Mass spectrometry-based protein profiling strategies for biomarker discovery in liver and inflammatory bowel diseases

The study of protein expression profiles for biomarker discovery in serum and in mammalian cell populations needs the continuous improvement and combination of proteins/peptides separation techniques, mass spectrometry, statistical and bioinformatic approaches. In this thesis work two different mass spectrometry-based protein profiling strategies have been developed and applied to liver and inflammatory bowel diseases (IBDs) for the discovery of new biomarkers. The first of them, based on bulk solid-phase extraction combined with matrix-assisted laser desorption/ionization - Time of Flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) and chemometric analysis of serum samples, was applied to the study of serum protein expression profiles both in IBDs (Crohn’s disease and ulcerative colitis) and in liver diseases (cirrhosis, hepatocellular carcinoma, viral hepatitis). The approach allowed the enrichment of serum proteins/peptides due to the high interaction surface between analytes and solid phase and the high recovery due to the elution step performed directly on the MALDI-target plate. Furthermore the use of chemometric algorithm for the selection of the variables with higher discriminant power permitted to evaluate patterns of 20-30 proteins involved in the differentiation and classification of serum samples from healthy donors and diseased patients. These proteins profiles permit to discriminate among the pathologies with an optimum classification and prediction abilities. In particular in the study of inflammatory bowel diseases, after the analysis using C18 of 129 serum samples from healthy donors and Crohn’s disease, ulcerative colitis and inflammatory controls patients, a 90.7% of classification ability and a 72.9% prediction ability were obtained. In the study of liver diseases (hepatocellular carcinoma, viral hepatitis and cirrhosis) a 80.6% of prediction ability was achieved using IDA-Cu(II) as extraction procedure. The identification of the selected proteins by MALDITOF/ TOF MS analysis or by their selective enrichment followed by enzymatic digestion and MS/MS analysis may give useful information in order to identify new biomarkers involved in the diseases. The second mass spectrometry-based protein profiling strategy developed was based on a label-free liquid chromatography electrospray ionization quadrupole - time of flight differential analysis approach (LC ESI-QTOF MS), combined with targeted MS/MS analysis of only identified differences. The strategy was used for biomarker discovery in IBDs, and in particular of Crohn’s disease. The enriched serum peptidome and the subcellular fractions of intestinal epithelial cells (IECs) from healthy donors and Crohn’s disease patients were analysed. The combining of the low molecular weight serum proteins enrichment step and the LCMS approach allowed to evaluate a pattern of peptides derived from specific exoprotease activity in the coagulation and complement activation pathways. Among these peptides, particularly interesting was the discovery of clusters of peptides from fibrinopeptide A, Apolipoprotein E and A4, and complement C3 and C4. Further studies need to be performed to evaluate the specificity of these clusters and validate the results, in order to develop a rapid serum diagnostic test. The analysis by label-free LC ESI-QTOF MS differential analysis of the subcellular fractions of IECs from Crohn’s disease patients and healthy donors permitted to find many proteins that could be involved in the inflammation process. Among them heat shock protein 70, tryptase alpha-1 precursor and proteins whose upregulation can be explained by the increased activity of IECs in Crohn’s disease were identified. Follow-up studies for the validation of the results and the in-depth investigation of the inflammation pathways involved in the disease will be performed. Both the developed mass spectrometry-based protein profiling strategies have been proved to be useful tools for the discovery of disease biomarkers that need to be validated in further studies.

Caratterizzazione del legame di molecole di interesse farmaceutico alla sieroalbumina umana mediante biocromatografia e dicroismo circolare

