Analisi d'immagine, patologia quantitativa e dimensione frattale in patologia veterinaria: Densita' e forme

Fino dagli albori della metodica scientifica, l’osservazione e la vista hanno giocato un ruolo fondamentale. La patologia è una scienza visiva, dove le forme, i colori, le interfacce e le architetture di organi, tessuti, cellule e componenti cellulari guidano l’occhio del patologo e ne indirizzano la scelta diagnostico-classificativa. L’osservazione del preparato istologico in microscopia ottica si attua mediante l’esame e la caratterizzazione di anomalie ad ingrandimenti progressivamente crescenti, a diverse scale spaziali, che partono dalla valutazione dell’assetto architettonico sovracellulare, per poi spostarsi ad investigare e descrivere le cellule e le peculiarità citomorfologiche delle stesse. A differenza di altri esami di laboratorio che sono pienamente quantificabili, l’analisi istologica è intrinsecamente soggettiva, e quindi incline ad un alto grado di variabilità nei risultati prodotti da differenti patologi. L’analisi d’immagine, l’estrazione da un’immagine digitale di contenuti utili, rappresenta una metodica oggettiva, valida e robusta ormai largamente impiegata a completamento del lavoro del patologo. Si sottolinea come l’analisi d’immagine possa essere vista come fase descrittiva quantitativa di preparati macroscopici e microscopici che poi viene seguita da una interpretazione. Nuovamente si sottolinea come questi descrittori siano oggettivi, ripetibili e riproducibili, e non soggetti a bassa concordanza inter operatore. La presente tesi si snoda attraverso un percorso concettuale orientato ad applicazioni di analisi d’immagine e patologia quantitativa che parte dalle applicazioni più elementari (densità, misure lineari), per arrivare a nozioni più avanzate, quali lo studio di complessità delle forme mediante l’analisi frattale e la quantificazione del pattern spaziale di strutture sovracellulari.

Variabilita' ed evoluzione dei prioni: Mutabilita' in vitro

I prioni, privi di acidi nucleici, esistono come ceppi e possono mutare, in particolare quando attraversano una barriera di specie. Numerosi studi convergono sulla conclusione che le caratteristiche ceppo-specifiche siano inscritte nella conformazione della PrPSc, con la variabilità di ceppo associata a varianti conformazionali della PrPSc. In questo studio ci siamo avvalsi del PMCA, tecnica che riproduce in vitro molti aspetti della biologia dei prioni, per mettere a punto condizioni sperimentali di replicazione che permettessero di osservare fenomeni di mutazione e selezione, onde investigare i meccanismi molecolari e di popolazione alla base della mutabilità dei prioni. In condizioni di replicazione eterologa, che mima la trasmissione tra diverse specie, è stato inizialmente possibile identificare un mutante difettivo della scrapie, caratterizzato da una diversa conformazione della PrPSc e capace di replicare in vitro ma non più in vivo. Le condizioni in cui tale mutante è emerso hanno permesso di sviluppare ulteriori ipotesi di lavoro, basate sul concetto della quasi-specie. Impartendo diversi regimi di replicazione e seguendo l’evoluzione di due ceppi, è stato possibile evidenziare fenomeni di mutazione anche in condizioni di replicazione omologa, in assenza di forti pressioni selettive. In entrambi i ceppi sono emerse varianti conformazionali di PrPSc durante passaggi replicativi ad ampia popolazione, mentre le popolazioni sottoposte a ripetuti colli di bottiglia hanno mostrato un rapido declino del tasso di replicazione. Sono stati infine investigati l’efficacia e il potenziale mutageno di molecole anti-prioniche, ottenendo importanti risultati preliminari sull’efficacia di molecole che legano la PrPC. Questi risultati evidenziano come la mutabilità sia una caratteristica intrinseca dei prioni e supportano l’idea che i prioni siano molto variabili, similmente alle quasi-specie virali, e perciò adattabili e proni a fenomeni di mutazione e selezione. Tali conclusioni hanno impatto su problematiche sanitarie quali lo studio del potenziale zoonotico e i fenomeni di farmaco-resistenza dei prioni.

