Development of Original Analytical Methods for the Determination of Drugs of Abuse in Biological Samples

Drug abuse is a major global problem which has a strong impact not only on the single individual but also on the entire society. Among the different strategies that can be used to address this issue an important role is played by identification of abusers and proper medical treatment. This kind of therapy should be carefully monitored in order to discourage improper use of the medication and to tailor the dose according to the specific needs of the patient. Hence, reliable analytical methods are needed to reveal drug intake and to support physicians in the pharmacological management of drug dependence. In the present Ph.D. thesis original analytical methods for the determination of drugs with a potential for abuse and of substances used in the pharmacological treatment of drug addiction are presented. In particular, the work has been focused on the analysis of ketamine, naloxone and long-acting opioids (buprenorphine and methadone), oxycodone, disulfiram and bupropion in human plasma and in dried blood spots. The developed methods are based on the use of high performance liquid chromatography (HPLC) coupled to various kinds of detectors (mass spectrometer, coulometric detector, diode array detector). For biological sample pre-treatment different techniques have been exploited, namely solid phase extraction and microextraction by packed sorbent. All the presented methods have been validated according to official guidelines with good results and some of these have been successfully applied to the therapeutic drug monitoring of patients under treatment for drug abuse.

Un’analisi statistico – economica dell’impatto delle norme WHO su nutrizione e salute

I comportamenti nutrizionali stanno assumendo sempre maggiore rilievo all’interno delle politiche comunitarie e questo sottolinea che la dieta sta avendo, negli ultimi anni, una maggiore importanza come fattore di causa e allo stesso tempo prevenzione nella diffusione di malattie croniche come il cancro, malattie cardiovascolari, diabete, osteoporosi e disturbi dentali. Numerosi studi mostrano infatti che i tassi di obesità sono triplicati nelle ultime due decadi e si è stimato che, se i livelli di obesità continueranno a crescere allo stesso tasso del 1990, nel 2010 il numero di persone obese raggiungerà i 150 milioni tra gli adulti e i 15 milioni tra bambini e adolescenti. I governi nazionali stanno quindi cercando di risolvere questo problema, a cui sono inoltre legati alti costi nazionali, tramite l’implementazione di politiche nutrizionali. Analisi di tipo cross-section sono già state evidenziate da studiosi come Schmidhuber e Traill (2006), i quali hanno effettuato un’analisi di convergenza a livello europeo per esaminare la distanza tra le calorie immesse da 426 prodotti diversi. In quest’analisi hanno così dimostrato la presenza di una similarità distinta e crescente tra i paesi europei per quanto riguarda la composizione della dieta. Srinivasan et al. invece hanno osservato la relazione esistente tra ogni singolo prodotto alimentare consumato e le norme nutrizionali dell’ Organizzazione Mondiale della Sanità (World Health Organization, WHO) Lo scopo di questa tesi è quello di evidenziare il problema a livello di aggregati nutritivi e di specifiche componenti nutrizionali come zucchero, frutta e verdura e non relativamente ad ogni singolo prodotto consumato. A questo proposito ci si è basati sulla costruzione di un indicatore (Recommendation Compliance Index) in modo da poter misurare le distanze tra la dieta media e le raccomandazioni del WHO. Lo scopo è quindi quello di riuscire a quantificare il fenomeno del peggioramento della dieta in diverse aree del mondo negli ultimi quattro decenni, tramite un’analisi panel, basandosi sui dati sui nutrienti consumati, provenienti dal database della FAO (e precisamente dal dataset Food Balance Sheets – FBS). Nella prima fase si introduce il problema dell’obesità e delle malattie croniche correlate, evidenziando dati statistici in diversi paesi europei e mondiali. Si sottolineano inoltre le diverse azioni dei governi e del WHO, tramite l’attuazione di campagne contro l’obesità e in favore di una vita più salutare e di una maggiore attività fisica. Nella seconda fase si è costruito un indicatore aggregato (Recommendation Compliance Index) in modo da analizzare le caratteristiche nella dieta dei diversi Paesi a livello mondiale rispetto alle norme del WHO. L’indicatore si basa sui dati ottenuti da FAOSTAT ed è calcolato per 149 paesi del database dell’FBS per il periodo 1961-2002. Nell’analisi si sono utilizzati i dati sulle percentuali di energia prodotta dalle varie componenti nutritive, quali grassi, grassi saturi e transaturi, zuccheri, carboidrati, proteine e le quantità di frutta e verdura consumate. Inoltre si è applicato un test statistico per testare se il valore del RCI è significativamente cambiato nel tempo, prendendo in considerazione gruppi di Paesi (Paesi OECD, Paesi in via di sviluppo e sottosviluppati). Si è voluto poi valutare la presenza o meno di un processo di convergenza, applicando l’analisi di σ-convergenza per osservare ad esempio se la variabilità è diminuita nel tempo in modo significativo. Infine si è applicato l’indicatore ad un livello micro, utilizzando il database del National Diet and Nutrition Survey, che raccoglie dati di macrocomponenti nutritive e misure antropometriche della popolazione inglese dai 16 ai 64 anni per il periodo 2000-2001. Si sono quindi effettuate analisi descrittive nonché analisi di correlazione, regressione lineare e ordinale per osservare le relazioni tra l’indicatore, i macronutrienti, il reddito e le misure antropometriche dell’ Indice di Massa Corporea (Body Mass Index, BMI) e del rapporto vita-fianchi (Waist-hip ratio, WHR).

