Sviluppo di un tomografo multi-energy per lo studio pre-clinico di nuove metodiche diagnostiche finalizzate al riconoscimento precoce della patologia tumorale

A new multi-energy CT for small animals is being developed at the Physics Department of the University of Bologna, Italy. The system makes use of a set of quasi-monochromatic X-ray beams, with energy tunable in a range from 26 KeV to 72 KeV. These beams are produced by Bragg diffraction on a Highly Oriented Pyrolytic Graphite crystal. With quasi-monochromatic sources it is possible to perform multi-energy investigation in a more effective way, as compared with conventional X-ray tubes. Multi-energy techniques allow extracting physical information from the materials, such as effective atomic number, mass-thickness, density, that can be used to distinguish and quantitatively characterize the irradiated tissues. The aim of the system is the investigation and the development of new pre-clinic methods for the early detection of the tumors in small animals. An innovative technique, the Triple-Energy Radiography with Contrast Medium (TER), has been successfully implemented on our system. TER consist in combining a set of three quasi-monochromatic images of an object, in order to obtain a corresponding set of three single-tissue images, which are the mass-thickness map of three reference materials. TER can be applied to the quantitative mass-thickness-map reconstruction of a contrast medium, because it is able to remove completely the signal due to other tissues (i.e. the structural background noise). The technique is very sensitive to the contrast medium and is insensitive to the superposition of different materials. The method is a good candidate to the early detection of the tumor angiogenesis in mice. In this work we describe the tomographic system, with a particular focus on the quasi-monochromatic source. Moreover the TER method is presented with some preliminary results about small animal imaging.

Studio del microcircolo della parete gastrica affetta da patologia infiammatoria e neoplastica mediante Color-Power Doppler ed ecografia con mezzo di contrasto endovenoso

Introduzione: Negli ultimi anni, il color-power Doppler si è dimostrato un utile strumento per valutare le alterazioni della vascolarizzazione della parete intestinale nelle patologie del tratto gastro-enterico. Più di recente, i mezzi di contrasto ecografici di II generazione associati all’ecografia real-time con basso indice meccanico (CEUS) hanno permesso di valutare ecograficamente il microcircolo, consentendo la valutazione della vascolarizzazione di parete nelle patologie associate a flogosi e neoangiogenesi. Studi recenti hanno documentato i pattern Doppler e CEUS nella malattia infiammatoria intestinale. Le alterazioni della vascolarizzazione di parete nella patologia neoplastica, invece, sono state finora valutate con sola tecnica Doppler. Recenti studi basati sull’impiego di tale metodica hanno in effetti dimostrato che l’intensità del segnale vascolare di parete correla con la variante istologica della neoplasia e con il suo grado di invasione vascolare costituendo così un parametro di neoangiogenesi tumorale. Pertanto, ottenere mediante CEUS una più accurata definizione del microcircolo di parete potrebbe aiutare nella diagnosi differenziale tra patologia infiammatoria e neoplastica dello stomaco e fornire utili informazioni per valutare l’ aggressività del cancro gastrico.

Utilizzo di dispositivi magnetici nel trattamento della patologia artrosica del ginocchio

The use of scaffolds for Tissue Engineering (TE) is increasing due to their efficacy in helping the body rebuild damaged or diseased tissue. Hydroxyapatite (HA) is the most suitable bioactive ceramic to be used in orthopaedic reconstruction since it replicates the mineral component of the hard tissues, and it has therefore excellent biocompatibility properties. The temporal and spatial control of the tissue regeneration process is the limit to be overcome in order to treat large bone and osteochondral defects. In this thesis we describe the realization of a magnetic scaffolds able to attract and take up growth factors or other bio-agents in vivo via a driving magnetic force. This concept involves the use of magnetic nanoparticles (MNP) functionalized with selected growth factors or stem cells. These functionalized MNP act as shuttles transporting the bio-agents towards and inside the scaffold under the effect of the magnetic field, enhancing the control of tissue regeneration processes. This scaffold can be imagined as a fixed “station” that provides a unique possibility to adjust the scaffold activity to the specific needs of the healing tissue. Synthetic bone graft substitutes, made of collagen or biomineralized collagen (i.e. biomimetic Hydroxyapatite/collagen composites) were used as starting materials for the fabrication of magnetic scaffolds. These materials are routinely used clinically to replace damaged or diseased cartilaginous or bone tissue. Our magnetization technique is based on a dip-coating process consisting in the infilling of biologically inspired porous scaffolds with aqueous biocompatible ferrofluids’ suspensions. In this technique, the specific interconnected porosity of the scaffolds allows the ferrofluids to be drawn inside the structure by capillarity. A subsequent freeze-drying process allows the solvent elimination while keeping very nearly the original shape and porosity of the scaffolds. The remaining magnetic nanoparticles, which are trapped in the structure, lead to the magnetization of the HA/Collagen scaffold. We demonstrate here the possibility to magnetize commercially available scaffolds up to magnetization values that are used in drug delivery processes. The preliminary biocompatibility test showed that the investigated scaffolds provide a suitable micro-environment for cells. The biocompatibility of scaffold facilitates the growth and proliferation of osteogenic cells.

