Stimolazione precoce della consolidazione ossea in pazienti con frattura di gamba attraverso campi elettromagnetici pulsati basata su un algoritmo predittivo del rischio diritardo di consolidazione ossea (ARRCO – Algoritmo Rischio Ritardo Consolidazione Ossea – IGEA®).

E' stato sviluppato un algoritmo predittivo del rischio di consolidazione ossea (ARRCO – Algoritmo Rischio Ritardo Consolidazione Ossea - IGEA, Carpi, Italy) che combina diversi fattori correlati al rischio di ritardata o mancata guarigione di una frattura. Questo algoritmo ha permesso di idntificare una popolazione di pazienti affetti da fratture con aumentato rischio di ritardo di consolidazione o mancata guarigione. Questi pazienti sono stati sottoposti precocemente a stimolazione biofisica precoce mediante Campi Elettromagnetici Pulsati a bassa frequenza (CEMP), ottenendo la guarigione della frattura nella maggior parte dei casi e in tempi considerati fisiologici. Pertanto in un gruppo selezionato di pazienti, il trattamento può essere indirizzato all'applicazione precoce di CEMP, al fine di promuovere la consolidazione ossea di una frattura "a richio", il cui trattamento richiederebbe altrimenti tempi più prolungati e un costo virtuale maggiore dell'intero trattamento sanitario.

Brain-Computer Interfaces for augmented communication: Asynchronous and adaptive algorithms and evaluation with end users

This thesis aimed at addressing some of the issues that, at the state of the art, avoid the P300-based brain computer interface (BCI) systems to move from research laboratories to end users’ home. An innovative asynchronous classifier has been defined and validated. It relies on the introduction of a set of thresholds in the classifier, and such thresholds have been assessed considering the distributions of score values relating to target, non-target stimuli and epochs of voluntary no-control. With the asynchronous classifier, a P300-based BCI system can adapt its speed to the current state of the user and can automatically suspend the control when the user diverts his attention from the stimulation interface. Since EEG signals are non-stationary and show inherent variability, in order to make long-term use of BCI possible, it is important to track changes in ongoing EEG activity and to adapt BCI model parameters accordingly. To this aim, the asynchronous classifier has been subsequently improved by introducing a self-calibration algorithm for the continuous and unsupervised recalibration of the subjective control parameters. Finally an index for the online monitoring of the EEG quality has been defined and validated in order to detect potential problems and system failures. This thesis ends with the description of a translational work involving end users (people with amyotrophic lateral sclerosis-ALS). Focusing on the concepts of the user centered design approach, the phases relating to the design, the development and the validation of an innovative assistive device have been described. The proposed assistive technology (AT) has been specifically designed to meet the needs of people with ALS during the different phases of the disease (i.e. the degree of motor abilities impairment). Indeed, the AT can be accessed with several input devices either conventional (mouse, touchscreen) or alterative (switches, headtracker) up to a P300-based BCI.

Fine tuning of on-growing diets for farmed marine fish species as a key tool to sustain the aquaculture development

The aim of this thesis was to investigate some important key factors able to promote the prospected growth of the aquaculture sector. The limited availability of fishmeal and fish oil led the attention of the aquafeed industry to reduce the dependency on marine raw materials in favor of vegetable ingredients. In Chapter 2, we reported the effects of fishmeal replacement by a mixture of plant proteins in turbot (Psetta maxima L.) juveniles. At the end of the trial, it was found that over the 15% plant protein inclusion can cause stress and exert negative effects on growth performance and welfare. Climate change aroused the attention of the aquafeed industry toward the production of specific diets capable to counteract high temperatures. In Chapter 3, we investigated the most suitable dietary lipid level for gilthead seabream (Sparus aurata L.) reared at Mediterranean summer temperature. In this trial, it was highlighted that 18% dietary lipid allows a protein sparing effect, thus making the farming of this species economically and environmentally more sustainable. The introduction of new farmed fish species makes necessary the development of new species-specific diets. In Chapter 4, we assessed growth response and feed utilization of common sole (Solea solea L.) juveniles fed graded dietary lipid levels. At the end of the trial, it was found that increasing dietary lipids over 8% led to a substantial decline in growth performance and feed utilization indices. In Chapter 5, we investigated the suitability of mussel meal as alternative ingredient in diets for common sole juveniles. Mussel meal proved to be a very effective alternative ingredient for enhancing growth performance, feed palatability and feed utilization in sole irrespectively to the tested inclusion levels. This thesis highlighted the importance of formulating more specific diets in order to support the aquaculture growth in a sustainable way.

