation d’air quicomprend un filtre HEPA a étéinstallé dans la chambre de spectro-graphie thoracique en vue deréduire le haut niveau de radon

IRTC RN003AP Contrôle du corps entier concernant la contamination radiologique


PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Ministère de la Défense nationale,Énergie atomique du Canada limitée

AUTEURS :Dr Gary H. Kramer, Laboratoire de surveillance humaine,Bureau de la radioprotection, 775 rue Brookfield, PL6302D1,Ottawa, Ontario, K1A 1C1, tél : (613) 954-6668, courriel : [email protected].

Dr Anthony Waker, Direction de la radiobiologie et de laradioprotectionÉnergie atomique du Canada limitéeLaboratoires de Chalk RiverChalk River (Ontario) K0J 1J0tél : (613) 584-8811 poste 3611,courriel : [email protected].


en arrière-plan, mais cette mesures’est avérée peu efficace. Toutefois,la qualité de l’air dans la chambre aété grandement améliorée pendantla spectrographie des personnescontaminées.

L’équipement a été acheté et le spectrographe thoracique a étéinstallé et est maintenant opéra-tionnel. La caractérisation de fond a été achevée et les étalonnagesd’efficacité ont commencé. Cettedernière procédure est longuepuisqu’il faut mesurer plusieurspoumons à différentes valeurs d’épaisseur de paroi de la cage thoracique et les comptages sontnormalement supérieurs à 50 000secondes pour que les statistiquessoient valables.

Le spectrographe du corps entieren est aux premières étapes de miseen service et la caractérisation defond, les capacités de résolution etl’étalonnage débuteront plus tardau cours de cette année.

On a amélioré les capacités desurveillance portables en faisantl’acquisition d’autres appareils demesure P3, de façon qu’on puisseexaminer jusqu’à 1000 personnespar heure. On s’est aussi procuréd’autres équipements manuels pour améliorer les capacités d’inter-vention sur place, y compris lescapacités de haute résolution. Cesderniers instruments peuvent aussiservir de spectrographe du corpsentier de haute résolution utilisablesur le terrain, puisque les person-nes contaminées (à la suite d’unediffusion intentionnelle dematière radioactive) auront pro-bablement des quantités deradionuclés des facilementdétectables sur elles ou en elles.

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Les activités en cours consistent en le calibrage des installationsfixes. Le fond de spectrographethoracique doit être entièrementcaractérisé et les détecteurs cali-brés à l’aide du fantôme de torseLawrence Livermore avec la formede deux poumons et le fantôme de torse de fantôme du JAERI(Japanese Atomic Energy ResearchInstitute). Les activités de détectionminimales doivent être établies enfonction de divers radionucléides,y compris le 239Pu, le 241Am et l’uranium naturel et enrichi.

Le spectrographe du corps entierdoit être calibré au moyen de lafamille de fantômes BOMAB quicomprend un enfant de 4 ans, un enfant de 10 ans, un mâle de 5e centile, une femelle de référence, un mâle de référence et un mâle de95e centile. Les limites de détectionet les caractéristiques de mise àl’échelle multivoies du nouveauspectrographe doivent être établies.

L’équipement de surveillance dehaute résolution portable sera cali-bré au moyen d’une combinaisonde techniques expérimentales etMonte Carlo. Tout l’équipementutilisable sur le terrain doit êtremis à l’essai dans des conditions d’exercice réalistes, ce qui estprévu pour plus tard en 2004.

Utilisation prévue pour les cas nonurgents : les appareils de mesureP3 du Bureau de la radioprotectionsont utilisés pour surveiller les personnes qui entrent dans l’édificeet qui en sortent. Ils seront égale-ment utilisés pour des exercicesd’urgence (aux échelles fédérale et provinciales). L’équipement del’EACL sera utilisé dans les cas de comparaisons internationales,d’exercices d’intervention en casd’urgence, de formation annuelledu personnel et d’utilisation de secours normale à l’EACL. Lesinstallations fixes serviront pour les programmes de recherche et dedéveloppement, de même que pourles programmes de comparaison,pour la mesure de normes interna-tionales et de Canadiens quipourraient avoir été contaminésaccidentellement ou après uneexposition professionnelle.

On prévoit que tout l’équipementdécrit ci-dessus sera entièrementcaractérisé et fonctionnel au débutde 2005.



Objectifs

Ce projet est couvert par la priorité d’investissement

Intervention immédiate et expertise degestion des conséquences à court terme.

Pour maintenir la confiance de la population en cas d’urgencenucléaire, il est essentiel de pou-voir communiquer en temps réelles résultats d’analyse en labora-toire d’échantillons prélevés dansl’environnement, aux premiersintervenants et au public duCanada. La saisie de ces résultatset d’autres informations perti-nentes, notamment les modèlesmétéorologiques et les relevésaériens dans le réseau d’aide à la décision ARGOS (de l’anglaisAccident Reporting and GuidanceOperational System : systèmeopérationnel de signalement d’accident et de conseil) exploitéen appui au Plan fédéral d’urgencenucléaire, permettra d’obtenir uneperspective globale de la disper-sion et des retombées du panacheradioactif, et des doses estimées.Les décideurs et les premiersintervenants utiliseront les résul-tats d’ARGOS pour intervenir defaçon sécuritaire et efficace à uneurgence radiologique ounucléaire.

Pour réaliser cet objectif d’unedissémination rapide et partagéede résultats très fiables, produitspar un laboratoire, il est essentielde certifier le laboratoire et de disposer d’un système de gestiondes informations de laboratoire. La certification d’un laboratoiregarantie que les travaux ont étéeffectués conformément auxnormes internationales de pro-duction de données fiables etreproductibles. Cette certificationest essentielle pour garantir laqualité des données diffusées par le laboratoire. Le système degestion assure la diffusion rapidedes données du laboratoire etaccroît l’efficacité grâce à la gestioncentralisée des ressources et à l’automatisation des étapes du travail. On peut aussi utiliser la plate-forme du système de gestion pour partager des ren-seignements avec d’autresgrappes et des partenaires.

