Caratterizzazione della flora microbica orale in diverse categorie di pazienti sindromici in età evolutiva.

La salute orale dei soggetti affetti da patologie sistemiche responsabili di disabilità fisiche e/o psichiche, in particolare in età evolutiva, è un obiettivo da perseguire di primaria importanza al fine di migliorare la qualità della vita del bambino e garantirgli un buon inserimento nel contesto sociale. Ricerche sperimentali e cliniche hanno individuato i momenti eziopatogenetici delle diverse problematiche che si riscontrano a carico del cavo orale, con una frequenza superiore nei pazienti disabili rispetto alla restante popolazione, attribuendo ai batteri formanti la placca e a quelli con la capacità di indurre un danno parodontale un ruolo chiave. Diversi sono stati i protocolli di prevenzione e terapia proposti nel tempo, costruiti proprio in relazione all’età del soggetto ed alla tipologia della disabilità; tuttavia risulta di fondamentale importanza chiarire il complesso rapporto tra la popolazione microbica orale e l'ospite nello stato di malattia. In un contesto del genere, intento del lavoro di ricerca è proprio quello di portare a termine un progetto di bonifica dentaria su un gruppo di pazienti in età compresa tra i 2 e i 17 anni, affetti da patologie sistemiche e patologie del cavo orale, sulla base di un profilo microbiologico, a partire da tamponi salivari e prelievi parodontali. Stilando il profilo microbiologico del “gruppo campione” e confrontandolo con quello di un gruppo di pazienti di controllo, lo studio si propone di riuscire a delineare i miglioramenti, qualora ci fossero, post terapia odontostomatologica e di riuscire a trovare una base microbiologica alle patologie extra -orali annesse.

Caratterizzazione microbiologica ed epidemiologica del microbiota del cavo orale mediante metodiche colturali e molecolari

La ricerca si è focalizzata su due degli aspetti di interesse odontoiatrico più diffusi: la carie dentaria e la parodontite cronica. Il problema della carie dentaria è stato studiato in una popolazione di 39 soggetti affetti da cardiopatia congenita in cui la scarsa igiene orale è fattore di rischio per problematiche di salute generale e soprattutto per lo sviluppo di endocardite infettiva. I dati osservati e confrontati con quelli di un omogeneo gruppo di controllo dimostrano che nella dentatura decidua questi bambini hanno più denti cariati, come dimostrato dalla significativa differenza dell'indice dmft. Nella dentatura permanente non si osservano differenze tra i due gruppi. La carica microbica totale rilevata nella saliva e la presenza di Streptococcus mutans non mostrano differenze tra i due gruppi. I problemi di parodontite cronica sono stati studiati in un gruppo di 352 soggetti italiani adulti in cui si è definita la prevalenza dei 6 più importanti patogeni parodontali e la possibile correlazione con parametri clinici (pus, sanguinamento al sondaggio - BOP, profondità di sondaggio della tasca parodontale – PPD). Tra le 6 specie batteriche ricercate, quello di più frequente riscontro è stato Fusobacterium nucleatum (95%), mentre quello con carica batterica più alta è stato Tannerella forsythia. La carica batterica di Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Tannerella forsythia e Fusobacterium nucleatum ha mostrato una correlazione diretta con il BOP e la presenza di pus. Inoltre, si è riscontrato che la carica batterica di tutte le specie (tranne Aggregatibacterium actinomycetemcomitans) aumenta all'aumentare del PPD. Tra le variabili studiate, PPD rappresenta il più importante fattore di rischio per la presenza di parodontopatogeni, mentre BOP è un indicatore di rischio per la ricerca del complesso rosso.

Funzionalizzazione della mandibola dopo ricostruzione con lembo libero rivascolarizzato di fibula "single strut". Al di là del deficit di verticalità.