Negli ultimi anni, un crescente numero di studiosi ha focalizzato la propria attenzione sullo sviluppo di strategie che permettessero di caratterizzare le proprietà ADMET dei farmaci in via di sviluppo, il più rapidamente possibile. Questa tendenza origina dalla consapevolezza che circa la metà dei farmaci in via di sviluppo non viene commercializzato perché ha carenze nelle caratteristiche ADME, e che almeno la metà delle molecole che riescono ad essere commercializzate, hanno comunque qualche problema tossicologico o ADME [1]. Infatti, poco importa quanto una molecola possa essere attiva o specifica: perché possa diventare farmaco è necessario che venga ben assorbita, distribuita nell’organismo, metabolizzata non troppo rapidamente, ne troppo lentamente e completamente eliminata. Inoltre la molecola e i suoi metaboliti non dovrebbero essere tossici per l’organismo. Quindi è chiaro come una rapida determinazione dei parametri ADMET in fasi precoci dello sviluppo del farmaco, consenta di risparmiare tempo e denaro, permettendo di selezionare da subito i composti più promettenti e di lasciar perdere quelli con caratteristiche negative. Questa tesi si colloca in questo contesto, e mostra l’applicazione di una tecnica semplice, la biocromatografia, per caratterizzare rapidamente il legame di librerie di composti alla sieroalbumina umana (HSA). Inoltre mostra l’utilizzo di un’altra tecnica indipendente, il dicroismo circolare, che permette di studiare gli stessi sistemi farmaco-proteina, in soluzione, dando informazioni supplementari riguardo alla stereochimica del processo di legame. La HSA è la proteina più abbondante presente nel sangue. Questa proteina funziona da carrier per un gran numero di molecole, sia endogene, come ad esempio bilirubina, tiroxina, ormoni steroidei, acidi grassi, che xenobiotici. Inoltre aumenta la solubilità di molecole lipofile poco solubili in ambiente acquoso, come ad esempio i tassani. Il legame alla HSA è generalmente stereoselettivo e ad avviene a livello di siti di legame ad alta affinità. Inoltre è ben noto che la competizione tra farmaci o tra un farmaco e metaboliti endogeni, possa variare in maniera significativa la loro frazione libera, modificandone l’attività e la tossicità. Per queste sue proprietà la HSA può influenzare sia le proprietà farmacocinetiche che farmacodinamiche dei farmaci. Non è inusuale che un intero progetto di sviluppo di un farmaco possa venire abbandonato a causa di un’affinità troppo elevata alla HSA, o a un tempo di emivita troppo corto, o a una scarsa distribuzione dovuta ad un debole legame alla HSA. Dal punto di vista farmacocinetico, quindi, la HSA è la proteina di trasporto del plasma più importante. Un gran numero di pubblicazioni dimostra l’affidabilità della tecnica biocromatografica nello studio dei fenomeni di bioriconoscimento tra proteine e piccole molecole [2-6]. Il mio lavoro si è focalizzato principalmente sull’uso della biocromatografia come metodo per valutare le caratteristiche di legame di alcune serie di composti di interesse farmaceutico alla HSA, e sul miglioramento di tale tecnica. Per ottenere una miglior comprensione dei meccanismi di legame delle molecole studiate, gli stessi sistemi farmaco-HSA sono stati studiati anche con il dicroismo circolare (CD). Inizialmente, la HSA è stata immobilizzata su una colonna di silice epossidica impaccata 50 x 4.6 mm di diametro interno, utilizzando una procedura precedentemente riportata in letteratura [7], con alcune piccole modifiche. In breve, l’immobilizzazione è stata effettuata ponendo a ricircolo, attraverso una colonna precedentemente impaccata, una soluzione di HSA in determinate condizioni di pH e forza ionica. La colonna è stata quindi caratterizzata per quanto riguarda la quantità di proteina correttamente immobilizzata, attraverso l’analisi frontale di L-triptofano [8]. Di seguito, sono stati iniettati in colonna alcune soluzioni raceme di molecole note legare la HSA in maniera enantioselettiva, per controllare che la procedura di immobilizzazione non avesse modificato le proprietà di legame della proteina. Dopo essere stata caratterizzata, la colonna è stata utilizzata per determinare la percentuale di legame di una piccola serie di inibitori della proteasi HIV (IPs), e per individuarne il sito(i) di legame. La percentuale di legame è stata calcolata attraverso il fattore di capacità (k) dei campioni. Questo parametro in fase acquosa è stato estrapolato linearmente dal grafico log k contro la percentuale (v/v) di 1-propanolo presente nella fase mobile. Solamente per due dei cinque composti analizzati è stato possibile misurare direttamente il valore di k in assenza di solvente organico. Tutti gli IPs analizzati hanno mostrato un’elevata percentuale di legame alla HSA: in particolare, il valore per ritonavir, lopinavir e saquinavir è risultato maggiore del 95%. Questi risultati sono in accordo con dati presenti