ProgrèsrécentsAu cours du dernier exercice finan-cier, le projet du Système degestion des informations de labo-ratoire a réalisé de grands progrès.Le groupe central du projet auBureau de la radioprotection estresponsable de l’élaboration d’un

IRTC RN 006AP Diffusion en réseau des résultats obtenuspar un laboratoire national certifié

RESPONSABLE DU PROJET :Santé Canada, Bureau de la radioprotection

PARTENAIRE FÉDÉRAL :Aucun

AUTEURS :Sonia Johnson, Jeff Haydt et Jeff Whyte Bureau de la radioprotection775 route Brookfield Ottawa (Ontario) K1A 1C1 courriel : [email protected], tél : (613) 954-6677

courriel : [email protected], tél : (613) 941-2736

courriel : [email protected], tél : (613) 954-8585)


environnement de gestion desinformations de laboratoireindépendant, laquelle a exigé laréalisation d’une évaluation de lamenace et des risques. Au cours de cette évaluation, on a considéréles risques relatifs à l’hébergementd’un réseau distinct et autonome.

Le projet a également permisde réaliser l’installation du logicielde gestion des informations de laboratoire, la création d’un réseauautonome d’ordinateurs utiliséspar les personnes ou branchés àdes appareils, et la configurationde deux procédés de laboratoire,laquelle inclut l’interface avec desinstruments. Cette configurationrésulte d’un processus exhaustif de consultation et de formation du personnel de Santé Canada. Onprocède actuellement aux essaissur les prototypes de ces deuxprocessus dont on prévoit l’entréeen service en mars 2005.

Le laboratoire se dirige versune certification ISO 9001. Lemanuel qualité a été rédigé et aété soumis à l’analyse d’un con-seiller en qualité qui s’assureraqu’il aborde les éléments de lanorme ISO 9001. Le personneltechnique du réseau canadien de surveillance radiologique écritactuellement les instructions detravail qui complètent le manuelqualité.

99

On devra passer par les stadessuivants pour réaliser la mise enœuvre du système de gestion :

� Utilisation parallèle du systèmede gestion et des méthodesexistantes. Ceci mettra en évi-dence les problèmes de laplate-forme du système qui exigent davantage de travauxde configuration et de mise au point.

� Validation de la configurationdu système de gestion desinformations de laboratoire.

� Mise en service de l’ensemblede la plate-forme du systèmeet son utilisation dans le cadred’une production quotidienneavec transfert, en tempsopportun, des informationspertinentes au système ARGOSde la Division de la prépara-tion et de l’intervention auxurgences nucléaires (DPIUN).

On terminera les instructions detravail pour le système qualité enprévision de la certification ISO. Le système qualité sera ensuitemis en œuvre et essayé sur unepériode de trois à six mois, avantune révision interne. Ces étapessont nécessaires pour l’obtentionde la certification externe.

On prévoit que ce projet devraitêtre terminé, au plus tard, aucours du premier trimestre de l’exercice 2005-2006. Ses extrantsseront : la certification ISO 9001

pour un laboratoire; l’exécutiondes processus clés sur la plate-forme du système de gestion desinformations de laboratoire; lepartage des mesures de hautequalité de la radioactivité avec des partenaires clés. Le transfertdes mesures de radioactivité à un dépôt central (ARGOS) lorsd’opérations courantes garantiraque les renseignements pertinentsnécessaires en situation d’urgenceseront disponibles rapidement etde façon fiable. Ce degré plusélevé de préparation est néces-saire pour une réponse décisive àune urgence, ce qui contribuera àprotéger les premiers intervenants,les travailleurs d’urgence et lapopulation canadienne.

Les différents laboratoires ougrappes qui ont des besoins analogues et des obligations departage de données pourrontutiliser comme modèle le projet dusystème de gestion d’informationde laboratoire et le projet ISO dulaboratoire du Réseau canadien de surveillance radiologique.



Objectifs

Les projets d’acquisition IRTCsont sélectionnés en vue de

combler des lacunes critiques dans les ressources et la capacitéd’intervention des grappes de laboratoires. Ces lacunes sontcomblées par l’établissement ou le renforcement de l’infrastructureet de l’équipement dont disposentles laboratoires fédéraux qui inter-viennent lors d’un incident. Ces projets d’acquisition fonthabituellement appel à des techniques standard et s’étalent sur un an.

Durant la première ronde desélection des projets IRTC pour lagrappe de laboratoires de biologie,treize projets d’acquisition ont étéfinancés, pour une valeur totale de 9 900 000 $. Sur cette somme,4 851 000 $ proviennent de l’IRTC,et 5 049 000 $ sont des « contribu-tions en nature » des ministèresfédéraux participants. Le ratio estdonc de 49 % de fonds de l’IRTCcontre 51 % de contributions ennature, ce qui dépasse de loin l’exi-gence du programme qui prévoitun minimum de 33 % de contri-butions en nature.

Ces projets viseront à comblertout un éventail de lacunes de lagrappe de laboratoires de biologie.Les objectifs généraux sont les suivants :

1. Surveillance/détection

2. Diagnostic

3. Décontamination

4. Traitements et prévention

ProgrèsrécentsVoici les projets retenus lors de lapremière ronde :

BIO 001AP :« Inactivation/décon-tamination d’agents de bioterrorismevisant les humains et les animaux etanalyse de matériel suspect présen-tant divers dangers », dirigé par le Dr S. Wagener, de Santé Canada,vise les objectifs 2 et 3.

BIO 002AP : « Filtre à charbond’une enceinte de biosécurité pourniveau de confinement 3, préTunney », dirigé par Mme M. Heisz,de Santé Canada, vise l’objectif 2.

BIO 003AP : « Réseau national entemps réel pour identifier les agentsde bioterrorisme », dirigé par le Dr M. Mulvey, de Santé Canada,vise l’objectif 2.