Obiettivi: Valutare la modalità  più efficace per la riabilitazione funzionale del limbo libero di fibula "single strut", dopo ampie resezioni per patologia neoplastica maligna del cavo orale. Metodi: Da una casistica di 62 ricostruzioni microvascolari con limbo libero di fibula, 11 casi sono stati selezionati per essere riabilitati mediante protesi dentale a supporto implantare. 6 casi sono stati trattati senza ulteriori procedure chirurgiche ad eccezione dell'implantologia (gruppo 1), affrontando il deficit di verticalità  della fibula attraverso la protesi dentaria, mentre i restanti casi sono stati trattati con la distrazione osteogenetica (DO) della fibula prima della riabilitazione protesica (gruppo 2). Il deficit di verticalità  fibula/mandibola è stato misurato. I criteri di valutazione utilizzati includono la misurazione clinica e radiografica del livello osseo e dei tessuti molli peri-implantari, ed il livello di soddisfazione del paziente attraverso un questionario appositamente redatto. Risultati: Tutte le riabilitazioni protesiche sono costituite da protesi dentali avvitate su impianti. L'età  media è di 52 anni, il rapporto uomini/donne è di 6/5. Il numero medio di impianti inseriti nelle fibule è di 5. Il periodo massimo di follow-up dopo il carico masticatorio è stato di 30 mesi per il gruppo 1 e di 38.5 mesi (17-81) di media per il gruppo 2. Non abbiamo riportato complicazioni chirurgiche. Nessun impianto è stato rimosso dai pazienti del gruppo 1, la perdita media di osso peri-implantare registrata è stata di 1,5 mm. Nel gruppo 2 sono stati riportati un caso di tipping linguale del vettore di distrazione durante la fase di consolidazione e un caso di frattura della corticale basale in assenza di formazione di nuovo osso. L'incremento medio di osso in verticalità è stato di 13,6 mm (12-15). 4 impianti su 32 (12.5%) sono andati persi dopo il periodo di follow-up. Il riassorbimento medio peri-implantare, è stato di 2,5 mm. Conclusioni: Le soluzioni più utilizzate per superare il deficit di verticalità  del limbo libero di fibula consistono nell'allestimento del lembo libero di cresta iliaca, nel posizionare la fibula in posizione ideale da un punto di vista protesico a discapito del profilo osseo basale, l'utilizzo del lembo di fibula nella versione descritta come "double barrel", nella distrazione osteogenetica della fibula. La nostra esperienza concerne il lembo libero di fibula che nella patologia neoplastica maligna utilizziamo nella versione "single strut", per mantenere disponibili tutte le potenzialità  di lunghezza del peduncolo vascolare, senza necessità  di innesti di vena. Entrambe le soluzioni, la protesi dentale ortopedica e la distrazione osteogenetica seguita da protesi, entrambe avvitate su impianti, costituiscono soluzioni soddisfacenti per la riabilitazione funzionale della fibula al di là  del suo deficit di verticalità . La prima soluzione ha preso spunto dall'osservazione dei buoni risultati della protesi dentale su impianti corti, avendo un paragonabile rapporto corona/radice, la DO applicata alla fibula, sebbene sia risultata una metodica con un numero di complicazioni più elevato ed un maggior livello di riassorbimento di osso peri-implantare, costituisce in ogni caso una valida opzione riabilitativa, specialmente in caso di notevole discrepanza mandibulo/fibulare. Decisiva è la scelta del percorso terapeutico dopo una accurata valutazione di ogni singolo caso. Vengono illustrati i criteri di selezione provenienti dalla nostra esperienza.

Manifestazioni Cranio-facciali delle Neurofibromatosi

The term neurofibromatosis (NF) subsumes at least seven different genetic disorders associated by the presence of neurofibromas located in the skin, oral cavity, visceral and skeletal level. As NF1 (Von Recklinghausen disease), one of the most common genetic diseases, can have oral manifestations, dentists have to be aware about pathognomonic features. The thesis’ target is the literature’s review on the NF1 manifestations either systemic or cefalic area and these features’ research in a specimen of 30 patients NF1 affected. NF1 is manifested in the cefalic area locating either in the jaws (isolated neurofibromas, ipoplasia or bone structures absence) or soft tissues (fibromas and neurofibromas located in: cheeck, lips, oral mucosa, tongue, mouth’s floor, gingiva and palate). Frequently, NF1 patients are affected by dental anomalies of position, number and eruption, that determinates the possibility of orthopaedic-orthodontic problems. An increased prevalence of the caries risk and a possible pulpar involvement of neurofibromas is reported. Clinical and radiographical typical signs of the disease and specific indications for the differential diagnosis with other oral pathologies are described (cysts and odontogenic tumors, periapical lesions of endodontic origin and severe parodontitis). The importance of screening programs and periodical follow-ups (biannual dental visits from the age of four years, annual X-ray checks from the age of six) is supported by the high frequency of manifestations at hard and soft tissues level of the cefalic area and by the documented risk of malignant transformation.

