Validation of a new method to assess the long-term Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Activity using hair glucocorticoids as biomarkers. - Studies on pigs and laboratory Sprague-Dawley Rats

The evaluation of chronic activity of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is critical for determining the impact of chronic stressful situations. The potential use of hair glucocorticoids as a non-invasive, retrospective, biomarker of long term HPA activity is of great interest, and it is gaining acceptance in humans and animals. However, there are still no studies in literature examining hair cortisol concentration in pigs and corticosterone concentration in laboratory rodents. Therefore, we developed and validated, for the first time, a method for measuring hair glucocorticoids concentration in commercial sows and in Sprague-Dawley rats. Our preliminary data demonstrated: 1) a validated and specific washing protocol and extraction assay method with a good sensitivity in both species; 2) the effect of the reproductive phase, housing conditions and seasonality on hair cortisol concentration in sows; 3) similar hair corticosterone concentration in male and female rats; 4) elevated hair corticosterone concentration in response to chronic stress manipulations and chronic ACTH administration, demonstrating that hair provides a good direct index of HPA activity over long periods than other indirect parameters, such adrenal or thymus weight. From these results we believe that this new non-invasive tool needs to be applied to better characterize the overall impact in livestock animals and in laboratory rodents of chronic stressful situations that negatively affect animals welfare. Nevertheless, further studies are needed to improve this methodology and maybe to develop animal models for chronic stress of high interest and translational value in human medicine.

Il craniofaringioma nel bambino e nell'adolescente. Luci ed ombre durante il follow-up

Introduction. Craniopharyngioma (CF) is a malformation of the hypothalamicpituitary region and it is the most common nonglial cerebral tumor in children with an high overall survival rate. In some case severe endocrinologic and metabolic sequelae may occur during follow up. 50% of patients (pts), in particular those with radical removal of suprasellar lesions, develop intractable hyperphagia and morbid obesity, with dyslypidemia and high cardiovascular risk. We studied the auxological and metabolic features of a series of 29 patients (18 males) treated at a mean age of 7,6 years, followed up in our Centre from 1973 to 2008 with a mean follow up of 8,3 years. Patients features at the onset. 62% of pts showed as first symptoms of disease visual impairment and neurological disturbancies (headache); 34% growth arrest; 24% signs of raised intracranial pressure and 7% diabetes insipidus. Diagnosis. Diagnosis of CF was reached finally by TC or MRI scans which showed endo-suprasellar lesion in 23 cases and endosellar tumour in 6 cases. Treatment and outcome. 25/29 pts underwent surgical removal of CF (19 by transcranial approach and 6 by endoscopic surgery); 4 pts underwent stereotactic surgery as first line therapy. 3 pts underwent local irradiation with yttrium-90, 5 pts post surgery radiotherapy. 45% of pts needed more than one treatment procedure. Results. After CF treatment all patients suffered from 3 or more pituitary hormone deficiencies and diabetes insipidus. They underwent promptly substitutive therapy with corticosteroids, l-thyroxine and desmopressin. In 28/29 pts we found growth hormone (GH) deficiency. 20/28 pts started GH substitutive therapy and 15 pts reached final height(FH) near target height(TH). 8 pts were not GH treated for good growth velocity, even without GH, or for tumour residual. They reached in 2 cases FH over TH showing the already known phenomenon of growth without GH. 38% of patients showed BMI SDS >2 SDS at last assessment, in particular pts not GH treated (BMI 2,5 SDS) are more obese than GH treated (BMI 1,2 SDS). Lipid panel of 16 examined pts showed significative differencies among GH treated (9 pts) and not treated (7 pts) with better profile in GH treated ones for Total Cholesterol/C-HDL and C-LDL/C-HDL. We examined intima media thickness of common carotid arteries in 11 pts. 3/4 not GH treated pts showed ultrasonographic abnormalities: calcifications in 2 and plaque in 1 case. Of them 1 pt was only 12,6 years old and already showed hypothalamic obesity with hyperphagia, high HOMA index and dyslipidemia. In the GH treated group (7) we found calcifications in 1 case and a plaque in another one. GH therapy was started in the young pt with carotid calcifications, with good improvement within 6 months of treatment. 5/29 pts showed hypothalamic obesity, related to hypothalamic damage (type of surgical treatment, endo-suprasellar primitive lesion, recurrences). 48% of patients recurred during follow up ( mean time from treatment: 3 years) and underwent, in some cases up to 4 transcranial surgical treatments. GH seems not to increase recurrence rate since 40% of GH treated recurred vs 66,6% of not GH treated pts. Discussion. Our data show the extereme difficulties that occur during follow up of craniopharyngioma treated patients. GH therapy should be offered to all patients even with good growth velocity after CF treatment, to avoid dislypidemia and reduce cardiovascular risk. The optimal therapy is not completely understood and whether gross tumor removal or partial surgery is the best option remains to be decided only on one patient tumour features and hypothalamic involvement. In conclusion the gold standard treatment of CF remains complete tumour removal, when feasible, or partial resection to preserve hypothalamic function in endosuprasellar large neoplasms.