BIO 004AP : « Reclassement deszones de contamination (NC3 etNC4) pour l’analyse des agents de bioterrorisme », dirigé par le Dr H. Feldmann, de Santé Canada,vise l’objectif 2.

BIO 005AP : « Laboratoire judiciaire de référence enchimie/biologie – principaléquipement de laboratoire »,dirigé par le Dr B. Kournikakis, deRecherche et développement pourla défense Canada, vise l’objectif 2.

BIO 006AP : « LaboratoryResponse Network, participation àdes initiatives américaines et cana-diennes », dirigé par Mme M. Heisz,de Santé Canada, vise les objectifs 1et 2.

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires de biologie IRTC

AUTEUR :Helen Spencer, Recherche et développement pour la défense Canada, 305, rue Rideau, Ottawa (Ontario) K1A 0K2, tél : (613) 998-6418, courriel : [email protected].


BIO 007AP : « Appareil GammaCell pour l’irradiation d’agentsbiologiques », dirigé par le Dr B.Kournikakis, de Recherche etdéveloppement pour la défenseCanada, vise l’objectif 3.

BIO 008AP : « Normes de donnéespour le partage d’information »,dirigé par le Dr J. Hockin, de SantéCanada, vise l’objectif 2.

BIO 009AP : « Épreuves d’im-munofluorescence directe pour ladétection des virus et des bactéries »,dirigé par le Dr L. Nagata, deRecherche et développement pourla défense Canada, vise l’objectif 2.

BIO 010AP : « Culture et purifica-tion de virus », dirigé par le Dr L.Nagata, de Recherche et développe-ment pour la défense Canada, viseles objectifs 2 et 3.

BIO 011AP : « Acquisition d’unsystème de gestion de l’informationen cas d’urgence », dirigé par M. C.Heyes, de l’Agence canadienned’inspection des aliments, vise lesobjectifs 1 et 2.

BIO 012AP : « Système de gestiondes interventions d’urgence (SGIU)et Système canadien de gestion dessituations d’urgence en maladiesanimales », dirigé par M. D. Hayes,de l’Agence canadienne d’inspec-tion des aliments, vise les objectifs1 et 2.

1IO 013AP : « Logiciel de modéli-sation de transition d’état pourévaluer la santé animale et lerisque de zoonoses », dirigé par le Dr R. Morley, de l’Agence cana-dienne d’inspection des aliments,vise les objectifs 1 et 2.

Durant la deuxième ronde desélection de l’IRTC pour la grappede laboratoires de biologie, six projets d’acquisition ont étéfinancés, pour une valeur totale de 6 955 000 $. Cela comprend2 181 000 $ en fonds de l’IRTC de même que 4 774 000 $ en« contributions en nature » desministères fédéraux participants.Le ratio est donc de 32 % de fondsde l’IRTC par rapport à 68 % decontributions en nature, soit uneimportante somme obtenue encontrepartie des fonds de l’IRTC et une inversion virtuelle des exi-gences du programme, qui fixentle ratio à 67 : 33 %.

BIO 014AP : « Protocole d’ententeentre les États-Unis et le Canadasur la recherche-développement en matière de lutte contre le ter-rorisme – Rétention des appareilsd’échantillonnage d’aérosols »,dirigé par le Dr B. Kournikakis, deRecherche et développement pourla défense Canada, vise les objectifs1 et 3.

BIO 016AP : « Tests près des enc-los et de diagnostic rapide de lafièvre aphteuse, de la fièvre porcineet de la grippe aviaire », dirigé parle Dr P. Kitching, de l’Agence cana-dienne d’inspection des aliments,vise les objectifs 1 et 2.

BIO 017AP : « Système d’informa-tion géospatiale en réseau », dirigépar Mme C. Doan, de l’Agence cana-dienne d’inspection des aliments,vise l’objectif 1.

BIO 018AP : « Générateur decartes pour la santé publique »,dirigé par le Dr J. Hockin, de Santé Canada, vise l’objectif 1.

101

La grappe des laboratoires debiologie continuera d’évaluer leslacunes et retiendra les projetsd’acquisition technologique quirépondent aux besoins dans cesdomaines encore mal étudiés.



BIO 019AP : « Modernisation desinstallations pour les hybridomes »,dirigé par Mme E. Fulton, deRecherche et développement pour la défense Canada, vise lesobjectifs 2 et 4.

BIO 020AP : « Identification etdétection rapides des ravageurs etdes pathogènes pour les plantes »,dirigé par M. L. Foster, vise lesobjectifs 1 et 2.

Objectifs

Les projets d’acquisition tech-nologique de l’IRTC se

concentrent sur les objectifs sui-vants de la grappe des laboratoiresde chimie :

1. Améliorer l’intégration des sys-tèmes de gestion des données et de l’information pour lesbesoins fonctionnels.

2. Améliorer les méthodesd’analyse permettant l’iden-tification des canulars.

3. Déterminer les laboratoiresdirecteurs pour tous les produitschimiques figurant dans la listedes substances prioritaires.

4. Combler les lacunes relati-vement aux capacités deslaboratoires directeurs quantaux produits chimiques figu-rant dans la liste.

5. Améliorer les capacités dedétection, sur le terrain, desproduits chimiques figurantdans la liste;

6. Améliorer les capacités d’analysemobiles afin d’offrir un appuidirect aux intervenants.

Progrès récentsAu cours de la première ronde desélection des projets de la grappe,on a financé douze projets d’acqui-sition technologique, pour unevaleur totale de 6 961 k$, répartiscomme suit : 4 161 k$ provenant de l’IRTC et 2 800 k$ provenant decontributions en nature des mini-stères participants. Ainsi, 60 % dufinancement proviendrait de l’IRTCet 40 % correspondrait à des contri-butions en nature, ce qui excède unpeu les exigences du programme de l’IRTC, lesquelles prévoient unapport de 67 % de l’IRTC et de 33 %pour les contributions en nature.