in letteratura, ottenuti attraverso il biosensore ottico [9]. Inoltre, questi risultati sono coerenti con la significativa riduzione di attività inibitoria di questi composti osservata in presenza di HSA. Questa riduzione sembra essere maggiore per i composti che legano maggiormente la proteina [10]. Successivamente sono stati eseguiti degli studi di competizione tramite cromatografia zonale. Questo metodo prevede di utilizzare una soluzione a concentrazione nota di un competitore come fase mobile, mentre piccole quantità di analita vengono iniettate nella colonna funzionalizzata con HSA. I competitori sono stati selezionati in base al loro legame selettivo ad uno dei principali siti di legame sulla proteina. In particolare, sono stati utilizzati salicilato di sodio, ibuprofene e valproato di sodio come marker dei siti I, II e sito della bilirubina, rispettivamente. Questi studi hanno mostrato un legame indipendente dei PIs ai siti I e II, mentre è stata osservata una debole anticooperatività per il sito della bilirubina. Lo stesso sistema farmaco-proteina è stato infine investigato in soluzione attraverso l’uso del dicroismo circolare. In particolare, è stato monitorata la variazione del segnale CD indotto di un complesso equimolare [HSA]/[bilirubina], a seguito dell’aggiunta di aliquote di ritonavir, scelto come rappresentante della serie. I risultati confermano la lieve anticooperatività per il sito della bilirubina osservato precedentemente negli studi biocromatografici. Successivamente, lo stesso protocollo descritto precedentemente è stato applicato a una colonna di silice epossidica monolitica 50 x 4.6 mm, per valutare l’affidabilità del supporto monolitico per applicazioni biocromatografiche. Il supporto monolitico monolitico ha mostrato buone caratteristiche cromatografiche in termini di contropressione, efficienza e stabilità, oltre che affidabilità nella determinazione dei parametri di legame alla HSA. Questa colonna è stata utilizzata per la determinazione della percentuale di legame alla HSA di una serie di poliamminochinoni sviluppati nell’ambito di una ricerca sulla malattia di Alzheimer. Tutti i composti hanno mostrato una percentuale di legame superiore al 95%. Inoltre, è stata osservata una correlazione tra percentuale di legame è caratteristiche della catena laterale (lunghezza e numero di gruppi amminici). Successivamente sono stati effettuati studi di competizione dei composti in esame tramite il dicroismo circolare in cui è stato evidenziato un effetto anticooperativo dei poliamminochinoni ai siti I e II, mentre rispetto al sito della bilirubina il legame si è dimostrato indipendente. Le conoscenze acquisite con il supporto monolitico precedentemente descritto, sono state applicate a una colonna di silice epossidica più corta (10 x 4.6 mm). Il metodo di determinazione della percentuale di legame utilizzato negli studi precedenti si basa su dati ottenuti con più esperimenti, quindi è necessario molto tempo prima di ottenere il dato finale. L’uso di una colonna più corta permette di ridurre i tempi di ritenzione degli analiti, per cui la determinazione della percentuale di legame alla HSA diventa molto più rapida. Si passa quindi da una analisi a medio rendimento a una analisi di screening ad alto rendimento (highthroughput- screening, HTS). Inoltre, la riduzione dei tempi di analisi, permette di evitare l’uso di soventi organici nella fase mobile. Dopo aver caratterizzato la colonna da 10 mm con lo stesso metodo precedentemente descritto per le altre colonne, sono stati iniettati una serie di standard variando il flusso della fase mobile, per valutare la possibilità di utilizzare flussi elevati. La colonna è stata quindi impiegata per stimare la percentuale di legame di una serie di molecole con differenti caratteristiche chimiche. Successivamente è stata valutata la possibilità di utilizzare una colonna così corta, anche per studi di competizione, ed è stata indagato il legame di una serie di composti al sito I. Infine è stata effettuata una valutazione della stabilità della colonna in seguito ad un uso estensivo. L’uso di supporti cromatografici funzionalizzati con albumine di diversa origine (ratto, cane, guinea pig, hamster, topo, coniglio), può essere proposto come applicazione futura di queste colonne HTS. Infatti, la possibilità di ottenere informazioni del legame dei farmaci in via di sviluppo alle diverse albumine, permetterebbe un migliore paragone tra i dati ottenuti tramite esperimenti in vitro e i dati ottenuti con esperimenti sull’animale, facilitando la successiva estrapolazione all’uomo, con la velocità di un metodo HTS. Inoltre, verrebbe ridotto anche il numero di animali utilizzati nelle sperimentazioni. Alcuni lavori presenti in letteratura dimostrano l’affidabilita di colonne funzionalizzate con albumine di diversa origine [11-13]: l’utilizzo di colonne più corte potrebbe aumentarne le applicazioni.