Studio di Mutazioni Geniche e Variazioni Copy-Number implicate nel deficit combinato degli Ormoni Ipofisari(CPHD)

La crescita normale di un individuo è il risultato dell’azione coordinata di molteplici ormoni e recettori codificati da geni e a tal proposito, discreto interesse è stato dato ai geni tipici dell’asse del GH. Tuttavia altri geni, più a monte di questi e responsabili dello sviluppo dell’ipofisi contribuiscono alla crescita normale o patologica. Alcuni geni studiati sono POU1F1, PROP1, LHX3, LHX4, HESX1, SOX3 e svariate loro mutazioni sono state identificate come causa di panipopituarismo (CPHD=Combined Pituitary Hormone Deficiency). In realtà la ricerca genetica non spiega ancora molte anomalie ipofisarie e molte mutazioni devono ancora essere identificate. Uno degli scopi del dottorato, svoltosi nel laboratorio di Genetica molecolare di Pediatria, è stata l’identificazione di mutazioni geniche da un gruppo di pazienti CPHD considerando in particolare i geni POU1F1, LHX3, SOX3, non ancora messi a punto presso il laboratorio. L’approccio sperimentale si è basato sulle seguenti fasi: prelievo delle informazioni di sequenza da GeneBank, progettazione di primers per amplificare le porzioni esoniche, messa a punto delle fasi della PCR e del sequenziamento, analisi della sequenza e confronto con le informazioni di sequenza depositate allo scopo di rintracciare eventuali mutazioni o varianti. La bassa percentuale di mutazioni in questi geni non ha permesso finora di rintracciare mutazioni nelle porzioni esoniche salvo che in un soggetto, nell’esone 6 di LHX3b (nuova mutazione, recessiva eterozigote, c.1248A>G implicata nella mutazione p.T377A della sequenza proteica). Un metodo di screening di questa mutazione impiegando l’enzima di restrizione SacII è stato usato, senza rilevare nessun altra occorrenza dell’allele mutato in 53 soggetti di controllo. Oltre alla messa a punto del sequenziamento e di alcune tecniche di analisi di singoli SNP o piccoli INDELs per i 3 geni, la ricerca svolta è stata orientata all’impiego di metodi di rilevamento di riarrangiamenti genetici comportanti ampie delezioni e/o variazioni del copy-number di esoni/interi geni detto MLPA (Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification) e progettato da MRC-Holland. Il sequenziamento infatti non permette di rilevare tali alterazioni quando sono ampie ed in eterozigosi. Per esempio, in un’ampia delezione in eterozigosi, l’intervallo delimitato dai primers usati per la PCR può non includere totalmente la porzione interessata da delezione su un cromosoma cosicché la PCR ed il sequnziamento si basano solo sulle informazioni dell’altro cromosoma non deleto. Un vantaggio della tecnica MLPA, è l’analisi contemporanea di una quarantina di siti posti su svariati geni. Questa metodo tuttavia può essere affetto da un certo margine di errore spesso dipendente dalla qualità del DNA e dovrebbe essere affiancato e validato da altre tecniche più impegnativa dal punto di vista sperimentale ma più solide, per esempio la Real Time PCR detta anche PCR quantitativa (qPCR). In laboratorio, grazie all’MLPA si è verificata la condizione di delezione eterozigote di un paziente “storico” per il gene GH1 e la stessa mutazione è stata rilevata anche con la qPCR usando lo strumento Corbett Rotor Gene 6000 (Explera). Invece un’analisi solo con la qPCR di variazioni del copy-number (CNV) per SOX3 in pazienti maschili non ha ancora evidenziato anomalie. Entrambe le tecniche hanno aspetti interessanti, il miglior approccio al momento sembra un’analisi iniziale di pazienti con l’MLPA, seguita dalla verifica di un eventuale esito anomalo impiegando la real-time PCR.