Voici les projets retenus au terme dela première ronde :

1. Merv Fingas d’EnvironnementCanada est responsable du projet « Intervention sur le terrain – Rééquipement en sys-tèmes d’analyse portatifs pourvéhicules », qui vise les objectifs5 et 6.

2. Merv Fingas d’EnvironnementCanada est responsable du pro-jet « Intervention sur le terrain- Équipement d’analyse portatifpersonnel », qui vise les objec-tifs 5 et 6.

3. Eva Dickson du Collège militaireroyal du Canada est responsabledu projet « Déménagement del’installation de contrôle de lapénétration des agents chimi-ques gazeux », qui vise l’objectif 6.

4. Gary Lombaert de Santé Canadaest responsable du projet « Éva-luation des laboratoires de

confinement chimique », quivise l’objectif 4.

5. Joe Deak de la GRC est respon-sable du projet « SpectromètreRaman pour la caractérisationrapide de matériaux non pré-cisés saisis lors d’incidentsterroristes » qui vise les objectifs2 et 5.

6. Joe Deak de la GRC est respon-sable du projet « Micro-appareilà fluorescence X pour l’identifi-cation rapide de matériaux nonprécisés saisis lors d’incidentsterroristes », qui vise les objec-tifs 2 et 5.

7. Joe Deak de la GRC est respon-sable du projet « Identificationde particules inconnues par dif-fraction des rayons X, pourconstituer des éléments depreuve », qui vise les objectifs 2 et 5.

8. Pat Rasmussen de SantéCanada est responsable du projet « Installation d’analysegravimétrique des particules ensuspension dans l’air », qui viseles objectifs 3 et 4.

9. Paul d’Agostino de R & D pourla défense Canada – Suffield estresponsable du projet « Analysedes agents de guerre chimiqueprésents dans des échantillonsrecueillis à l’appui du contre-terrorisme », qui vise lesobjectifs 4 et 5.

10. MM. Graham et Brous de l’Agence canadienne d’in-spection des aliments sontresponsables du projet« Microspectromètre infrarougeà transformée de Fourier(IRTF) », qui vise les objectifs 2,4 et 5.

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires de chimie IRTC

AUTEUR :Norman Yanofsky, gestionnaire de portefeuille – Chimie IRTC, 305, rue Rideau,Ottawa (Ontario) K1A 0K2 tél : (613) 998-6417, courriel : [email protected].


11. Garth Burns de l’Agence canadienne d’inspection des ali-ments est responsable du projet« Contamination par des élé-ments toxiques – Spectromètrede masse à plasma inductif(ICP/MS) pour l’analyse deséléments toxiques », qui visel’objectif 4.

12. Ralph Oncuil de l’Agence canadienne d’inspection des ali-ments est responsable du projet« Capacité améliorée d’identifi-cation des résidus chimiquesdans les aliments, la nourriturepour animaux et les engrais »,qui vise l’objectif 4.

Au cours de la deuxième ronde desélection, on a financé sept projetsd’acquisition technologique, pourune valeur totale de 3 261 k$,répartis comme suit : 1 562 k$provenant de l’IRTC et 1 699 k$provenant de contributions ennature des ministères participants.Donc, 48 % du financementprovient de l’IRTC et 62 % corre-spond à des contributions ennature, ce qui dépasse encore plusles exigences du programme del’IRTC, c’est-à-dire 67 % venant de l’IRTC et 33 % correspondant à des contributions en nature, ou le rapport des contributions finan-cières susmentionné de la première année.

Voici les projets retenus :

1. Elaine Fulton de R & D pour la défense Canada – Suffield est responsable du projet« Identification à haut débit par multiplexage du ricin etd’autres toxines biologiques ».(objectif 4)

2. Carmela Jackson Lepage de R & D pour la défense Canada –Suffield est responsable du pro-jet « Atmosphère standard pourle contrôle et l’évaluation desdétecteurs d’armes chimiques ».(objectif 4)

3. Merv Fingas d’EnvironnementCanada est responsable du

projet « Matériel pour pareraux carences en matière d’in-tervention ». (objectifs 4, 5 et 6)

4. Ralph Oncuil de l’Agence canadienne d’inspection des ali-ments est responsable du projet« Capacité d’analyse d’urgencedes résidus de pesticides etd’autres contaminants chimi-ques dans les aliments, lanourriture pour animaux et les engrais ». (objectif 4)

5. Gary A. Lombaert de SantéCanada est responsable du pro-jet « Étude des laboratoires deconfinement chimique ».(objectifs 3 et 4)

6. Garth Burns de l’Agence canadienne d’inspection des ali-ments est responsable du projet« Saxitoxine et autres toxinesmarines ». (objectif 4)

7. Merv Fingas d’EnvironnementCanada est responsable du projet « Matériel de décontami-nation ». (objectifs 4, 5 et 6)

103

Les deux listes ci-dessus donnentune idée de l’ampleur des deuxpremières rondes de projets d’acquisition technologique de lagrappe des laboratoires de chimie.Par contre, dans cette section, on mettra en évidence quelquesprojets individuels, pour illustrercertaines des capacités partic-ulières acquises. Dans le cadre duprojet susmentionné de madameElaine Fulton, le mandat du labo-ratoire de la R & D pour ladéfense Canada – Suffield consisteà identifier la toxine du ricin etd’autres toxines biologiques dansdes échantillons non précisés,comme la toxine botulinique etl’entérotoxine B staphylococcique.La méthodologie acceptée consisteà effectuer des essais biologiquesà base d’anticorps. Comme on l’aobservé aux États-Unis pendant lesincidents liés au charbon survenuspendant l’automne de 2001, leslaboratoires gouvernementauxétaient dépassés par le besoind’analyser des échantillons multi-ples. Le défi à relever est depouvoir analyser des échantillonsmultiples avec de multiples agentschimiques; l’adaptation de réseauxmultiplex de suspension de pro-téines, à haut débit, permettra de répondre à cette demande. Lelaboratoire de la R & D pour ladéfense Canada – Suffield a le

mandat d’agir à titre d’installationprincipale du Canada en matièred’identification d’agents de guerrechimique. Le projet de M. PaulD’Agostino d’acquisition d’unspectromètre RMN (résonancemagnétique nucléaire), permettraau laboratoire de Suffield d’identi-fier des agents de guerre chimiquede manière formelle au moyen dela RMN jumelée aux techniquesactuelles de spectrométrie de masse.