Biofilms on exposed monumental stones: mechanism of formation and development of new control methods

Within the stone monumental artefacts artistic fountains are extremely favorable to formation of biofilms, giving rise to biodegradation processes related with physical-chemical and visual aspect alterations, because of their particular exposure conditions. Microbial diversity of five fountains (two from Spain and three from Italy) was investigated. It was observed an ample similarity between the biodiversity of monumental stones reported in literature and that one found in studied fountains. Mechanical procedures and toxic chemical products are usually employed to remove such phototrophic patinas. Alternative methods based on natural antifouling substances are recently experimented in the marine sector, due to their very low environmental impact and for the bio settlement prevention on partially immersed structures of ships. In the present work groups of antibiofouling agents (ABAs) were selected from literature for their ability to interfere, at molecular level, with the microbial communication system “quorum sensing”, inhibiting the initial phase of biofilm formation. The efficacy of some natural antibiofoulants agents (ABAs) with terrestrial (Capsaicine - CS, Cinnamaldehyde - CI) and marine origin (Zosteric Acid - ZA, poly-Alkyl Pyridinium Salts – pAPS and Ceramium botryocarpum extract - CBE), incorporated into two commercial coatings (Silres BS OH 100 - S and Wacker Silres BS 290 - W) commonly used in stone conservation procedures were evaluated. The formation of phototrophic biofilms in laboratory conditions (on Carrara marble specimens and Sierra Elvira stone) and on two monumental fountains (Tacca’s Fountain 2 - Florence, Italy and Fountain from Patio de la Lindaraja - Alhambra Palace, Granada, Spain) has been investigated in the presence or absence of these natural antifouling agents. The natural antibiofouling agents, at tested concentrations, demonstrated a certain inhibitory effect. The silane-siloxane based silicone coating (W) mixing with ABAs was more suitable with respect to ethyl silicate coating (S) and proved efficacy against biofilm formation only when incompletely cured. The laboratory results indicated a positive action in inhibiting the patina formation, especially for poly-alkyl pyridinium salts, zosteric acid and cinnamaldehyde, while on site tests revealed a good effect for zosteric acid.

Therapeutic microbiology: characterization of Bifidobacterium strains for the treatment of enteric disorders in newborns.

Several studies support the use of probiotics for the treatment of minor gastrointestinal problems in infants. Positive effects on newborn colics have been evidenced after administration of Lactobacillus strains, whereas no studies have been reported regarding the use of bifidobacteria for this purpose. This work was therefore aimed at the characterization of Bifidobacterium strains capable of inhibiting the growth of pathogens typical of the infant gastro-intestinal tract and of coliforms isolated from colic newborns. Among the 46 Bifidobacterium strains considered, 16 showed high antimicrobial activity against potential pathogens; these strains were further characterized from a taxonomic point of view, for the presence and transferability of antibiotic resistances, for citotoxic effects and adhesion to non tumorigenic gut epithelium cell lines. Moreover, their ability to stimulate gut health by increasing the metabolic activity and the immune response of epithelial cells was also studied. The examination of all these features allowed to identify 3 B. breve strains and a B. longum subsp. longum strain as potential probiotics for the treatments of enteric disorders in newborns such as infantile colics. The formulation of a synbiotic product with an appropriate prebiotic fiber capable of supporting the growth of the selected Bifidobacterium strains was also considered in this study. In this respect the ability of the 4 selected Bifidobacterium strains to use as the sole carbon source and energy source different polisaccharide fibers was investigated The last phase of the work has been dedicated to the evaluation of the gut microbial diversity in newborns whose mothers has been subjected to antibiotic therapy a few hours before the delivery because of a Streptococcus type B infection. These newborns can represent a possible target for the probiotic strains selected in this work.