Symbolic Dynamics Analysis: a new methodology for foetal heart rate variability analysis

Cardiotocography (CTG) is a widespread foetal diagnostic methods. However, it lacks of objectivity and reproducibility since its dependence on observer's expertise. To overcome these limitations, more objective methods for CTG interpretation have been proposed. In particular, many developed techniques aim to assess the foetal heart rate variability (FHRV). Among them, some methodologies from nonlinear systems theory have been applied to the study of FHRV. All the techniques have proved to be helpful in specific cases. Nevertheless, none of them is more reliable than the others. Therefore, an in-depth study is necessary. The aim of this work is to deepen the FHRV analysis through the Symbolic Dynamics Analysis (SDA), a nonlinear technique already successfully employed for HRV analysis. Thanks to its simplicity of interpretation, it could be a useful tool for clinicians. We performed a literature study involving about 200 references on HRV and FHRV analysis; approximately 100 works were focused on non-linear techniques. Then, in order to compare linear and non-linear methods, we carried out a multiparametric study. 580 antepartum recordings of healthy fetuses were examined. Signals were processed using an updated software for CTG analysis and a new developed software for generating simulated CTG traces. Finally, statistical tests and regression analyses were carried out for estimating relationships among extracted indexes and other clinical information. Results confirm that none of the employed techniques is more reliable than the others. Moreover, in agreement with the literature, each analysis should take into account two relevant parameters, the foetal status and the week of gestation. Regarding the SDA, results show its promising capabilities in FHRV analysis. It allows recognizing foetal status, gestation week and global variability of FHR signals, even better than other methods. Nevertheless, further studies, which should involve even pathological cases, are necessary to establish its reliability.

Dynamic Modeling and Seasonal Performance Evaluation of Air-to-Water Heat Pump Systems

In this Thesis a series of numerical models for the evaluation of the seasonal performance of reversible air-to-water heat pump systems coupled to residential and non-residential buildings are presented. The exploitation of the energy saving potential linked to the adoption of heat pumps is a hard task for designers due to the influence on their energy performance of several factors, like the external climate variability, the heat pump modulation capacity, the system control strategy and the hydronic loop configuration. The aim of this work is to study in detail all these aspects. In the first part of this Thesis a series of models which use a temperature class approach for the prediction of the seasonal performance of reversible air source heat pumps are shown. An innovative methodology for the calculation of the seasonal performance of an air-to-water heat pump has been proposed as an extension of the procedure reported by the European standard EN 14825. This methodology can be applied not only to air-to-water single-stage heat pumps (On-off HPs) but also to multi-stage (MSHPs) and inverter-driven units (IDHPs). In the second part, dynamic simulation has been used with the aim to optimize the control systems of the heat pump and of the HVAC plant. A series of dynamic models, developed by means of TRNSYS, are presented to study the behavior of On-off HPs, MSHPs and IDHPs. The main goal of these dynamic simulations is to show the influence of the heat pump control strategies and of the lay-out of the hydronic loop used to couple the heat pump to the emitters on the seasonal performance of the system. A particular focus is given to the modeling of the energy losses linked to on-off cycling.

Studio delle risposte comportamentali, produttive e sanitarie di bovine in lattazione esposte a diversi regimi dietetici

L'unifeed a secco è il più diffuso nell'areale del Parmigiano Reggiano. In questa situazione, la peNDF deve essere ridotta per evitare selezione. Di conseguenza spesso presenta valori sotto la soglia minima. In più, spesso i fieni utilizzati sono di scarso valore nutritivo e si rendono necessari elevati livelli di concentrati nella razione. Tutto questo può portare alla diminuzione del tempo di ruminazione e produzione di saliva, aumentando il rischio di SARA. Dopo queste brevi premesse, due prove sono state effettuate presso la stalla sperimentale dell'università di Bologna. La prima con lo scopo di studiare il comportamento alimentare di vacche in lattazione sottoposte a regimi ad libitum/razionato con assenza/presenza di fieno lungo. La seconda si svolse con un improvviso cambio di stabulazione, dalla libera alla fissa, e quota di concentrati nell'unifeed. Da queste prove un grande mole di dati è stata registrata, grazie ai collari della ruminazione, boli reticolari e mangiatoie automatiche. I risultati ottenuti ci hanno permesso di confermare le interconnessioni tra comportamento alimentare, ruminazione e pH. Abbiamo anche verificato l'importanza di costanza di preparazione dell'unifeed e la grande capacità di adattamento delle bovine. Infatti la variabilità nelle gestione della mandria può provocare importanti sanitari. Quindi suggeriamo la supplementazione di fieno lungo in mangiatoia e lo sviluppo di tecnologia NIR in linea sul carro miscelatore. Infine sono state registrate importanti differenze individuali nel far fronte agli stati di stress alimentare. Uno studio più approfondito di questi aspetti sicuramente avrebbe risvolti positivi nella gestione della mandria e aprile la possibilità all'introduzione di nuovi indici di selezione.