Wheat and low-input agriculture: agronomic, nutritional and nutraceutical implications

Recently, the increasing interest in organic food products and environmental friendly practices has emphasized the importance of selecting crop varieties suitable for the low-input systems. Additionally, in recent years the relationship between diet and human health has gained much attention among consumers, favoring the investigations on food nutraceutical properties. Among cereals, wheat plays an important role in human nutrition around the world and contributes to the daily intake of essential nutrients such as starch and protein. Moreover, whole grain contains several bioactive compounds that confer to wheat-derived products unique nutraceutical properties (dietary fibre, antioxidants). The present research provided interesting insights for the selection of wheat genotypes suitable for low-input systems and the development of specific breeding programs dedicated to organic farming. The investigation involved 5 old not dwarf genotypes (Andriolo, Frassineto, Gentil rosso, Inallettabile, Verna) and 1 modern dwarf variety (Palesio), grown under biodynamic management, over two consecutive growing seasons (2009/2010, 2010/2011). Results evidenced that under low-input farming some investigated old wheat genotypes (Frassineto, Inallettabile) were comparable to the modern cultivar in terms of whole agronomic performance. As regards the nutritional and nutraceutical properties, some old genotypes (Andriolo, Gentil rosso, Verna) emerged for their relevant content of several investigated phytochemicals (such as insoluble dietary fibre, polyphenols, flavonoids, in vitro antioxidant activity) and nutrients (protein, lipid, minerals). Despite of the low technological features, the six wheat varieties grown under low-input management may efficiently provide raw material for the preparation of traditionally processed bread with valuable sensory and nutritional properties. Results highlighted that old wheat varieties have peculiar phytochemical composition and may be a valuable source of nutraceutical compounds. Some of the genetic material involved in the present study may be used in breeding programs aimed at selecting varieties suitable for low-input farming and rich in health-promoting compounds.

Nutritional strategies to modulate metabolism and heat stress resilience in dairy cattle

Physiological and environmental stressors can disrupt barrier integrity at epithelial interfaces (e.g., uterine, mammary, intestinal, and lung), which are constantly exposed to pathogens that can lead to the activation of the immune system. Unresolved inflammation can result in the emergence of metabolic and infectious diseases. Maintaining cow health and performance during periods of immune activation such as in the peripartum or under heat stress represents a significant obstacle to the dairy industry. Feeding microencapsulated organic acids and pure botanicals (OAPB) has shown to improve intestinal health in monogastric species and prevent systemic inflammation via the gut-liver axis. Feeding unsaturated fatty acids (FA) such as oleic acid (OA) and very-long-chain omega-3 (VLC n-3) FA are of interest in dairy cow nutrition because of their potential to improve health, fertility, and milk production. In the first study, we evaluated the effects of heat stress (HS) conditions and dietary OAPB supplementation on gut permeability and milk production. In parallel with an improved milk performance and N metabolism, cows supplemented with OAPB also had an enhanced hepatic methyl donor status and greater inflammatory and oxidative stress status compared to the HS control group. In a second study, we evaluated the relative bioavailability of VLC n-3 in cows fed a bolus of rumen-protected (RP) fish oil (FO). In a third study, we proved the interaction between RPFO and RP choline to promote the synthesis of phosphatydilcholines. Lipid forms that support hepatic triglyceride export and can prevent steatosis in dairy cows. The last study, demonstrated that algae oil outperforms against a toxin challenge compared to FO and that feeding RPOA modulates energy partitioning relative to n-3 FA-containing oils. Overall, this thesis confirms the need and the effectiveness of different strategies that aimed to improve dairy cows’ health and performance under heat stress, inflammation or metabolic disease.