I linfociti T regolatori nella patologia epatica da HCV: dall'epatite cronica al trapianto

La storia naturale dell’epatopatia HCV-relata passa dall’epatite cronica alla cirrosi ed eventualmente all’epatocarcinoma fino ad arrivare alla possibile necessità del trapianto di fegato. HCV non esercita citolisi diretta, pertanto i fattori immunologici giocano il duplice ruolo di determinare l’evoluzione dell’infezione e il danno epatico. All’interno del sistema immunitario esistono linfociti in grado di inibire l’attivazione delle cellule effettrici modulando la risposta immunitaria; la popolazione regolatoria meglio conosciuta è costituita dai cosiddetti T-reg caratterizzati dal fenotipo CD4+CD35hiFoxp3+. Scopo di questo studio è stato determinare fenotipo e funzione dei T-reg, valutandone le correlazioni con caratteristiche cliniche e parametri biochimici e virologici, nelle diverse fasi della malattia epatica da HCV, a partire dall’epatite cronica, passando per la cirrosi, l’epatocarcinoma e terminando con il follow-up post-trapianto di fegato. Sono stati reclutati 80 pazienti con infezione cronica da HCV non in trattamento antivirale, di cui 52 con epatite cronica, 12 con cirrosi e 16 con epatocarcinoma. Di questi, 11 sono andati incontro a trapianto di fegato e sono stati poi seguiti fino a 36 mesi di follow up. Ventinove soggetti avevano transaminasi persistentemente nella norma e 28 mostravano ALT costantemente oltre 2.5x i valori normali. Quaranta donatori di sangue sono stati utilizzati come controlli sani. Marcatori di superficie (CD4, CD25) ed intracellulari (Foxp3) sono stati valutati in citofluorimetria su sangue intero periferico per tutti i soggetti al basale ed ogni 2-4 settimane dopo trapianto. In una quota di pazienti i T-reg sono stati estratti dai linfociti del sangue periferico con metodi immunomagnetici e la loro funzione valutata come percentuale di inibizione di proliferazione e produzione di IFN-γ da parte delle cellule bersaglio CD4+CD25- in esperimenti di co-coltura effettuati al basale e dopo 24-36 settimane dal trapianto. La percentuale di T-reg e l’espressione del Foxp3 sono risultate aumentate nei soggetti con HCV rispetto ai controlli sani, in particolare in coloro con cirrosi, HCC e nei pazienti con transaminasi normali indipendentemente dallo stadio di malattia, correlando inversamente con i livelli di transaminasi e direttamente con il punteggio MELD. La produzione di IFN-γ è incrementata in tutti i pazienti HCV ma efficacemente controllata solamente dai T-reg dei pazienti con transaminasi normali. Dopo il trapianto di fegato, si verifica una precoce e reversibile riduzione delle T-reg circolanti. Alla 24ma e 36ma settimana dal trapianto la percentuale dei T-reg circolanti è sovrapponibile al basale e i loro effetti, sia in termini di proliferazione che di produzione di IFN-γ, sulle cellule bersaglio, già dotate di una ridotta attività intrinseca, appaiono particolarmente incisivi. In conclusione, l’epatopatia cronica da HCV è caratterizzata da una popolazione di T-reg espansa che però, con l’eccezione dei soggetti con transaminasi normali, non appare in grado di limitare il danno epatico immuno-mediato e potrebbe favorire lo sviluppo e la crescita di lesioni tumorali nei pazienti con malattia avanzata. Il trapianto di fegato, probabilmente a causa della terapia immunosoppressiva, si associa ad un marcato e transitorio declino dei T-reg le cui numerosità e funzione vengono completamente recuperate a sei mesi dall’intervento. La migliore conoscenza dei meccanismi alla base delle cinetica e della funzione delle cellule regolatorie potrà fornire utili strumenti per il loro utilizzo come adiuvanti nella terapia dell’epatopatia cronica HCV relata.