Prestazioni energetico-ambientali di sistemi cogenerativi avanzati e analisi di casi applicativi

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare dapprima l’impatto ambientale di tali impianti e poi analizzare il contributo effettivo che oggi la tecnologia innovativa dei cicli Rankine organici può dare nella valorizzazione elettrica del calore di scarto di processi industriali, focalizzando l’obiettivo principalmente sulle turbine a gas ed eseguendo un caso di studio in un settore ancora poco esplorato da questa tecnologia, quello Oil&Gas. Dopo aver effettuato il censimento degli impianti a fonti fossili e rinnovabili, cogenerativi e non, presenti in Emilia-Romagna, è stato sviluppato un software chiamato MiniBref che permette di simulare il funzionamento di una qualsiasi centrale termoelettrica grazie alla possibilità di combinare la tecnologia dell’impianto con il tipo di combustibile consentendo la valutazione delle emissioni inquinanti ed i potenziali di inquinamento. Successivamente verranno illustrati gli ORC, partendo dalle caratteristiche impiantistiche e termodinamiche fino ad arrivare alla scelta del fluido organico, fondamentale per le performance del ciclo. Dopo aver effettuato una ricognizione dello stato dell’arte delle applicazioni industriali degli ORC nel recupero termico, verranno eseguite simulazioni numeriche per ricostruire gli ORC ed avere una panoramica il più completa ed attendibile delle prestazioni effettive di questi sistemi. In ultimo verranno illustrati i risultati di un caso di studio che vede l’adozione di recupero mediante ciclo organico in un’installazione esistente del settore Oil&Gas. Si effettuerà uno studio delle prestazione dell’impianto al variare delle pressioni massime e minime del ciclo ed al variare del fluido impiegato al fine di mostrare come questi parametri influenzino non solo le performance ma anche le caratteristiche impiantistiche da adottare. A conclusione del lavoro si riporteranno i risultati relativi all’analisi condotte considerando l’impianto ai carichi parziali ed in assetto cogenerativo.

Neural network modelling of the wave-structure interaction processes

This thesis presents a new Artificial Neural Network (ANN) able to predict at once the main parameters representative of the wave-structure interaction processes, i.e. the wave overtopping discharge, the wave transmission coefficient and the wave reflection coefficient. The new ANN has been specifically developed in order to provide managers and scientists with a tool that can be efficiently used for design purposes. The development of this ANN started with the preparation of a new extended and homogeneous database that collects all the available tests reporting at least one of the three parameters, for a total amount of 16’165 data. The variety of structure types and wave attack conditions in the database includes smooth, rock and armour unit slopes, berm breakwaters, vertical walls, low crested structures, oblique wave attacks. Some of the existing ANNs were compared and improved, leading to the selection of a final ANN, whose architecture was optimized through an in-depth sensitivity analysis to the training parameters of the ANN. Each of the selected 15 input parameters represents a physical aspect of the wave-structure interaction process, describing the wave attack (wave steepness and obliquity, breaking and shoaling factors), the structure geometry (submergence, straight or non-straight slope, with or without berm or toe, presence or not of a crown wall), or the structure type (smooth or covered by an armour layer, with permeable or impermeable core). The advanced ANN here proposed provides accurate predictions for all the three parameters, and demonstrates to overcome the limits imposed by the traditional formulae and approach adopted so far by some of the existing ANNs. The possibility to adopt just one model to obtain a handy and accurate evaluation of the overall performance of a coastal or harbor structure represents the most important and exportable result of the work.

Mercato dell'informazione, posizionamento dei media e distorsioni: Un'analisi attraverso l'algoritmo Wordfish