Impact of Protein Induced by Vitamin K Absence (PIVKA-II) in diagnosis and monitoring of patients with hepatocellular carcinoma

Background and Aims: Hepatocellular carcinoma (HCC) represents the second leading cause of cancer deaths worldwide. Protein induced by vitamin K absence (PIVKA-II) has been proposed as potential screening biomarker for HCC.This study has been designed to evaluate the role of PIVKA-II as diagnostic HCC marker, through the comparison between PIVKA-II and alpha-fetoprotein (AFP) serum levels on HCC patients and the two control groupsof patients with liver disease and without HCC. Methods: In an Italian prospective cohort, PIVKA-II levels were assessed on serum samplesby an automated chemiluminescent immunoassay (Abbott ARCHITECT). The study population included 65 patients with HCC (both “de novo” and recurrent), 111 with liver cirrhosis (LC) and 111 with chronic hepatitis C (CHC). Results: PIVKA-II levels were increased in patients with HCC (median 63.75, range: 12-2675 mAU/mL) compared to LC (median value: 30.95, range: 11.70–1251mAU / mL, Mann Whitney test p < 0.0001) and CHC (median value: 24.89, range: 12.98-67.68mAU / mL, p < 0.0001).The area under curve (AUC) for PIVKA-II was 0.817 (95% Confidence Interval(CI), 0.752-0.881). At the optimal threshold of 37 mAU / mL, identified by the Youden Index, the sensitivity and specificity were 79% and 76%, respectively. PIVKA-II was a better biomarker than AFP for the diagnosis of HCC, since the AUC for AFP was 0.670 (95% CI 0.585-0.754, p<0.0001) and at the best cutoff of 16.4 ng / mL AFP yielded 98% specificity but only 34% sensitivity. Conclusions:These initial data suggest the potential utility of this tool in the diagnosis of HCC.PIVKA-II alone or in combination may help to an early diagnosis of HCC and a significant optimization of patient management.

Valutazione del rapporto urinario proteine totali/creatinina e albumina/creatinina in cani affetti da iperadrenocorticismo e da diabete mellito

