Valutazione di marker diagnostici, epidemiologia e nuove prospettive terapeutiche nell' avvelenamento da rodenticidi anticoagulanti nel cane.

In Medicina Veterinaria l'avvelenamento da rodenticidi anticoagulanti è conosciuto e studiato ormai da anni, essendo una delle intossicazioni più comunemente riscontrate nelle specie non target. In letteratura si rinvengono numerose pubblicazioni ma alcuni aspetti sono rimasti ancora inesplorati.Questo studio si propone di valutare il processo infiammatorio, mediante le proteine di fase acuta (APPs), in corso di fenomeni emorragici, prendendo come modello reale un gruppo di soggetti accidentalmente avvelenati da rodenticidi anticoagulanti. I 102 soggetti avvelenati presentano un valore più elevato di proteina C reattiva (CRP)con una mediana di 4.77 mg/dl statisticamente significativo rispetto alla mediana delle due popolazioni di controllo di pari entità numerica create con cross match di sesso, razza ed età; rispettivamente 0.02 mg/dl dei soggetti sani e 0.37 mg/dl dei soggetti malati di altre patologie. Inoltre all'interno del gruppo dei soggetti avvelenati un valore di CRP elevato all'ammissione può predisporre al decesso. La proteina C reattiva assume quindi un ruolo diagnostico e prognostico in questo avvelenamento. Un'altra finalità, di non inferiore importanza, è quella di definire una linea guida terapeutica con l'ausilio di biomarker coagulativi e di valutare la sicurezza della vitamina K per via endovenosa: in 73 cani, non in terapia con vitamina k, intossicati da rodenticidi anticoagulanti, i tempi della coagulazione (PT ed aPTT) ritornano nel range di normalità dopo 4 ore dalla prima somministrazione di 5 mg/kg di vitamina k per via endovenosa e nessun soggetto durante e dopo il trattamento ha manifestato reazioni anafilattiche, nessuno dei pazienti ha necessitato trasfusione ematica e tutti sono sopravvissuti. Infine si è valutata l'epidemiologia dell'ingestione dei prodotti rodenticidi nella specie oggetto di studio e la determinazione dei principi attivi mediante cromatografia liquida abbinata a spettrofotometria di massa (UPLC-MS/MS).

L'uso dei farmaci antibatterici negli ospedali dell'Emilia-Romagna

Obiettivo Analisi di consumi e costi degli antibiotici sistemici negli ospedali dell’Emilia-Romagna dal 2004 al 2011, con attenzione alla variabilità interaziendale e al significato, in termini di resistenza batterica, dell’aumento di alcuni gruppi terapeutici; Sottoanalisi nei reparti pediatrici, individuando i gruppi terapeutici critici, e valutazione delle reazioni avverse pediatriche da antibiotici segnalate, per il periodo in esame. Metodi I dati di consumo e spesa degli antibiotici sistemici per il periodo 2004-2011 sono stati ottenuti dal database regionale AFO e le giornate di degenza per ogni reparto dal database regionale di dimissione ospedaliera SDO. Le segnalazioni di sospette reazioni avverse da antibiotici tra gennaio 2004 e dicembre 2011 sono state estratte dal database nazionale VigiSegn. Risultati Negli otto anni, il consumo di antibiotici negli ospedali dell’Emilia-Romagna è aumentato del 27% e la spesa del 3%. Il consumo è apparso nettamente superiore nei reparti chirurgici che medici. La prima classe per consumo e spesa sono le penicilline/inibitori delle beta lattamasi. Nei reparti pediatrici, sono stati utilizzati 65 principi attivi diversi e amoxicillina/acido clavulanico è stato il più usato (26% del totale del 2011). Tra gli antibiotici critici, le cefalosporine di terza generazione sono state le più consumate in tutti i reparti pediatrici nel 2011. Tra le molecole il cui uso ospedaliero è vincolato, spiccano il linezolid e la teicoplanina che, comunque, hanno inciso più di tutte nella spesa del 2011 (18% e 15%, rispettivamente). Per la farmacovigilanza, i bambini (3-13 anni) sono stati coinvolti in 23 casi, mentre gli infanti (≤2 anni) solo in 4. L’associazione amoxicillina/acido clavulanico è stata più frequentemente segnalata (n=7), e soltanto 2 casi erano gravi. Conclusioni I risultati mostrano un quadro critico sul massiccio uso delle cefalosporine di terza generazione e sull’incremento del linezolid, da approfondire se per inappropriatezza d’uso oppure per aumento delle resistenze batteriche.

