Nuove sonde fluorescenti per lo studio e la quantificazione del magnesio totale intracellulare

Sebbene il magnesio sia essenziale per la maggior parte dei processi biologici, si conosce ancora poco sulla sua distribuzione e compartimentalizzazione intracellulare, soprattutto a causa dell’inadeguatezza delle tecniche attualmente disponibili. Per questo motivo, particolare interesse ha recentemente suscitato una famiglia di molecole fluorescenti, diaza-18-crown-6 8-idrossichinoline (DCHQ1 e suoi derivati), che mostrano un’alta specificità e affinità per il magnesio (superiore a quella delle sonde commerciali), che consente di mappare il magnesio totale intracellulare. L’approccio sintetico alle molecole DCHQ è stato ottimizzato mediante riscaldamento alle microonde: con questa nuova metodica è stato possibile sintetizzare una famiglia di derivati con caratteristiche di fluorescenza, uptake, ritenzione e localizzazione intracellulare potenziate rispetto alla capostipite DCHQ1. Il derivato acetometossi estere (DCHQ3), idrolizzato dalle esterasi cellulari, ha mostrato un miglior uptake e ritenzione intracellulare; le lunghe catene laterali alchiliche della sonda DCHQ4, invece, hanno conferito a questo derivato maggiore lipofilicità e, di conseguenza, maggiore affinità per le membrane; con l’inserimento di gruppi laterali aromatici, infine, si sono ottenute due sonde (DCHQ5 e DCHQ6) molto fluorescenti e altamente ritenute all’interno delle cellule anche dopo i lavaggi. Il derivato fenilico DCHQ5 si è dimostrato, inoltre, utilizzabile anche per saggi fluorimetrici quantitativi del magnesio totale in campioni cellulari molto piccoli; in più, grazie all’alta ritenzione cellulare, è stato usato per monitorare e quantificare l’efflusso di magnesio attraverso la membrana plasmatica in risposta a stimolazione con cAMP. I risultati presentati in questa tesi mostrano che i DCHQ-derivati potranno rappresentare in futuro uno strumento versatile per lo studio della distribuzione e dell’omeostasi del magnesio cellulare. In particolare la sonda DCHQ5 ha mostrato l’ulteriore peculiarità di essere eccitabile sia nell’UV che nel visibile, e potrebbe essere quindi utilizzata con successo in un’ampia varietà di misure di fluorescenza, fornendo un contributo importante per la comprensione del ruolo di questo importante elemento.

Exploiting the environment for structural health monitoring: Strategies, algorithms, and technologies

A densely built environment is a complex system of infrastructure, nature, and people closely interconnected and interacting. Vehicles, public transport, weather action, and sports activities constitute a manifold set of excitation and degradation sources for civil structures. In this context, operators should consider different factors in a holistic approach for assessing the structural health state. Vibration-based structural health monitoring (SHM) has demonstrated great potential as a decision-supporting tool to schedule maintenance interventions. However, most excitation sources are considered an issue for practical SHM applications since traditional methods are typically based on strict assumptions on input stationarity. Last-generation low-cost sensors present limitations related to a modest sensitivity and high noise floor compared to traditional instrumentation. If these devices are used for SHM in urban scenarios, short vibration recordings collected during high-intensity events and vehicle passage may be the only available datasets with a sufficient signal-to-noise ratio. While researchers have spent efforts to mitigate the effects of short-term phenomena in vibration-based SHM, the ultimate goal of this thesis is to exploit them and obtain valuable information on the structural health state. First, this thesis proposes strategies and algorithms for smart sensors operating individually or in a distributed computing framework to identify damage-sensitive features based on instantaneous modal parameters and influence lines. Ordinary traffic and people activities become essential sources of excitation, while human-powered vehicles, instrumented with smartphones, take the role of roving sensors in crowdsourced monitoring strategies. The technical and computational apparatus is optimized using in-memory computing technologies. Moreover, identifying additional local features can be particularly useful to support the damage assessment of complex structures. Thereby, smart coatings are studied to enable the self-sensing properties of ordinary structural elements. In this context, a machine-learning-aided tomography method is proposed to interpret the data provided by a nanocomposite paint interrogated electrically.