Ricerca di marcatori molecolari nella prevenzione dei tumori di testa e collo

Oral cavity cancers (OSCC) are among the most malignances worldwide. OSCC tipically affects men in their IV or V dedade of life, and the most relevant risk factors are tobacco and alcohol consumption. OSCCs generally exhibit poor prognosis, and late stage identification correlates with higher mortality rates. Basic prognostic factors, are tumor size and presence of lymph node and/or distance metastases (T classification, N, M). However, tumors with the same TNM grade and similar morphology may have completely different evolution, because of their intrinsic biological characteristics. For these reasons, the identification of new molecular markers with a predictive value, could represent useful tools in OSCC prevention, prognosis and treatment. In the first part of my PhD project I evaluated the loss of heterozygosity as a possible cause of deregulation of well-known tumor suppressors genes. Obtained data put on light the importance of this rearrangement and genes PDCD4, CTNB1, CASP4 and HSP23, in the onset and progression of OSCC. Subsequently, the analysis of the expression profile of miRNAs, led to the identification of some miRNAs that seems to be involved in cancer development and metastatic progression. In both cases, we need further investigations to understand whether these molecules may be used ideal markers in OSCC diagnosis and treatment.

Elaborazione di un algoritmo di pianificazione di ricostruzioni del cavo orale, dell'orofaringe, della mandibola.

1.Ricostruzione mandibolare La ricostruzione mandibolare è comunemente eseguita utilizzando un lembo libero perone. Il metodo convenzionale (indiretto) di Computer Aided Design e Computer Aided Manifacturing prevede il modellamento manuale preoperatorio di una placca di osteosintesi standard su un modello stereolitografico della mandibola. Un metodo innovativo CAD CAM diretto comprende 3 fasi: 1) pianificazione virtuale 2) computer aided design della dima di taglio mandibolari, della dima di taglio del perone e della placca di osteosintesi e 3) Computer Aided Manufacturing dei 3 dispositivi chirurgici personalizzati. 7 ricostruzioni mandibolari sono state effettuate con il metodo diretto. I risultati raggiunti e le modalità di pianificazione sono descritte e discusse. La progettazione assistita da computer e la tecnica di fabbricazione assistita da computer facilita un'accurata ricostruzione mandibolare ed apporta un miglioramento statisticamente significativo rispetto al metodo convenzionale. 2. Cavità orale e orofaringe Un metodo ricostruttivo standard per la cavità orale e l'orofaringe viene descritto. 163 pazienti affetti da cancro della cavità orale e dell'orofaringe, sono stati trattati dal 1992 al 2012 eseguendo un totale di 175 lembi liberi. La strategia chirurgica è descritta in termini di scelta del lembo, modellamento ed insetting. I modelli bidimensionali sono utilizzati per pianificare una ricostruzione tridimensionale con il miglior risultato funzionale ed estetico. I modelli, la scelta del lembo e l' insetting sono descritti per ogni regione. Complicazioni e risultati funzionali sono stati valutati sistematicamente. I risultati hanno mostrato un buon recupero funzionale con le tecniche ricostruttive descritte. Viene proposto un algoritmo ricostruttivo basato su template standard.

Profili di espressione genetica ed epigenetica ad impatto prognostico e predittivo nel carcinoma squamoso e nelle lesioni potenzialmente maligne del cavo orale

Il carcinoma squamoso orale (CSO) è spesso preceduto da lesioni definite potenzialmente maligne tra cui la leucoplachia e il lichen ma una diagnosi precoce avviene ancora oggi in meno della metà dei casi. Inoltre spesso un paziente trattato per CSO svilupperà secondi tumori. Scopo del lavoro di ricerca è stato: 1) Studiare, mediante metodica di next generation sequencing, lo stato di metilazione di un gruppo di geni a partire da prelievi brushing del cavo orale al fine di identificare CSO o lesioni ad alto rischio di trasformazione maligna. 2) Valurare la relazione esistente tra sovraespressione di p16INK4A e presenza di HPV in 35 pazienti affetti da lichen 3) Valutare la presenza di marker istopatologici predittivi di comparsa di seconde manifestazioni tumorali 4) valutare la relazione clonale tra tumore primitivo e metastasi linfonodale in 8 pazienti mediante 2 metodiche di clonalità differenti: l’analisi di mtDNA e delle mutazioni del gene TP53. I risultati hanno mostrato: 1) i geni ZAP70 e GP1BB hanno presentato un alterato stato di metilazione rispettivamente nel 100% e nel 90,9% di CSO e lesioni ad alto rischio, mentre non sono risultati metilati nei controlli sani; ipotizzando un ruolo come potenziali marcatori per la diagnosi precoce nel CSO. 2)Una sovraespressione di p16INK4A è risultata in 26/35 pazienti affetti da lichen ma HPV-DNA è stato identificato in soli 4 campioni. Nessuna relazione sembra essere tra sovraespressione di p16INK4A e virus HPV. 3)L’invasione perineurale è risultato un marker predittivo della comparsa di recidiva locale e metastasi linfonodale, mentre lo stato dei margini chirurgici si è rilevato un fattore predittivo per la comparsa di secondi tumori primitivi 4) Un totale accordo nei risultati c’è stato tra analisi di mtDNA e analisi di TP53 e le due metodiche hanno identificato la presenza di 4 metastasi linfonodali non clonalmente correlate al tumore primitivo.