Innovative analytical methods for Central Nervous System Drug analysis in biological fluids

During recent years a consistent number of central nervous system (CNS) drugs have been approved and introduced on the market for the treatment of many psychiatric and neurological disorders, including psychosis, depression, Parkinson disease and epilepsy. Despite the great advancements obtained in the treatment of CNS diseases/disorders, partial response to therapy or treatment failure are frequent, at least in part due to poor compliance, but also genetic variability in the metabolism of psychotropic agents or polypharmacy, which may lead to sub-therapeutic or toxic plasma levels of the drugs, and finally inefficacy of the treatment or adverse/toxic effects. With the aim of improving the treatment, reducing toxic/side effects and patient hospitalisation, Therapeutic Drug Monitoring (TDM) is certainly useful, allowing for a personalisation of the therapy. Reliable analytical methods are required to determine the plasma levels of psychotropic drugs, which are often present at low concentrations (tens or hundreds of nanograms per millilitre). The present PhD Thesis has focused on the development of analytical methods for the determination of CNS drugs in biological fluids, including antidepressants (sertraline and duloxetine), antipsychotics (aripiprazole), antiepileptics (vigabatrin and topiramate) and antiparkinsons (pramipexole). Innovative methods based on liquid chromatography or capillary electrophoresis coupled to diode-array or laser-induced fluorescence detectors have been developed, together with the suitable sample pre-treatment for interference removal and fluorescent labelling in case of LIF detection. All methods have been validated according to official guidelines and applied to the analysis of real samples obtained from patients, resulting suitable for the TDM of psychotropic drugs.

Bioanalytical applications of multicolour bioluminescence imaging: new tools for drug discovery and development

The subject of this thesis is multicolour bioluminescence analysis and how it can provide new tools for drug discovery and development.The mechanism of color tuning in bioluminescent reactions is not fully understood yet but it is object of intense research and several hypothesis have been generated. In the past decade key residues of the active site of the enzyme or in the surface surrounding the active site have been identified as responsible of different color emission. Anyway since bioluminescence reaction is strictly dependent from the interaction between the enzyme and its substrate D-luciferin, modification of the substrate can lead to a different emission spectrum too. In the recent years firefly luciferase and other luciferases underwent mutagenesis in order to obtain mutants with different emission characteristics. Thanks to these new discoveries in the bioluminescence field multicolour luciferases can be nowadays employed in bioanalysis for assay developments and imaging purposes. The use of multicolor bioluminescent enzymes expanded the potential of a range of application in vitro and in vivo. Multiple analysis and more information can be obtained from the same analytical session saving cost and time. This thesis focuses on several application of multicolour bioluminescence for high-throughput screening and in vivo imaging. Multicolor luciferases can be employed as new tools for drug discovery and developments and some examples are provided in the different chapters. New red codon optimized luciferase have been demonstrated to be improved tools for bioluminescence imaging in small animal and the possibility to combine red and green luciferases for BLI has been achieved even if some aspects of the methodology remain challenging and need further improvement. In vivo Bioluminescence imaging has known a rapid progress since its first application no more than 15 years ago. It is becoming an indispensable tool in pharmacological research. At the same time the development of more sensitive and implemented microscopes and low-light imager for a better visualization and quantification of multicolor signals would boost the research and the discoveries in life sciences in general and in drug discovery and development in particular.