Patologia ed epidemiologia molecolare delle infezioni associate all'impianto

Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis are leading pathogens of implant-related infections. This study aimed at investigating the diverse distribution of different bacterial pathogen factors in most prevalent S. aureus and S. epidermidis strain types causing orthopaedic implant infections. In this study the presence both of the ica genes, encoding for biofilm exopolysaccharide production, and the insertion sequence IS256, a mobile element frequently associated to transposons, was investigated in relationship with the prevalence of antibiotic resistance among Staphylococcus epidermidis strains. The investigation was conducted on 70 clinical isolates derived from orthopaedic implant infections. Among the clinical isolates investigated a dramatic high level of association was found between the presence of ica genes as well as of IS256 and multiple resistance to all the antibiotics tested. Noteworthy, a striking full association between the presence of IS256 and resistance to gentamicin was found, being none of the IS256-negative strain resistant to this antibiotic. This association is probably because of the link of the corresponding aminoglycoside-resistance genes, and IS256, often co-existing within the same staphylococcal transposon. Moreover we investigated the prevalence of aac(6’)-Ie-aph(2’’), aph (3’) IIIa, and ant(4’) genes, encoding for the three forms of aminoglycoside-modifying enzymes (AME), responsible for resistance to aminoglycoside antibiotics. All isolates were characterized by automated ribotyping, so that the presence of antibiotic resistance determinants was investigated in strains exhibiting different ribopatterns. Interestingly, combinations of coexisting AME genes appeared to be typical of specific ribopatterns. 200 S. aureus isolates, categorized into ribogroups by automated ribotyping, i.e. rDNA restriction fragment length polymorphism analysis, were screened for the presence of a panel of adhesins genes, accessory gene regulatory (agr) polymorphisms and toxins. For many ribogroups, characteristic tandem genes arrangements could be identified. Surprisingly, the isolates of the most prevalent cluster, enlisting 27 isolates, were susceptible to almost all antibiotics and never possessed the lukD/lukE gene, thus suggesting the role of factors other than antibiotic resistance and the here investigated toxins in driving the major epidemic clone to the larger success. Afterwards, .in the predominant S. aureus cluster, the bbp gene encoding bone sialoprotein-binding protein appeared a typical virulence trait, found in 93% of the isolates. Conversely, the bbp gene was identified in just 10% of the remaining isolates of the collection. In this cluster, co-presence of bbp with the cna gene encoding collagen adhesin was a pattern consistently observed. These findings indicate a crucial role of both these adhesins, able to bind the most abundant bone proteins, in the pathogenesis of orthopaedic implant infections, there where biomaterials interface bone tissues. Moreover a PCR screening for the ebpS gene, conducted on over two hundred S. aureus clinical isolates from implant related infections revealed the detection of six strains exhibiting an altered amplicon size, shorter than expected. In order to elucidate the sequence changes present in these gene variants, the trait comprised between the primers was analyzed in all six isolates bearing the modification and in four isolates exhibiting the regular amplicon size. From nucleotide translation, the corresponding encoded protein was found to lack an entire peptide segment of 60 amino acids. These variants, missing an entire hydrophobic region, could actually facilitate current structural studies, helping to assess whether the absent domain is strictly necessary for a functional adhesin conformation and its contribution to the topology of the protein. This study suggests that epidemic clones appear to pursue different survival strategies, where adhesins, when present, exhibit diverse importance as virulence factors. A practical message arising from the present study is that strategies for the prevention and treatment of implant orthopaedic infections should target adhesins conjointly present in epidemic clones. Furthermore, the choice of reference strains for testing the anti-infective properties of biomaterials should focus on a selection of the most prevalent clones as they exhibit distinct profiles of adhesins.

Ruolo del Porcine Circovirus tipo 2 (PCV2) nella patologia riproduttiva del suino

La tesi è organizzata in 4 capitoli: -nel primo vengono brevemente riferite le patologie associate all’infezione da PCV2 con particolare riferimento all’iter diagnostico ed al ruolo rivestito dall’esame istologico e dalla identificazione dell’agente eziologico in situ contestualmente alle lesioni istologiche; -nel secondo viene presentato un iter diagnostico originale da applicare in condizioni di campo, qualora si voglia accertare la presenza del PCV2 nei tessuti dei prodotti di natimortalità/aborto del suino. In specifico si riferisce all’applicazione del protocollo in 2 aziende ed i risultati vengono analizzati per una revisione critica del protocollo impiegato; -nel terzo vengono presentati i risultati di un protocollo di infezione con PCV2 per via genitale tramite seme infetto. Scrofe convenzionali sono state sincronizzate per l’estro e fecondate con un’unica dose di seme PCV2 negativo alla PCR (gruppo controlli) o sperimentalmente esposto al PCV2 (gruppo infette). I risultati vengono analizzati in funzione delle ripercussioni che l’infezione precoce in gravidanza può produrre sulla scrofa (mancata gravidanza, ritorno in calore), sui feti e sugli invogli fetali. Viene stabilito il ruolo protettivo degli anticorpi circolanti al momento dell’infezione, stante l’evenienza che un basso titolo anticorpale si associa a viremia prolungata e maggiore numero di feti positivi al virus; -nel quarto viene presentato un esperimento sovrapponibile a quello riferito nel capitolo 3, però con la presenza anche di un gruppo di soggetti convenzionali vaccinati ed infettati con PCV2 durante la fecondazione artificiale usando seme sperimentalmente esposto al virus. Nella discussione dei risultati vengono enfatizzati 2 aspetti importanti nell’epidemiologia dell’infezione da PCV2: la eliminazione di virus è fortemente ridotta dalla vaccinazione, con conseguenze verosimilmente positive sulla circolazione del virus negli effettivi dell’allevamento; l’esposizione uterina è protetta dalla vaccinazione, stante la bassa percentuale di placente infette nel gruppo dei soggetti vaccinati rispetto a quelli non vaccinati e nei controlli.