Outre les agents de guerre chimi-que et les toxines biologiques, il existe beaucoup de produitschimiques industriels toxiques quiposent une menace terroristepotentielle. Le projet de M. MervFingas d’équiper le personnel d’intervention sur le terrain d’appareils portatifs d’analyseaugmente la capacité de réactiond’Environnement Canada à l’égarddes menaces CBRN. Cela s’ajouteaux 20 années d’expérience de laDivision des urgences – Science ettechnologie dans la recherche etl’évaluation de l’équipement deterrain ou destiné aux premiersintervenants.



Objectifs

Les projets d’acquisition del’IRTC sont sélectionnés pour

combler des lacunes dans les capa-cités techniques et de réaction desgrappes de laboratoires. Les lacunessont comblées en créant ou enaméliorant les infrastructures etl’équipement des laboratoires dugouvernement fédéral participantaux efforts d’intervention en casd’incidents. Il s’agit habituellementd’acquisitions de technologies« commerciales » qui sont effec-tuées dans une année.

Au cours de la première rondede sélection de l’IRTC pour lagrappe des laboratoires de biologie,treize projets d’acquisition ont étéfinancés pour un montant total de 9 900 000 $. Ce montant com-prend 4 851 000 $ en fonds del’IRTC et 5 049 000 $ en contribu-tions en nature. Cette répartitiondonne un rapport de 49% enfonds de l’IRTC et de 51% de contributions en nature, ce quireprésente une proportion impor-tante par rapport à l’exigence duprogramme qui est de 33% decontributions en nature.

Les projets d’acquisition per-mettront de combler une vastegamme de lacunes de la grappedes laboratoires radiologiques/nucléaires. Les objectifs générauxsont les suivants :

1. Améliorer les capacités de surveillance radiologique/nucléaire du Canada;

2. Créer la capacité d’aviser et de mettre en action les laboratoires fédéraux;

3. Améliorer l’intégration et lepartage des données dansl’ensemble de la grappe radio-nucléaire;

4. Combler les lacunes de hautepriorité en matière de capacitésde mesure des ressourceshumaines et environnementales.

ProgrèsrécentsRN001AP : Le projet « Systèmede surveillance statique pour leCanada », dirigé par le Dr K. Ungarde Santé Canada, répond au 1er

objectif de la grappe. Les parte-naires sont Énergie atomique duCanada Limitée et l’Agence desservices frontaliers du Canada. Ce projet consiste à l’implantationd’un réseau de capteurs statiquesautour des cinq centralesnucléaires du Canada et dans dix centres de haute densitédémographique.

RN002AP : Le projet « Surveillanceaérienne des incidents radiologiques/nucléaires », dirigé par M. R.Schives de Ressources naturellesCanada, répond au 1er objectif de la grappe. Ce projet consiste enl’acquisition de trois spectromètresgamma à détermination semi-quantitative rapidementdéployables permettant la détectionet la reconnaissance de phase 1,ainsi que deux systèmes de phase 2plus sensibles permettant de car-tographier les schémas de retombéesde nucléides. Le système permettrala radio-télémétrie en temps réel dedonnées à un récepteur au sol avec

Projets d’acquisition de la grappe de laboratoires radiologiques nucléaires de l’IRTC

AUTEUR :M. Ted Sykes, Gestionnaire de portefeuille -Secrétariat radiologique/nucléaire de l’IRTC 305, rue Rideau, Ottawa (Ontario)K1A 0K2,tél : (613) 998-6418,courriel : [email protected].



La grappe s’occupant des inci-dents radiologiques/nucléairescontinuera d’évaluer les écarts et de sélectionner les projets qui répondent à ses besoins.

interface utilisateur graphiquesophistiquée et affichage des sys-tèmes d’information géospatiale.

RN003AP : Le projet« Surveillance radiologique ducorps entier », dirigé par le Dr G.Kramer de Santé Canada, répondau 4e objectif de la grappe. R&Dpour la défense Canada est parte-naire du projet. Ce projet consisteen l’acquisition d’installationsdéployables et portables pour aiderles premiers intervenants à recon-naître et à aider rapidement lespersonnes contaminées, ainsi que des installations fixes à hauterésolution permettant de recon-naître les mélanges complexes deproduits de fission et d’activation.Ces dernières faciliteront le traitement et les activités de prédiction des risques.

RN004AP : Le projet « Dosimétriebiologique de l’exposition au rayon-nement », dirigé par le Dr D.Wilkinson de R&D pour la défenseCanada, répond au 4e objectif de lagrappe. Les partenaires sont SantéCanada et Énergie atomique duCanada Limitée. Ce projet consistene l’acquisition d’un système« Luminex » capable de fournir une analyse rapide de plusieurscytokines du plasma sanguin despersonnes potentiellementexposées. Ce sera un systèmeautomatisé avec une instrumenta-tion sophistiquée permettant uneanalyse plus rapide des échantillonset une capacité de mesureaméliorée par comparaison aux systèmes antérieurs.

RN005AP : Le projet « Systèmed’alerte et notification desurgences nucléaires », dirigé parM. Brian Ahier de Santé Canada,répond au 4e objectif de la grappe.Ce projet consiste en l’acquisitiond’un portail/réseau de gestion del’information en cas d’urgencepour héberger l’informationpartagée. Il consiste aussi en l’ac-quisition des applications requisespour la gestion de l’information.