La responsabilità civile da prodotto farmaceutico

Il tema della ricerca ha riguardato preliminarmente la definizione di farmaco descritta nel d.lgs. n. 219 del 2006 (Codice dei farmaci per uso umano). Oltre al danno prodotto da farmaci, la ricerca ha approfondito anche la tutela ex ante ed ex post riguardante la produzione di dispositivi medici (Direttiva della Comunità Economica Europea n. 42 del 1993 e Direttiva della Comunità Economica Europea n. 374 del 1985). E’ stato necessario soffermarsi sull’analisi del concetto di precauzione per il quale nell’ambito di attività produttive, come quelle che cagionano inquinamento ambientale, o “pericolose per la salute umana” come quelle riguardanti la produzione di alimenti e farmaci, è necessario eliminare i rischi non conosciuti nella produzione di questi ultimi al fine di garantire una tutela completa della salute. L’analisi della Direttiva della Comunità Economica Europea n. 374 del 1985 nei suoi aspetti innovativi ha riguardato l’esame dei casi di danno da farmaco (Trib. Roma, 20 Giugno 2002, Trib. Roma 27 Giugno 1987, Trib. Milano 19 Novembre 1987, Cassazione Civile n. 6241 del 1987): profilo critico è quello riguardante la prova liberatoria, mentre l'art. 2050 prevede che «si debbano adottare tutte le misure necessarie per evitare il danno», l'art. 118, lett. e), c. cons.) prevede una serie di casi di esonero di responsabilità del produttore (tra cui il rischio di sviluppo). Dall'analisi emerge poi la necessità da parte del produttore di continuo utilizzo del duty to warn (Art. 117 del Codice del Consumo lett. A e B ): esso consiste nel dovere continuo di informazione del produttore tramite i suoi rappresentanti e il bugiardino presente nelle confezioni dei farmaci. Tale dovere è ancor più importante nel caso della farmacogenetica, infatti, al fine di evitare reazioni avverse nel bugiardino di alcuni farmaci verrà prescritta la necessità di effettuare un test genetico prima dell’assunzione.

Synthesis of Biologically Active Small Molecules: Different Approaches to Drug Design

In the past years, genome biology had disclosed an ever-growing kind of biological targets that emerged as ideal points for therapeutic intervention. Nevertheless, the number of new chemical entities (NCEs) translated into effective therapies employed in the clinic, still not observed. Innovative strategies in drug discovery combined with different approaches to drug design should be searched for bridge this gap. In this context organic synthetic chemistry had to provide for effective strategies to achieve biologically active small molecules to consider not only as potentially drug candidates, but also as chemical tools to dissect biological systems. In this scenario, during my PhD, inspired by the Biology-oriented Synthesis approach, a small library of hybrid molecules endowed with privileged scaffolds, able to block cell cycle and to induce apoptosis and cell differentiation, merged with natural-like cores were synthesized. A synthetic platform which joined a Domino Knoevenagel-Diels Alder reaction with a Suzuki coupling was performed in order to reach the hybrid compounds. These molecules can represent either antitumor lead candidates, or valuable chemical tools to study molecular pathways in cancer cells. The biological profile expressed by some of these derivatives showed a well defined antiproliferative activity on leukemia Bcr-Abl expressing K562 cell lines. A parallel project regarded the rational design and synthesis of minimally structurally hERG blockers with the purpose of enhancing the SAR studies of a previously synthesized collection. A Target-Oriented Synthesis approach was applied. Combining conventional and microwave heating, the desired final compounds were achieved in good yields and reaction rates. The preliminary biological results of the compounds, showed a potent blocking activity. The obtained small set of hERG blockers, was able to gain more insight the minimal structural requirements for hERG liability, which is mandatory to investigate in order to reduce the risk of potential side effects of new drug candidates.

Network analysis and machine learning assist drug repurposing and safety assessment in neurological diseases

In recent decades, two prominent trends have influenced the data modeling field, namely network analysis and machine learning. This thesis explores the practical applications of these techniques within the domain of drug research, unveiling their multifaceted potential for advancing our comprehension of complex biological systems. The research undertaken during this PhD program is situated at the intersection of network theory, computational methods, and drug research. Across six projects presented herein, there is a gradual increase in model complexity. These projects traverse a diverse range of topics, with a specific emphasis on drug repurposing and safety in the context of neurological diseases. The aim of these projects is to leverage existing biomedical knowledge to develop innovative approaches that bolster drug research. The investigations have produced practical solutions, not only providing insights into the intricacies of biological systems, but also allowing the creation of valuable tools for their analysis. In short, the achievements are: • A novel computational algorithm to identify adverse events specific to fixed-dose drug combinations. • A web application that tracks the clinical drug research response to SARS-CoV-2. • A Python package for differential gene expression analysis and the identification of key regulatory "switch genes". • The identification of pivotal events causing drug-induced impulse control disorders linked to specific medications. • An automated pipeline for discovering potential drug repurposing opportunities. • The creation of a comprehensive knowledge graph and development of a graph machine learning model for predictions. Collectively, these projects illustrate diverse applications of data science and network-based methodologies, highlighting the profound impact they can have in supporting drug research activities.