Le caratteristiche delle modalità organizzative della medicina territoriale nella gestione della patologia cronica. Il caso di studio dell’azienda Ausl di Bologna

L’aumento dei costi in sanità, l’aumentata prevalenza delle patologie croniche, le disuguaglianze attuali, evidenziano la domanda crescente di una popolazione fragile che richiede una risposta globale ai bisogni della persona nel suo insieme, attraverso la costruzione di un sistema sanitario integrato che ne garantisca una presa in carico efficace. Riuscire a gestire le patologie croniche in modo appropriato è la sfida a cui sono chiamati i professionisti socio-sanitari; ma quali sono gli elementi per riuscirci? Le evidenze scientifiche dimostrano che è fondamentale l’integrazione tra i professionisti e lo sviluppo dei Percorsi Diagnostici Terapeutici Assistenziali (PDTA). In quest’ottica, in Italia e in particolare in Emilia-Romagna e nell’Azienda USL di Bologna si sono succeduti, e ancora si stanno evolvendo, diversi modelli di organizzazione per migliorare la gestione appropriata delle patologie croniche e l’aderenza alle linee guida e/o ai PDTA. Il ruolo del medico di medicina generale (MMG) è ancora fondamentale e il suo contributo integrato a quello degli gli altri professionisti coinvolti sono imprescindibili per una buona gestione e presa in carico del paziente cronico. Per questo motivo, l’Azienda USL di Bologna ha sviluppato e implementato una politica strategica aziendale volta a disegnare i PDTA e incoraggiato la medicina generale a lavorare sempre di più in gruppo, rispetto al modello del singolo medico. Lo studio ha individuato nelle malattie cardiovascolari, che rimangono la causa principale di morte e morbilità, il suo focus prendendo in esame, in particolare,lo scompenso cardiaco e il post-IMA. L’obiettivo è verificare se e quanto il modello organizzativo, le caratteristiche del medico e del paziente influiscono sul buon management delle patologie croniche in esame valutando la buona adesione alla terapia farmacologica raccomandata dalle linee guida e/o PDTA dello scompenso cardiaco e post-IMA.

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.

La diagnostica molecolare nel laboratorio di patologia clinica veterinaria

La prima parte del nostro studio riguarda la tecnica LAMP (Loop-mediated isothermal amplification), una tecnica di amplificazione isotermica recentemente inventata (Notomi et al., 2000). Essa presenta notevoli vantaggi rispetto alle tradizionali PCR: non necessita di strumentazioni sofisticate come i termociclatori, può essere eseguita da personale non specializzato, è una tecnica altamente sensibile e specifica ed è molto tollerante agli inibitori. Tutte queste caratteristiche fanno sì che essa possa essere utilizzata al di fuori dei laboratori diagnostici, come POCT (Point of care testing), con il vantaggio di non dover gestire la spedizione del campione e di avere in tempi molto brevi risultati paragonabili a quelli ottenuti con la tradizionale PCR. Sono state prese in considerazione malattie infettive sostenute da batteri che richiedono tempi molto lunghi per la coltivazione o che non sono addirittura coltivabili. Sono stati disegnati dei saggi per la diagnosi di patologie virali che necessitano di diagnosi tempestiva. Altri test messi a punto riguardano malattie genetiche del cane e due batteri d’interesse agro-alimentare. Tutte le prove sono state condotte con tecnica real-time per diminuire il rischio di cross-contaminazione pur riuscendo a comprendere in maniera approfondita l’andamento delle reazioni. Infine è stato messo a punto un metodo di visualizzazione colorimetrico utilizzabile con tutti i saggi messi a punto, che svincola completamente la reazione LAMP dall’esecuzione in un laboratorio specializzato. Il secondo capitolo riguarda lo studio dal punto di vista molecolare di un soggetto che presenza totale assenza di attività mieloperossidasica all’analisi di citochimica automatica (ADVIA® 2120 Hematology System). Lo studio è stato condotto attraverso amplificazione e confronto dei prodotti di PCR ottenuti sul soggetto patologico e su due soggetti con fenotipo wild-type. Si è poi provveduto al sequenziamento dei prodotti di PCR su sequenziatore automatico al fine di ricercare la mutazione responsabile della carenza di MPO nel soggetto indicato.