The psychoactive effects of “Light Cannabis”. From Italian law to psychopharmacology

In 2019, the Italian Supreme Court established that hemp, for non-medical use, cannot be commercialized for human use, when the “psychotropic effect” of the product or its “offensiveness” can be demonstrated. The first chapter of this work reports a review of the European and Italian legislation on hemp cultivation, as well as the hemp production chain and commercial activities. The second chapter reports the pharmacological aspects and the psychoactive effects of light cannabis, along with pharmacokinetics of the main Cannabis compounds: Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), Cannabidiol (CBD) and Cannabinol (CBN). The aim of the experimental study, reported in the third chapter, is to assess Δ9-THC and CBD blood concentrations after smoking “light cannabis”, and its effects on vigilance, cognitive and motor skills. Eighteen young adults consumed three light cannabis cigarettes with a percentage of 0.41% of Δ9-THC and of 12.41% of CBD. Blood samples were collected before the experiment (t0) and after pre-defined time-lapses. Five performance tasks and a subjective scale were employed for measuring cognitive and psychomotor performances the day before the experiment (TT0) and after the third cigarette (TT1). Mean (SD) concentrations (ng/ml) were between 1.0(0.8) in t1 and 0.3(0.3) in t5 for Δ9-THC; and 10.5(10.3) in t1 and 5.7(5.7) in t5 for CBD. No significant differences were observed between TT0 and TT1 for all performed psychomotor performance task. Δ9-THC and CBD concentrations showed a high inter-subject variability, and the average concentrations were lower than those previously reported. Toxicological results showed a decrease of Δ9-THC and CBD after the third light cannabis cigarette, and a Δ9-THC /CBD ratio always < 1 was observed. This value might be useful in discriminating light cannabis versus illegal/medical cannabis consumption. The lack of impairment observed in our participants can be interpreted as a consequence of the very low concentrations in the blood.

Ruolo del Microbiota Intestinale Nella Risposta al Trattamento con Anticorpi anti Checkpoints Immunitari in Pazienti Affetti da Linfoma

L’interazione tra il sistema immunitario dell’ospite e la cellula tumorale rappresenta uno degli elementi cardine dello sviluppo del clone neoplastico: la capacità della cellula cancerosa di evadere il controllo immunitario sfruttando meccanismi fisiologici come i checkpoint immunitari è alla base di diverse neoplasie, incluse le sindromi linfoproliferative. Lo sviluppo di anticorpi monoclonali che bloccano selettivamente l’interazione tra il recettore trans-membrana PD-1 (programmed death -1) ed i propri ligandi (PD-L1 e PD-L2), rappresenta una delle scoperte terapeutiche più promettenti in ambito onco-ematologico. Nonostante l’importante efficacia antitumorale degli anticorpi anti checkpoint immunitari dimostrata dai differenti studi clinici condotti sia in ambito oncologico che ematologico, una parte dei pazienti, a parità di patologia e di farmaco ricevuto, non risponde alla terapia o sviluppa eventi avversi immuno-relati. La comprensione della variabilità di risposta dimostrata dai pazienti con stessa patologia, sottoposti a stesso trattamento rappresenta pertanto un punto chiave allo scopo di identificare strategie che possano potenziare l’efficacia terapeutica di tali anticorpi, riducendone gli effetti collaterali. Studi recenti hanno evidenziato il ruolo del microbiota intestinale (MI) nel modellare la risposta immunitaria sistemica e, nel contesto neoplastico, nel modificare e mediare l’attivazione del sistema immunitario ad agenti chemio-immunoterapici. È noto che il MI sia un ecosistema plastico che può riorganizzare funzionalità e composizione in maniera adattativa in risposta a diversi fattori ambientali. La struttura individuale del MI e la sua dinamicità temporale possono, pertanto, influenzare l’outcome delle chemio-immunoterapie onco-ematologiche, modulandone l’efficacia e la tossicità. In questo scenario, ipotizziamo che la caratterizzazione longitudinale (pre, durante e post-terapia) del MI di pazienti affetti da linfoma trattati con anticorpi anti-checkpoint inibitori e la sua correlazione con la risposta al trattamento e con lo sviluppo di eventi avversi possa avere un ruolo nel delineare l’outcome di tali pazienti e nell’identificare nuovi criteri di stratificazione del rischio.