Correlation between insulin resistance and treatment-resistant acne

Physiologically during puberty and adolescence, when juvenile acne usually appears, the response to a glucose load is increased if compared to the one observed in adult and at pre-pubertal age, while insulin sensitivity is reduced. Insulin is a hormone that acts at different levels along the axis which controls the sex hormones. It increases the release of LH and FSH by pituitary gland, stimulates the synthesis of androgens in the gonads and stimulates the synthesis of androgenic precursors in adrenal glands. Finally, it acts in the liver by inhibiting the synthesis of Sex Hormone Binding Globulin (SHBG). Insulin is also able to act directly on the production of sebum and amplify the effects of Iinsulin Growth Factor-1 in the skin, inhibiting the synthesis of its binding protein (IGF Binding Protein-1). In female subjects with acne and Polycystic Ovary Syndrome (PCOS) insulin resistance is a well known pathogenetic factor, while the relationship between acne and insulin resistance has been poorly investigated in males so far. The purpose of this study is to investigate the correlation between insulin resistance and acne in young males who do not respond to common therapies. Clinical and biochemical parameters of glucose, lipid metabolism, androgens and IGF-1 were evaluated. Insulin resistance was estimated by Homeostasis Model assessment (HOMA-IR) and Oral Glucose Tolerance Test was also performed. We found that subjects with acne had higher Sistolic and Diastolic Blood Pressure, Waist/Hip Ratio, Waist Circumference, 120' OGTT serum insulin and serum IGF-1 and lower HDL-cholesterol than subjects of comparable age and gender without acne. The results thus obtained confirmed what other authors have recently reported about a metabolic imbalance in young males with acne. Furthermore, these results support the hypothesis that insulin resistance might play an important role in the pathogenesis of treatment-resistant acne in males.

Hair: a tool to evaluate the HPA axis activity

Hair cortisol is a novel marker to measure long-term secretion cortisol free from many methodological caveats associated with other matrices such as plasma, saliva, urine, milk and faeces. For decades hair analysis has been successfully used in forensic science and toxicology to evaluate the exposure to exogenous substances and assess endogenous steroid hormones. Evaluation of cortisol in hair matrix began about a decade ago and have over the past five years had a remarkable development by advancing knowledge and affirming this method as a new and efficient way to study the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis activity over a long time period. In farm animals, certain environmental or management conditions can potentially activate the HPA axis. Given the importance of cortisol in monitoring the HPA axis activity, a first approach has involved the study on the distribution of hair cortisol concentrations (HCC) in healthy dairy cows showing a physiological range of variation of this hormone. Moreover, HCC have been significantly influenced also by changes in environmental conditions and a significant positive correlation was detected between HCC and cows clinically or physiologically compromised suggesting that these cows were subjected to repeated HPA axis activation. Additionally, Crossbreed F1 heifers showed significantly lower HCC compared to pure animals and a breed influence has been seen also on the HPA axis activity stimulated by an environmental change showing thus a higher level of resilience and a better adaptability to the environment of certain genotypes. Hair proved to be an excellent matrix also in the study of the activation of the HPA axis during the perinatal period. The use of hair analysis in research holds great promise to significantly enhance current understanding on the role of HPA axis over a long period of time.

Sindrome di cushing nel cane: Nuove prospettive diagnostiche e terapeutiche

La sindrome di Cushing (SC) è una delle endocrinopatie più comuni nel cane. La diagnosi richiede l'integrazione di anamnesi, segnalamento, segni clinici, esami ematobiochimici, test endocrini specifici e diagnostica per immagini . Nel corso degli anni diversi sono i principi attivi testati per la terapia della SC del cane. In passato, il mitotane è stato il farmaco più utilizzato, sebbene il suo uso risulti complicato e non privo di potenziali effetti collaterali. Recentemente, il trilostano ha dimostrato di essere un trattamento efficace per il controllo dei sintomi ed è stato approvato per tale uso nel cane. Al fine di testare metodiche non invasive per la diagnosi di SC nel cane abbiamo valutato le concentrazioni di cortisolo nel pelo (HCC) .Queste risultavano significativamente più elevate nei cani con SC rispetto ai cani sani e malati. Questo test può essere quindi considerato una procedura diagnostica non invasiva in cani con un elevato sospetto di SC. Inoltre, a causa della difficile reperibilità dell’ACTH esogeno sono state valutate le concentrazioni di cortisolo basale come strumento di monitoraggio in cani con SC trattati con trilostano. Tuttavia la singola valutazione del cortisolo basale non rappresenta un parametro efficace ed accurato per il monitoraggio della terapia con trilostano. Sono stati inoltre valutati i fattori prognostici in cani con SC alla diagnosi. L' iperfosfatemia è risultata un riscontro comune nei cani SC, rappresentando un fattore prognostico negativo. La terapia chirurgica non è una procedura di routine nella SC del cane, tuttavia abbiamo descritto l'approccio di ipofisectomia transsfenoidale in un Galgo spagnolo di 8 anni con SC . Il cane è stato sottoposto per due volte ad ipofisectomia transsfenoidale che ha permesso di rimuovere completamente il macroadenoma ipofisario. In conclusione, questi studi ci hanno permesso di indagare alcuni aspetti patogenetici, clinici e diagnostici della SC del cane.