Land use change to perennial energy crops in Northern Italy: Effects on soil organic carbon sequestration and distribution, soil enzyme activities and microbial communities.

Studies on soil organic carbon (SOC) sequestration in perennial energy crops are available for North-Central Europe, while there is insufficient information for Southern Europe. This research was conducted in the Po Valley, a Mediterranean-temperate zone characterised by low SOC levels, due to intensive management. The aim was to assess the factors influencing SOC sequestration and its distribution through depth and within soil fractions, after a 9-year old conversion from two annual systems to Miscanthus (Miscanthus × giganteus) and giant reed (Arundo donax). The 13C natural abundance was used to evaluate the amount of SOC in annual and perennial species, and determine the percentage of carbon derived from perennial crops. SOC was significantly higher under perennial species, especially in the topsoil (0-0.15 m). After 9 years, the amount of C derived from Miscanthus was 18.7 Mg ha-1, mostly stored at 0-0.15 m, whereas the amount of C derived from giant reed was 34.7 Mg ha-1, evenly distributed through layers. Physical soil fractionation was combined with 13C abundance analysis. C derived from perennial crops was mainly found in macroaggregates. Under giant reed, more newly derived-carbon was stored in microaggregates and mineral fraction than under Miscanthus. A molecular approach based on denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) allowed to evaluate changes on microbial community, after the introduction of perennial crops. Functional aspects were investigated by determining relevant soil enzymes (β-glucosidase, urease, alkaline phosphatase). Perennial crops positively stimulated these enzymes, especially in the topsoil. DGGE profiles revealed that community richness was higher in perennial crops; Shannon index of diversity was influenced only by depth. In conclusion, Miscanthus and giant reed represent a sustainable choice for the recovery of soils exhausted by intensive management, also in Mediterranean conditions and this is relevant mainly because this geographical area is notoriously characterised by a rapid turnover of SOC.

Microbial ecology of biotechnological processes

The investigation of phylogenetic diversity and functionality of complex microbial communities in relation to changes in the environmental conditions represents a major challenge of microbial ecology research. Nowadays, particular attention is paid to microbial communities occurring at environmental sites contaminated by recalcitrant and toxic organic compounds. Extended research has evidenced that such communities evolve some metabolic abilities leading to the partial degradation or complete mineralization of the contaminants. Determination of such biodegradation potential can be the starting point for the development of cost effective biotechnological processes for the bioremediation of contaminated matrices. This work showed how metagenomics-based microbial ecology investigations supported the choice or the development of three different bioremediation strategies. First, PCR-DGGE and PCR-cloning approaches served the molecular characterization of microbial communities enriched through sequential development stages of an aerobic cometabolic process for the treatment of groundwater contaminated by chlorinated aliphatic hydrocarbons inside an immobilized-biomass packed bed bioreactor (PBR). In this case the analyses revealed homogeneous growth and structure of immobilized communities throughout the PBR and the occurrence of dominant microbial phylotypes of the genera Rhodococcus, Comamonas and Acidovorax, which probably drive the biodegradation process. The same molecular approaches were employed to characterize sludge microbial communities selected and enriched during the treatment of municipal wastewater coupled with the production of polyhydroxyalkanoates (PHA). Known PHA-accumulating microorganisms identified were affiliated with the genera Zooglea, Acidovorax and Hydrogenophaga. Finally, the molecular investigation concerned communities of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contaminated soil subjected to rhizoremediation with willow roots or fertilization-based treatments. The metabolic ability to biodegrade naphthalene, as a representative model for PAH, was assessed by means of stable isotope probing in combination with high-throughput sequencing analysis. The phylogenetic diversity of microbial populations able to derive carbon from naphthalene was evaluated as a function of the type of treatment.