Una stampa libera e plurale è un elemento fondante di ogni sistema democratico ed è fondamentale per la creazione di un’opinione pubblica informata e in grado di esercitare controllo e pressione sulle classi dirigenti. Dal momento della loro creazione i giornali si sono imposti come un’importantissima fonte di informazione per l’opinione pubblica. La seconda metà del Novecento, inoltre, ha conosciuto innovazioni tecnologiche che hanno portato grandi cambiamenti nel ruolo della carta stampata come veicolo di trasmissione delle notizie. Partendo dalla diffusione della televisione fino ad arrivare alla rivoluzione digitale degli anni ’90 e 2000, la velocità di creazione e di trasmissione delle informazioni è aumentata esponenzialmente, i costi di produzione e di acquisizione delle notizie sono crollati e una quantità enorme di dati, che possono fornire moltissime informazioni relative alle idee e ai contenuti proposti dai diversi autori nel corso del tempo, è ora a disposizione di lettori e ricercatori. Tuttavia, anche se grazie alla rivoluzione digitale i costi materiali dei periodici si sono notevolmente ridotti, la produzione di notizie comporta altre spese e pertanto si inserisce in un contesto di mercato, sottoposto alle logiche della domanda e dell'offerta. In questo lavoro verrà analizzato il ruolo della domanda e della non perfetta razionalità dei lettori nel mercato delle notizie, partendo dall’assunto che la differenza di opinioni dei consumatori spinge le testate a regolare l’offerta di contenuti, per venire incontro alla domanda di mercato, per verificare l’applicabilità del modello utilizzato (Mullainhatan e Shleifer, 2005) al contesto italiano. A tale scopo si è analizzato il comportamento di alcuni quotidiani nazionali in occasione di due eventi che hanno profondamente interessato l'opinione pubblica italiana: il fenomeno dei flussi migratori provenienti dalla sponda sud del Mediterraneo nel mese di ottobre 2013 e l'epidemia di influenza H1N1 del 2009.

Design of biobased additives for tuning the properties of biopolymers

This work mainly arises from the necessity to support the rapid introduction of different biobased polymers that the industrial sector has been facing lately. Indeed, while considerable efforts are being made to find environmentally and economically sustainable materials, less attention is paid to their need to be properly compounded to fulfil increasingly rigorous technical and quality requirements. Therefore, there is a strong demand for the development of a novel generation of compatible additives able to improve the properties of biobased polymers while respecting sustainability. With this in mind, a new class of biobased plasticizers is herein proposed. Five different ketal-diesters were selectively synthesized starting from levulinic acid, a promising renewable chemical platform. These molecules were added to poly(vinyl chloride) as model polymer to test their plasticizing effectiveness. Complete morphological, thermal and viscoelastic characterizations showed a clear correlation between the structural features of the ketal-esters and the properties of the material. In addition, no significant leaching was found in both hydrophilic and lipophilic environments. Importantly, the proposed ketal-diesters performed comparably and, in some cases, even better than commercial plasticizers. The same molecules were then added to bacterial poly(3-hydroxybutyrate), a semicrystalline polyester characterized by poor thermal and mechanical properties. Morphology assessments showed no phase separation and the plasticizing effectiveness was confirmed by thermal and viscoelastic analyses, while leaching tests showed low extraction values. Readily usable fractions with controlled structure and tailored properties were obtained from highly heterogeneous industrial grade Kraft lignin. These fractions were then added to poly(vinyl alcohol). Promising preliminary results in terms of compatibility were achieved, with thermograms showing only one glass transition temperature. Finally, a fully biobased glycerol-trilevulinate was successfully synthesized by means of a mild and solvent-free route. Its plasticizing effectiveness was evaluated on poly(vinyl chloride), showing a significant decrease of the glass transition temperature of the material.

New functional polythiophene based materials: fine-tuning of photovoltaic or chiroptical properties

There is a remarkable level of interest in the development of π-conjugated polymers (ICPs) which have been employed, thanks to their promising optical and electronic properties, in numerous applications including photovoltaic cells, light emitting diodes and thin-film transistors. Although high power conversion efficiency can be reached using poly(3-alkylthiophenes) (P3ATs) as electron-donating materials in polymeric solar cells of the Bulk-Heterojunction type (BHJ), their relatively large band gap limits the solar spectrum fraction that can be utilized. The research work described in this dissertation thus concerns the synthesis, characterization and study of the optical and photoactivity properties of new organic semiconducting materials based on polythiophenes. In detail, various narrow band gap polymers and copolymers were developed through different approaches and were characterized by several complementary techniques, such as gel permeation chromatography (GPC), NMR spectroscopy, thermal analyses (DSC, TGA), UV-Vis/PL spectroscopy and cyclic voltammetry (CV), in order to investigate their structural and chemical/photophysical properties. Moreover, the polymeric derivatives were tested as active material in air-processed organic solar cells. The activity has also been devoted to investigate the behavior of polythiophenes with chiral side chain, that are fascinating materials capable to assume helix supramolecular structures, exhibiting optical activity in the aggregated state.