INTRODUCTION – In human medicine, diabetes mellitus (DM), hypertension, proteinuria and nephropathy are often associated although it is still not clear whether hypertension is the consequence or the cause of nephropathy and albuminuria. Microalbuminuria, in humans, is an early and sensitive marker which permits timely and effective therapy in the early phase of renal damage. Conversely, in dogs, these relationships were not fully investigated, even though hypertension has been associated with many diseases (Bodey and Michell, 1996). In a previous study, 20% of diabetic dogs were found proteinuric based on a U:P/C > 1 and 46% were hypertensive; this latter finding is similar to the prevalence of hypertension in diabetic people (40-80%) (Struble et al., 1998). In the same canine study, hypertension was also positively correlated with the duration of the disease, as is the case in human beings. Hypertension was also found to be a common complication of hypercortisolism (HC) in dogs, with a prevalence which varies from 50 (Goy-Thollot et al., 2002) to 80% (Danese and Aron, 1994).The aim of our study was to evaluate the urinary albumin to creatinine ratio (U:A/C) in dogs affected by Diabetes Mellitus and HC in order to ascertain if, as in human beings, it could represent an early and more sensitive marker of renal damage than U:P/C. Furthermore, the relationship between proteinuria and hypertension in DM and HC was also investigated. MATERIALS AND METHODS – Twenty dogs with DM, 14 with HC and 21 healthy dogs (control group) were included in the prospective case-control study. Inclusion criteria were hyperglycaemia, glicosuria and serum fructosamine above the reference range for DM dogs and a positive ACTH stimulation test and/or low-dose dexamethasone test and consistent findings of HC on abdominal ultrasonography in HC dogs. Dogs were excluded if affected by urinary tract infections and if the serum creatinine or urea values were above the reference range. At the moment of inclusion, an appropriate therapy had already been instituted less than 1 month earlier in 12 diabetic dogs. The control dogs were considered healthy based on clinical exam and clinicopathological findings. All dogs underwent urine sample collection by cystocentesis and systemic blood pressure measurement by means of either an oscillometric device (BP-88 Next, Colin Corporation, Japan) or by Doppler ultrasonic traducer (Minidop ES-100VX, Hadeco, Japan). The choice of method depended on the dog’s body weight: Doppler ultrasonography was employed in dogs < 20 kg of body weight and the oscillometric method in the other subjects. Dogs were considered hypertensive whenever systemic blood pressure was found ≥ 160 mmHg. The urine was assayed for U:P/C and U:A/C (Gentilini et al., 2005). The data between groups were compared using the Mann-Whitney U test. The reference ranges for U:P/C and U:A/C had already been established by our laboratory as 0.6 and 0.05, respectively. U:P/C and U:A/C findings were correlated to systemic blood pressure and Spearman R correlation coefficients were calculated. In all cases, p < 0.05 was considered statistically significant. RESULTS – The mean ± sd urinary albumin concentration in the three groups was 1.79 mg/dl ± 2.18; 20.02 mg/dl ± 43.25; 52.02 mg/dl ± 98.27, in healthy, diabetic and hypercortisolemic dogs, respectively. The urine albumin concentration differed significantly between healthy and diabetic dogs (p = 0.008) and between healthy and HC dogs (p = 0.011). U:A/C values ranged from 0.00 to 0.34 (mean ± sd 0.02 ± 0.07), 0.00 to 6.72 (mean ± sd 0.62 ± 1.52) and 0.00 to 5.52 (mean ± sd 1.27 ± 1.70) in the control, DM and HC groups, respectively; U:P/C values ranged from 0.1 to 0.6 (mean ± sd 0.17 ± 0.15) 0.1 to 6.6 (mean ± sd 0.93 ± 1.15) and 0.2 to 7.1 (mean ± sd 1.90 ± 2.11) in the control, DM and HC groups, respectively. In diabetic dogs, U:A/C was above the reference range in 11 out of 20 dogs (55%). Among these, 5/20 (25%) showed an increase only in the U:A/C ratio while, in 6/20 (30%), both the U:P/C and the U:A/C were abnormal. Among the latter, 4 dogs had already undergone therapy. In subjects affected with HC, U:P/C and U:A/C were both increased in 10/14 (71%) while in 2/14 (14%) only U:A/C was above the reference range. Overall, by comparing U:P/C and U:A/C in the various groups, a significant increase in protein excretion in disease-affected animals compared to healthy dogs was found. Blood pressure (BP) in diabetic subjects ranged from 88 to 203 mmHg (mean ± sd 143 ± 33 mmHg) and 7/20 (35%) dogs were found to be hypertensive. In HC dogs, BP ranged from 116 to 200 mmHg (mean ± sd 167 ± 26 mmHg) and 9/14 (64%) dogs were hypertensive. Blood pressure and proteinuria were not significantly correlated. Furthermore, in the DM group, U:P/C and U:A/C were both increased in 3 hypertensive dogs and 2 normotensive dogs while the only increase of U:A/C was observed in 2 hypertensive and 3 normotensive dogs. In the HC group, the U:P/C and the U:A/C were both increased in 6 hypertensive and 2 normotensive dogs; the U:A/C was the sole increased parameter in 1 hypertensive dog and in 1 dog with normal pressure. DISCUSSION AND CONCLUSION- The findings of this study suggest that, in dogs affected by DM and HC, an increase in U:P/C, U:A/C and systemic hypertension is frequently present. Remarkably, some dogs affected by both DM and HC showed an U:A/C but not U:P/C above the reference range. In diabetic dogs, albuminuria was observed in 25% of the subjects, suggesting the possibility that this parameter could be employed for detecting renal damage at an early phase when common semiquantiative tests and even U:P/C fall inside the reference range. In HC dogs, a higher number of subjects with overt proteinuria was found while only 14% presented an increase only in the U:A/C. This fact, associated with a greater number of hypertensive dogs having HC rather than DM, could suggest a greater influence on renal function by the mechanisms involved in hypertension secondary to hypercortisolemia. Furthermore, it is possible that, in HC dogs, the diagnosis was more delayed than in DM dogs. However, the lack of a statistically significant correlation between hypertension and increased protein excretion as well as the apparently random distribution of proteinuric subjects in normotensive and hypertensive cases, imply that other factors besides hypertension are involved in causing proteinuria. Longitudinal studies are needed to further investigate the relationship between hypertension and proteinuria.