Les caractéristiques comprennentun système automatisé de notifica-tion des urgences avec accèsInternet et capacité de réponsevocale interactive.

RN006AP : Le projet « Réseautagede résultats d’analyses en labora-toire », dirigé par le Dr S. Johnsonde Santé Canada, répond au 2e

objectif de la grappe. Ce projet consiste en l’acquisition d’un sys-tème de gestion des données delaboratoire (système LIMS) permet-tant la saisie automatique desrésultats de différents instrumentsdirectement dans une base de données centralisée. Ce systèmeaidera au déroulement des analysesjudiciaires et au suivi de la chaînede possession.

La deuxième ronde de sélec-tion des projets d’acquisition pourla grappe radiologique/nucléaire a mené à la formation d’un partenariat de cinq ministères et agences du gouvernementfédéral pour demander à l’IRTC lefinancement d’un projet commun.La valeur totale du projet est de2,6 millions $. Ce montant comprend 1,5 million $ en fondsde l’IRTC et 1,1 million $ en contributions en nature de la partdes ministères du gouvernementfédéral participants. Cette réparti-tion donne un rapport de 58% en fonds de l’IRTC et de 42% decontributions en nature, ce quireprésente une proportion impor-tante par rapport à l’exigence duprogramme qui est de 33% decontributions en nature.

RN007AP : Le projet« Installations déployablesd’analyse pour faciliter l’inter-vention d’experts lors d’incidentsradiologiques ou nucléaires », dirigé par le Dr T. Cousins de R&Dpour la défense Canada, répond au 3e objectif de la grappe. Lespartenaires au projet sont Énergieatomique du Canada Limitée, leConseil national de recherches duCanada, la Commission canadienne

de sûreté nucléaire, l’Agence desservices frontaliers du Canada,Santé Canada et Pêches et OcéansCanada. Ce projet consiste en l’acquisition d’appareils mobilesd’échantillonnage et d’analyse in situ nécessaires pour établir lacapacité technique de réaction auxincidents radiologiques/nucléairessur l’ensemble du territoire ter-restre et maritime du Canada. On fera l’acquisition de quatre laboratoires nucléaires mobiles quiseront entreposés respectivementen Colombie-Britannique, auManitoba, en Ontario et enNouvelle-Écosse. Chacun compren-dra un véhicule équipé d’une séried’appareils de saisie, d’analyse et decommunication de données. Leslaboratoires mobiles ainsi équipéspermettront aux équipes scien-tifiques de préciser in situ la natureet l’étendue de la contaminationradiologique et de prévoir les schémas de dissémination de la contamination.


Objectifs

En 2001, lorsque des lettres con-tenant le bacille du charbon

|ont circulé aux É.-U., les spécia-listes de l’identité judiciaire (SIJ) ne disposaient d’aucune instructionpermanente (IP) pour l’examen de ce type d’élément de preuvematériel en vue d’obtenir desempreintes ou de l’ADN. Le prin-cipal objectif du projet est d’établirdes IP pour la collecte d’élémentsde preuve sur les lieux de crimescontaminés par des armes chim-iques (AC) ou biologiques (AB).Voici les étapes prévues pouratteindre cet objectif :

1. Observation des effets desagents de décontamination(CASCAD et MODEC) sur les empreintes et l’ADN (terminée);

2. Détermination de l’effet desarmes chimiques sur le prélève-ment d’empreintes à l’aide desméthodes actuelles de détectionchimique (terminée);

3. Détermination de l’effet desarmes chimiques sur l’intégritéde l’ADN (terminée);

4. Détermination de la stabilitéde certaines armes chimiqueslors de protocoles d’extractionde l’ADN (en cours);

5. Détermination de la robustessedes bactéries non pathogèneslors de prélèvements par écou-villons FTAMD pour la collecteet la conservation d’échantil-lons médico-légaux d’ADN(terminée);

6. Détermination de la robustessedes bactéries non pathogèneslors de protocoles d’extractionde l’ADN (terminée);

7. Détermination de l’effet desarmes biologiques sur l’in-tégrité de l’ADN et de larobustesse des bactéries lors de protocoles d’extraction del’ADN (en cours).

Les IP qui résulteront fournirontaux SIJ, qui font partie des premiersintervenants en cas d’incidentCBRN, des renseignements sur la méthode la plus efficace pourprélever les empreintes, de l’ADN et des éléments de preuve liés auxchaussures, aux cheveux et auxfibres. Ces renseignements viennentcombler des lacunes dans ledomaine de priorité d’investisse-ment de l’IRTC : « Expertise enmatière d’enquête criminelle ».

GRC Récupération des éléments de preuve matériels sur les lieux de crimes contaminés par des armes chimiques ou biologiques

RESPONSABLE DU PROJET :Gendarmerie royale du Canada

PARTENAIRES FÉDÉRAUX :Recherche et développement pour la défense Canada (Suffield), Santé Canada

AUTEURS :Dre Della Wilkinson, Pièce 503,Immeuble des SNP, 1200, promenadeVanier, Ottawa (Ont.) K1A 0R2. tél : (613) 993-3059,courriel : [email protected]


ProgrèsrécentsLes agents de décontamination ont un effet destructeur tant sur les empreintes que sur l’ADN.Toutes les méthodes standard dedétection chimique des empreintesen présence de certaines armeschimiques ont été utilisées, sauf les méthodes de détection de laperoxydase dans le sang. Cetterecherche initiale a été effectuée en 2000 grâce à la collaboration de scientifiques à RDDC Suffield.D’autres travaux en collaborationavec RDDC Suffield et un contratavec l’Université de la Colombie-Britannique, qui ont été menés àterme en 2003, ont permis d’identi-fier quatre armes chimiques quiempêchent de récupérer les profilsADN à des fins judiciaires.