Specificità, efficacia e risposte adattative mediate da mutazioni dell'oncosoppressore TP53 degli inibitori del Complesso I mitocondriale nella terapia oncologica personalizzata: dai meccanismi molecolari allo sviluppo di modelli preclinici avanzati

L'inibizione del complesso respiratorio I (CI) è una strategia antitumorale emergente, sebbene la specificità e l’efficacia di nuovi farmaci restino poco investigate. La generazione di modelli cellulari tumorali nulli per il CI rivela la specificità di EVP 4593 e BAY 872243 nell’indurre gli effetti antiproliferativi non associati all’apoptosi, selettivamente via CI, riducendo eventuali effetti collaterali. Studi preliminari in vivo evidenziano un rallentamento della crescita tumorale negli animali trattati con EVP 4593, il quale emerge come l’inibitore più potente. Per il suo ruolo nella riprogrammazione metabolica, e la sua elevata frequenza di mutazioni nelle neoplasie umane, sono stati investigati i potenziali meccanismi di adattamento alla terapia anti-CI sulla base dello stato mutazionale di TP53. L’auxotrofia da aspartato, un hallmark metabolico delle cellule tumorali con un danno al CI, causa un blocco della sintesi proteica mTORC1-dipendente nelle linee cellulari con una p53 mutata o nulla, inducendo un collasso metabolico. Viceversa, l'attivazione del sensore energetico AMPK promuove un recupero parziale della sintesi di aspartato in linee cellulari con la forma wild type di P53, che è in grado di sostenere una migliore anaplerosi attraverso SCO2, fattore di assemblaggio del complesso respiratorio IV. Al fine di traslare questi risultati in un modello preclinico, si è ottimizzato l’ottenimento di colture di tumori umani espiantati tramite il bioreattore U-CUP. Il modello scelto è stato quello di carcinoma sieroso ad alto grado dell’ovaio (HGSOC), a partire da tessuto congelato, per l’elevata frequenza di mutazioni driver in TP53. I tessuti congelati preservano l'eterogeneità delle componenti cellulari del tessuto di origine e sono caratterizzati da cellule in attiva proliferazione senza attivazione di apoptosi. Dati preliminari mostrano un trend di riduzione dell’area tumorale nei tessuti trattati con EVP 4593 e supportano l’utilizzo del modello preclinico nello studio di nuovi inibitori del CI sfruttando materiale primario di pazienti oncologici.

Search for heavy neutrinos in $D_s$ decays with the CMS detector at LHC

This thesis presents a search for a sterile right-handed neutrino $N$ produced in $D_s$ meson decays, using proton-proton collisions collected by the CMS experiment at the LHC. The data set used for the analysis, the B-Parking data set, corresponds to an integrated luminosity of $41.7\,\textrm{fb}^{-1}$ and was collected during the 2018 data-taking period. The analysis is targeting the $D_s^+\rightarrow N(\rightarrow\mu^{\pm}\pi^{\mp})\mu^{+}$ decays, where the final state muons can have the same electric charge allowing for a lepton flavor violating decay. To separate signal from background, a cut-based analysis is optimized using requirements on the sterile neutrino vertex displacement, muon and pion impact parameter, and impact parameter significance. The expected limit on the active-sterile neutrino mixing matrix parameter $|V_{\mu}|^2$ is extracted by performing a fit of the $\mu\pi$ invariant mass spectrum for two sterile neutrino mass hypotheses, 1.0 and 1.5 GeV. The analysis is currently blinded, following the internal CMS review process. The expected limit ranges between approximately $10^{-4}$ for a 1.0 GeV neutrino to $7\times10^{-5}$ for a 1.5 GeV neutrino. This is competitive with the best existing results from collider experiments over the same mass range.

Nano-fabrication of complex functional structures using non- conventional lithography

In Chapter 1 I will present a brief introduction on the state of art of nanotechnologies, nanofabrication techniques and unconventional lithography as a technique to fabricate the novel electronic device as resistive switch so-called memristor is shown. In Chapter 2 a detailed description of the main fabrication and characterization techniques employed in this work is reported. Chapter 3 parallel local oxidation lithography (pLOx) describes as a main technique to obtain accurate patterning process. All the effective parameters has been studied and the optimized condition observed to highly reproducible with excellent patterned nanostructures. The effect of negative bias, calls local reduction (LR) studied. Moreover, the use of AC bias shows faster patterning process respect to DC bias. In Chapter 4 (metal/ e-SiO2/ Si nanojunction) it is shown how the electrochemical oxide nanostructures by using pLOx can be used in the fabrication of novel devices call memristor. We demonstrate a new concept, based on conventional materials, where the lifetime problem is resolved by introducing a “regeneration” step, which restores the nano-memristor to its pristine condition by applying an appropriate voltage cycle. In Chapter 5 (Graphene/ e-SiO2/ Si), Graphene as a building block material is used as an electrode to selectively oxidize the silicon substrate by pLOx set up for the fabrication of novel resistive switch device. In Chapter 6 (surface architecture) I will show another application of pLOx in biotechnology is shown. So the surface functionalization combine with nano-patterning by pLOx used to design a new surface to accurately bind biomolecules with the possibility of studying those properties and more application in nano-bio device fabrication. So, in order to obtain biochips, electronic and optical/photonics devices Nano patterning of DNA used as scaffolds to fabricate small functional nano-components.