Evaluation of cardiovascular disease markers in patients submitted to carotid artery stenting or endarterectomy

Introduction. Microembolization during the carotid artery revascularization procedure may cause cerebral lesions. Elevated C-Reactive Protein (hsCRP), Vascular endothelial growth factor (VEGF) and serum amyloid A protein (SAA) exert inflammatory activities thus promoting carotid plaque instability. Neuron specific enolase (NSE) is considered a marker of cerebral injury. Neoangiogenesis represents a crucial step in atherosclerosis, since neovessels density correlates with plaque destabilization. However their clinical significance on the outcome of revascularization is unknown. This study aims to establish the correlation between palque vulnerabilty, embolization and histological or serological markers of inflammation and neoangiogenesis. Methods. Serum hsCRP, SAA, VEGF, NSE mRNA, PAPP-A mRNA levels were evaluated in patients with symptomatic carotid stenosis who underwent filter-protected CAS or CEA procedure. Cerebral embolization, presence of neurologicals symptoms, plaque neovascularization were evaluated testing imaging, serological and histological methods. Results were compared by Fisher’s, Student T test and Mann-Whitney U test. Results. Patients with hsCRP<5 mg/l, SAA<10mg/L and VEGF<500pg/ml had a mean PO of 21.5% versus 35.3% (p<0.05). In either group, embolic material captured by the filter was identified as atherosclerotic plaque fragments. Cerebral lesions increased significantly in all patients with hsCRP>5mg/l and SAA>10mg/l (16.5 vs 2.8 mean number, 3564.6 vs 417.6 mm3 mean volume). Discussion. High hsCRP, SAA and VEGF levels are associated with significantly greater embolization during CAS and to the vulnerabiliy of the plaque. This data suggest CAS might not be indicated as a method of revascularization in this specific group of patients.

Valutazione dei disturbi cognitivi nei pazienti sottoposti a Rivascolarizzazione Carotidea (Endoarterectomia vs Stenting) mediante dosaggio di marker di danno neuronale, Mini Mental State Examination e Risonanza Magnetica

Scopo del nostro studio è quello di valutare i disturbi cognitivi in relazione al tasso di microembolia cerebrale in due gruppi di pazienti trattati per lesione carotidea asintomatica con endoarterectomia (CEA) o stenting (CAS). Comparando le due metodiche mediante l’utilizzo di risonanza magnetica in diffusione (DW-MRI), neuromarkers (NSE e S100β) e test neuropsicometrici. MATERIALE E METODI: 60 pazienti sono stati sottoposti a rivascolarizzazione carotidea (CEA n=32 e CAS n=28). Sono stati tutti valutati con DW-MRI e Mini-Mental State Examination (MMSE) test nel preoperatorio, a 24 ore, a 6 ed a 12 mesi dall’intervento. In tutti sono stati dosati i livelli sierici di NSE e S100β mediante 5 prelievi seriati nel tempo, quello basale nel preoperatorio, l’ultimo a 24 ore. L’ananlisi statistica è stata effettuata con test t di Student per confronti multipli per valori continui e con test χ2 quadro e Fisher per le variabili categoriche. Significatività P <0,05. RISULTATI: Non vi è stato alcun decesso. Un paziente del gruppo CAS ha presentato un ictus ischemico. In 6 pazienti CAS ed in 1 paziente CEA si sono osservate nuove lesioni subcliniche alla RMN-DWI post-operatoria (21,4% vs 3% p=0,03). Nel gruppo CAS le nuove lesioni presenti alla RMN sono risultate significativamente associate ad un declino del punteggio del MMSE (p=0,001). L’analisi dei livelli di NSE e S100β ha mostrato un significativo aumento a 24 ore nei pazienti CAS (P = .02). A 12 mesi i pazienti che avevano presentato nuove lesioni ischemiche nel post-operatorio hanno mostrato minor punteggio al MMSE, non statisticamente significativo. CONCLUSIONI: I neuromarkers in combinazione con MMSE e RMN-DWI possono essere utilizzati nella valutazione del declino cognitivo correlato a lesioni silenti nell’immediato postoperatorio di rivascolarizzazione carotidea. Quest’ultime dovrebbero essere valutate quindi non solo rispetto al tasso di mortalità e ictus, ma anche rispetto al tasso di microembolia.