La stabilité des bactéries nonpathogènes lors de l’application de protocoles standard de prélève-ment et d’extraction d’ADN a étéétudiée en 2003 dans le cadre d’un contrat avec le Centre derecherche en microbiologie environnementale (CREM) del’Université d’Ottawa. Il ressort des résultats obtenus que les écou-villons FTAMD ne pouvaient pasinactiver les bactéries choisies.Toutefois, elles étaient détruiteslorsqu’on utilisait un tampon lysedans la procédure d’extraction de l’ADN, les bactéries sporuléesrequérant l’application de chaleur(95 ºC pendant 30 minutes) pourune destruction totale.

107

La stabilité des armes chimi-ques qui n’ont pas empêchél’établissement du profil d’ADNest étudiée dans le cadre d’un contrat en cours avec des scientifiques travaillant à TheNetherlands Organization ofApplied Scientific Research-Prins Maurits Lab (TNO-PML).

Un protocole d’entente avec des scientifiques du Centre de mesures et d’interventionsd’urgence de Santé Canada a été conclu pour poursuivre larecherche sur l’ADN à l’aide de bactéries pathogènes.



Objectifs

Traditionnellement, on privilé-giait la défense passive comme

moyen de contrer la menace d’uneattaque biochimique. La défensepassive englobe l’ensemble desmesures disponibles au soldat :détection et identification, sécuritéphysique, mesures de préventionmédicale et décontamination.

La modélisation et la simulationconstituent des activités de plus enplus importantes et pourraientinfluer grandement sur la défensepassive. Traditionnellement, le prin-cipal objectif était l’évaluation de la menace chimique au moyen duconcept de niveaux de défis. Au fur et à mesure que le tableau desmenaces change, l’évaluation desmenaces biologiques et de cellesexercées par des produits chimiquestoxiques (industriels) devient égale-ment un problème important(notamment les déversements quine constituent pas une attaque).

On a utilisé l’évaluation de lamenace comme point de départpour définir les besoins en matièrede système de défense passive.Auparavant, on déterminait de telsbesoins plus ou moins en fonctionde la situation du moment. Le laboratoire Prins Maurits de laTNO a élaboré une approche sys-témique, fondée sur des scénariospour modéliser toute la chaîne desmesures de défense passive, afinde calculer les niveaux de défis et le nombre de victimes. Il estalors possible d’étudier les effetsdes prescriptions en matière de

défense passive, en fonction de ces niveaux, améliorant ainsi leprocessus de sélection.

Le simulateur d’incident chim-ique (SIC) simule des événementsqui comprennent la défense passivepour contrer les agents de guerrechimique. Le modèle commence en mode « déversement, transportet dispersion », en fonction duquell’agent est déversé conformément à un scénario d’incident. Le modèlegénère des courbes de concen-tration en fonction du tempsd’exposition pour les détecteurs, les masques, les combinaisons, lesfiltres et les personnes inclus dansle scénario. En outre, il calcule lesniveaux de défis pour la cible glob-ale. Au cours de l’étape suivante, lemodèle est en mode de détection;une alarme retentit dès la détectiondu déversement d’un agent chimi-que. Ces alarmes de détection et les courbes d’exposition servent dedonnées d’entrée au mode suivant,dans le cadre duquel les modèles de protection de la peau et desvoies respiratoires sont enclenchés.Ces modèles calculent l’ampleur de la protection offerte parl’équipement de protection. Il enrésulte des courbes d’expositionaux liquides, aux vapeurs et auxaérosols, pour les poumons, lesyeux et la peau. Pour le mode final,le modèle des effets toxiques con-vertit les courbes d’exposition en nombre de victimes parmi lepersonnel. Il est nécessaire d’utiliserdes scénarios (p. ex., attaques ouincidents) comme données pour les modèles. Au fil des ans, on arecueilli un nombre considérable

TNO Simulateur d’incident chimique : une nouvelle approche pour déterminer les besoins en matière de défense passive

AUTEURS :M.J.G. Linders, C.A. van Beest, P. Brasser, L.F.G. Geers, G. van ’t Hof,R.A. Rumley-van Gurp, R.P. Sterkenburg, S.C. van Swieten, H.W. Zappey, A.R.T. Hin et M.W. Leeuw, TNO – Prins MauritsLaboratorium, Postbus 45, 2280 AA Rijswijk, Pays-Bas, +31 15 284 3303, courriel : [email protected].


de scénarios et on a élaboré unebase de données pour en faciliterl’extraction. Le scénario tientcompte de tous les facteurs perti-nents nécessaires au calcul desniveaux de défis (p. ex., donnéessur les cibles, caractéristiques desarmes, caractéristiques des agentschimiques et effets météorologiques).De plus, on peut choisir différentsétats d’alerte NBC (protectionorientée selon la mission – POSM).Ces états varient de « bas »,lorsqu’il n’est pas nécessaire deporter de l’équipement de protec-tion ou un masque, à « élevés »,lorsque le soldat doit être complète-ment protégé. Chaque état d’alertecomporte un intervalle de tempspour indiquer à quel moment ondoit revêtir un masque et la combi-naison de protection appropriés.Les données concernant lesniveaux de défis, les concentrationset les dépôts sont également stockésdans la base de données.

ProgrèsrécentsLe simulateur d’incident chimiquesimule la dispersion d’agents deguerre chimique (et également, à l’avenir, d’agents industriels etd’agents de guerre biologique), lesréponses des détecteurs, les effetsde l’équipement de protection etles réactions toxicologiques chezles humains, dans le cadre deplusieurs scénarios. Il faut d’aborddéfinir les scénarios en précisantles caractéristiques de l’incident,comme la cible, le terrain, le cli-mat, les armes, l’agent, etc.; les

déploiements de personnel – letype de protection disponible(masque, combinaison); ledéploiement des détecteurs –détecteur unique, réseau dedétecteurs, leur emplacement; et l’état d’alerte NBC. Par la suite,le modèle calcule « l’émission et le transport d’un agent » en fonc-tion du scénario, pour obtenir descourbes de concentration en fonc-tion du temps, aux emplacementsdes détecteurs et du personnel.