Peptidomimetic ligands for tuning integrin-mediated signalling: rational design, synthesis and theranostic applications

Integrins are α/β-heterodimeric transmembrane adhesion receptors that mediate cell-cell and cell-ECM interactions. Integrins are bidirectional signalling receptors that respond to external signals (“outside-in” signalling) and in parallel, transduce internal signals to the matrix (“inside-out” signalling), to regulate vital cellular functions including migration, survival, growth and differentiation. Therefore, dysregulation of these tightly regulated processes often results in uncontrolled integrin activation and abnormal tissue expression that is responsible for many diseases. Because of their important roles in physiological and pathological events, they represent a validated target for therapeutic and diagnostic purposes. The aim of the present Thesis was focused on the development of peptidic ligands for α4β1 and αvβ3 integrin subtypes, involved in inflammatory responses (leukocytes recruitment and extravasation) and cancer progression (angiogenesis, tumor growth, metastasis), respectively. Following the peptidomimetic strategy, we designed and synthesized a small library of linear and cyclic hybrid α/β-peptidomimetics based on the phenylureido-LDV scaffolds for the treatment of chronic inflammatory autoimmune diseases. In order to implement a fast and non-invasive diagnostic method for monitoring the course of the inflammatory processes, a flat glass-surface of dye-loaded Zeolite L-crystal nanoparticles was coated with bioactive α4β1-peptidomimetics to detect specific integrin-expressing cells as biomarkers of inflammatory diseases. Targeted drug delivery has been considered a promising alternative to overcome the pharmacokinetic limitations of conventional anticancer drugs. Thus, a novel Small-Molecule Drug Conjugate was synthesized by connecting the highly cytotoxic Cryptophycin to the tumor-targeting RGDfK-peptide through a protease-cleavable linker. Finally, in view to making the peptide synthesis more sustainable and greener, we developed an alternative method for peptide bonds formation employing solvent-free mechanochemistry and ultra-mild minimal solvent-grinding conditions in common, inexpensive laboratory equipment. To this purpose, standard amino acids, coupling agents and organic-green solvents were used in the presence of nanocrystalline hydroxyapatite as a reusable, bio-compatible inorganic basic catalyst.

Alterazioni strutturali e funzionali nelle diverse eziologie di amiloidosi cardiaca: analisi dei parametri ecocardiografici ed emodinamici invasivi e loro ruolo prognostico

Background e scopo: Tradizionalmente la cardiomiopatia amiloidotica (CA) è stata considerata una cardiomiopatia restrittiva, ma studi recenti hanno evidenziato il ruolo anche della disfuzione sistolica nella sua fisiopatologia. In questo contesto recente, raramente è stato indagato il profilo emodinamico invasivo. Lo scopo dello studio è stato quello di caratterizzare il profilo emodinamico, strutturale e funzionale della CA nelle tre principali eziologie (amiloidosi da catene leggere (AL), amiloidosi transtiretino-relata (ATTR) mutata (ATTRm) e ‘wild-type’ (ATTRwt)), valutare le differenze del profilo ecocardiografico ed emodinamico nelle fasi diverse di malattia ed esplorare il ruolo prognostico delle principali variabili cliniche e strumentali nella CA. Metodi e risultati: Abbiamo analizzato retrospettivamente i dati di 224 pazienti con CA (AL, n=93; ATTRm, n=66; ATTRwt, n=65). Rispetto all'ATTRwt, i pazienti con AL presentano un minor interessamento morfologico cardiaco, ma dati emodinamici paragonabili, caratterizzati da elevate pressioni di riempimento biventricolari e riduzione della gittata sistolica. L’ATTRm, nonostante il profilo ecocardiografico analogo all’ATTRwt, mostra un quadro emodinamico migliore. Gli indici di funzione diastolica e sistolica longitudinale del ventricolo sinistro (Vsn) sono alterati fin dagli stadi iniziali della malattia, mentre la frazione di eiezione (FEVsn) rimane preservata nella maggior parte dei pazienti, anche nelle fasi avanzate (FEVsn 50 [37-60]%; FEVsn <40% nel 28% dei pazienti NYHA III / IV). All'analisi multivariata, età, NYHA III/I, eziologia AL, frazione di contrazione miocardica (MCF), indice cardiaco (CI) e pressione atriale destra (RAP) sono indipendentemente associati a eventi clinici avversi. Conclusioni Questo studio conferma la complessa fisiopatologia della CA, in cui la disfunzione diastolica è accompagnata da una funzione sistolica longitudinale anormale sin dalle fasi iniziali della malattia. L'AL e l'ATTRwt, nonostante diversi gradi di alterazioni morfologiche, hanno un profilo emodinamico simile; l'ATTRm, invece, presenta un quadro emodinamico migliore. Tra i parametri strumentali, MCF, CI e RAP emergono come predittori significativi di eventi avversi.