Controlled reproduction in Anguilla anguilla (L.): advanced studies on broodstock management, spawning techniques and system design for artificial seed production.

The thesis aims to expose the advances achieved in the practices of captive breeding of the European eel (Anguilla anguilla). Aspects investigated concern both approaches livestock (breeding selection, response to hormonal stimulation, reproductive performance, incubation of eggs) and physiological aspects (endocrine plasma profiles of players), as well as engineering aspects. Studies conducted on various populations of wild eel have shown that the main determining factor in the selection of wild females destined to captive breeding must be the Silver Index which may determine the stage of pubertal development. The hormonal induction protocol adopted, with increasing doses of carp pituitary extract, it has proven useful to ovarian development, with a synchronization effect that is positively reflected on egg production. The studies on the effects of photoperiod show how the condition of total darkness can positively influence practices of reproductions in captivity. The effects of photoperiod were also investigated at the physiological level, observing the plasma levels of steroids ( E2, T) and thyroid hormones (T3 and T4) and the expression in the liver of vitellogenin (vtg1 and vtg2) and estradiol membrane receptor (ESR1). From the comparison between spontaneous deposition and insemination techniques through the stripping is inferred as the first ports to a better qualitative and quantitative yield in the production of eggs capable of being fertilized, also the presence of a percentage of oocytes completely transparent can be used to obtain eggs at a good rate of fertility. Finally, the design and implementation of a system for recirculating aquaculture suited to meet the needs of species-specific eel showed how to improve the reproductive results, it would be preferable to adopt low-flow and low density incubation.

Gestione pre, intra e post-operatoria del cane sottoposto ad ipofisectomia transfenoidale

L’approccio chirurgico agli adenomi ipofisari ACTH secernenti è la terapia d’elezione nell’uomo. L’ipofisectomia transfenoidale è invece una tecnica poco diffusa in ambito veterinario. La terapia più diffusa nel cane con ipercortisolismo ipofisi dipendente (PDH) è di tipo medico e prevede la somministrazione di farmaci inibitori della sintesi del cortisolo. Gli adenomi ipofisari possono aumentare di volume e determinare una conseguente sintomatologia neurologica; in questi casi le uniche opzioni terapeutiche sono rappresentate dall’asportazione chirurgica della neoplasia e dalla radioterapia. Nella presente tesi vengono descritti 8 interventi di ipofisectomia transfenoidale effettuati su 7 cani con macroadenoma ipofisario presso il Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie dell’Università di Bologna. La difficoltà maggiore per il chirurgo è rappresentata dalla localizzazione della fossa ipofisaria rispetto ai punti di repere visibile in tomografia computerizzata o in risonanza magnetica nucleare, oltre ai problemi di sanguinamento durante la rimozione della neoplasia. Nel periodo post-operatorio maggiori complicazioni si riscontrano in soggetti con adenomi ipofisari di maggiori dimensioni. Al contrario, in presenza di adenomi di dimensioni più contenute, la ripresa post-operatoria risulta più rapida e il tasso di successo maggiore. Al fine di poter eseguire nel cane l’exeresi mirata della sola neoplasia ipofisaria, al pari di quanto avviene nell’uomo, è stato condotto uno studio sulla tomografia computerizzata (TC) in 86 cani con PDH. Il protocollo TC non ha tuttavia permesso di individuare con precisione la posizione della neoplasia per guidare il chirurgo nella sua rimozione. In due casi riportati nel presente lavoro si è verificata una recidiva della neoplasia ipofisaria. In un soggetto si è optato per il reintervento, mentre nell’altro caso per la radioterapia. Entrambe le opzioni hanno garantito una buona qualità di vita per più di un anno dall’intervento terapeutico. Questi casi clinici dimostrano come il reintervento e la radioterapia possano essere considerate valide opzioni in caso di recidiva.