En ce qui concerne l’émission,le transport et la diffusion, onutilise le programme de simulationRAP2000, élaboré par le laboratoirePrins Maurits de TNO. Le moteurde RAP2000 est constitué d’unesérie de modèles de prédiction dequantités physiques, comme la con-centration et le dépôt en surface enfonction du temps et de l’emplace-ment, selon un scénario d’émissiond’agent chimique ou biologique. LeRAP2000 se fonde sur le postulatque chaque attaque chimique oubiologique, y compris les diffusionslinéaires, peut être divisée ensources uniques. On entend parsource unique, un nuage de gout-telettes de vapeur et de liquide dont la distribution de la masseselon les trois dimensions peut êtrereprésentée par une gaussienne. Lasource unique est divisée en bouf-fées de vapeur initiales suivie deplusieurs bouffées renfermant desgouttelettes de même dimension.

Le modèle du détecteur peutsimuler les systèmes de détectionde vapeurs et de liquides. Pour ladétection de vapeurs, trois aspectssont modélisés : la sensibilité, letemps de réaction et le temps

mort. Le modèle de détection deliquides simule le comportementdes papiers détecteurs, qui sontutilisés par les Néerlandais et parde nombreuses forces de défense.Ce modèle simule le virage descouleurs des papiers en fonctionde la densité des dépôts et desdimensions des gouttelettes. Lesrésultats du détecteur théoriquesont corrigés pour les procéduresde détection opérationnelle et lacontamination résiduelle.

Le modèle concernant la pro-tection cutanée – celui concernantla combinaison – calcule la con-centration des agents de guerre quipénètrent les vêtements NBC. Lavapeur est adsorbée sur le charbonde la tenue de protection NBC. Lemodèle calcule la concentrationd’agent qui s’est infiltré selon letype vêtement de protection NBC,sa concentration à l’extérieur, latempérature, la vitesse du vent, le temps d’exposition, le type devapeur, etc. Ce modèle comprendégalement un modèle simple pourles gouttes de liquides.

Le modèle de protection desvoies respiratoires – le modèleconcernant le masque – comprenddeux parties : un modèle sur lesfiltres à charbon et un autre sur les fuites du masque. Le modèlerelatif aux filtres à charbon préditle temps de protection du filtrecontre les vapeurs. Le modèle estvalide pour la physisorption d’unegrande variété de contaminantsorganiques. Les aspects clima-tiques, comme la température etl’humidité sont également desparamètres importants dont il fauttenir compte. Le modèle sur les


fuites est déterminé d’après desmesures du facteur de protectiondes personnes portant des masquesà gaz sur le terrain. La concentra-tion finale de vapeur qui atteint lesyeux d’un soldat ou qu’il inhaleest une moyenne basée sur la frac-tion de la pénétration à travers lefiltre et des fuites sur les côtés du masque.

Pour estimer le nombre proba-ble de victimes, le modèle des effetstoxiques utilise comme donnéesd’entrée les courbes de la concen-tration en fonction du temps tiréesdes modes de protection pul-monaire et corporelle. Ce modèleconvertit les courbes d’expositionen nombre de victimes probablesparmi le personnel, en présumantune relation probabiliste entre la dose et les effets. Il est possibled’estimer le nombre de victimes etses spectres selon les divers effetssur la santé, par exemple les effetssur la vision et les voies respira-toires, les effets percutanés, que l’on divise en deux catégories (incapacitants et mortels), et selondivers niveaux de protection, par exemple aucune protection,combinaison seulement, masqueseulement, masque et combinaison,et protection collective.

Tous les paramètres d’entrée,les descriptions de scénarios et lesrésultats sont stockés dans une basede données, ce qui en facilite l’accèset l’extraction. Il est possible d’ef-fectuer des analyses des résultats descénarios individuels et des analysesstatistiques de tous les scénarios (oud’un sous-ensemble). Les dépôts, la concentration et le nombre devictimes de la cible attaquée

constituent des résultats de scéna-rios individuels typiques. Lesrésultats d’analyses statistiques typiques comprennent la dosereçue, la menace de dépôt et lespectre des victimes.

Ainsi, le modèle de simulationd’incident chimique élimine engrande partie la subjectivité lorsd’études de scénarios, et de l’achatd’équipement de protection et de détection. Le SIC peut simulerl’effet de la chaîne complète dedéfense passive de façon cohé-rente. La force du SIC réside dansle fait qu’il est possible de simulercet effet pour un grand nombre desituations différentes et ainsi déter-miner, de manière systématique,les besoins en défense passive. La démonstration du principe desimulation de la chaîne complètede protection a été faite. Il restebeaucoup de travail à faire pourraffiner cette approche, de sorteque le SIC puisse être un outil efficace pour l’établissement desbesoins en situations réelles.

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Dans un avenir rapproché, aufur et à mesure que le moduleSIC évolue, on prévoit qu’ungroupe d’utilisateurs du SIC sera mis sur pied; groupe auquelpourront se joindre les paysmembres de l’OTAN.

Théoriquement, le systèmefournira un outil d’analyse à l’appui des processus de planifi-cation et de prise de décision. Lesystème appuiera éventuellementles opérations, sur le plan analy-tique, et agira comme interfaceavec un réseau intégré d’aver-tissement et d’observation, etapportera une capacité d’analyseen temps réel. Idéalement, le système devrait être en mesurede communiquer avec d’autresmodèles de simulation d’effetsd’explosion, de fragmentation, de feux, d’événements nucléaireset d’une combinaison de ces derniers.

Finalement, il faut noter quel’approche systémique pourraitégalement jouer un rôle dansl’élaboration de politiques derecherches, car elle permettra de souligner des faiblesses dusystème de défense passive,qu’il faut pallier.



proceedings of the 2004 crti summer symposium · 2012-08-03 · pathways. in the case of a...

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