Studio del ruolo della Protein chinasi B/Akt nella migrazione di Cellule Staminali Mesenchimali umane

Le cellule staminali/stromali mesenchimali umane (hMSC) sono attualmente applicate in diversi studi clinici e la loro efficacia è spesso legata alla loro capacità di raggiungere il sito d’interesse. Poco si sa sul loro comportamento migratorio e i meccanismi che ne sono alla base. Perciò, questo studio è stato progettato per comprendere il comportamento migratorio delle hMSC e il coinvolgimento di Akt, nota anche come proteina chinasi B. L’espressione e la fosforilazione della proteinchinasi Akt è stata studiata mediante Western blotting. Oltre al time-lapse in vivo imaging, il movimento cellulare è stato monitorato sia mediante saggi tridimensionali, con l’uso di transwell, che mediante saggi bidimensionali, attraverso la tecnica del wound healing. Le prove effettuate hanno rivelato che le hMSC hanno una buona capacità migratoria. E’ stato osservato che la proteinchinasi B/Akt ha elevati livelli basali di fosforilazione in queste cellule. Inoltre, la caratterizzazione delle principali proteine di regolazione ed effettrici, a monte e a valle di Akt, ha permesso di concludere che la cascata di reazioni della via di segnale anche nelle hMSC segue un andamento canonico. Specifici inibitori farmacologici sono stati utilizzati per determinare il potenziale meccanismo coinvolto nella migrazione cellulare e nell'invasione. L’inibizione della via PI3K/Akt determina una significativa riduzione della migrazione. L’utilizzo di inibitori farmacologici specifici per le singole isoforme di Akt ha permesso di discriminare il ruolo diverso di Akt1 e Akt2 nella migrazione delle hMSC. E’ stato infatti dimostrato che l'inattivazione di Akt2, ma non quella di Akt1, diminuisce significativamente la migrazione cellulare. Nel complesso i risultati ottenuti indicano che l'attivazione di Akt2 svolge un ruolo critico nella migrazione della hMSC; ulteriori studi sono necessari per approfondire la comprensione del fenomeno. La dimostrazione che l’isoforma Akt2 è necessaria per la chemiotassi diretta delle hMSC, rende questa chinasi un potenziale bersaglio farmacologico per modulare la loro migrazione.

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.

Bone-implant interface. Evaluation of osteoblastic cells behavior on nanopatterned titanium surfaces: an in vitro analysis

Protein-adsorption occurs immediately following implantation of biomaterials. It is unknown at which extent protein-adsorption impacts the cellular events at bone-implant interface. To investigate this question, we compared the in-vitro outcome of osteoblastic cells grown onto titanium substrates and glass as control, by modulating the exposure to serum-derived proteins. Substrates consisted of 1) polished titanium disks; 2) polished disks nanotextured with H2SO4/H2O2; 3) glass. In the pre-adsorption phase, substrates were treated for 1h with αMEM alone (M-noFBS) or supplemented with 10%-foetal-bovine-serum (M-FBS). MC3T3-osteoblastic-cells were cultured on the pre-treated substrates for 3h and 24h, in M-noFBS and M-FBS. Subsequently, the culture medium was replaced with M-FBS and cultures maintained for 3 and 7days. Cell-number was evaluated by: Alamar-Blue and MTT assay. Mitotic- and osteogenic-activities were evaluated through fluorescence-optical-microscope by immunolabeling for Ki-67 nuclear-protein and Osteopontin. Cellular morphology was evaluated by SEM-imaging. Data were statistically analyzed using ANOVA-test, (p<0.05). At day3 and day7, the presence or absence of serum-derived proteins during the pre-adsorption phase had not significant effect on cell-number. Only the absence of FBS during 24h of culture significantly affected cell-number (p<0.0001). Titanium surfaces performed better than glass, (p<0.01). The growth rate of cells between day3 and 7 was not affected by the initial absence of FBS. Immunolabeling for Ki-67 and Osteopontin showed that the mitotic- and osteogenic- activity were ongoing at 72h. SEM-analysis revealed that the absence of FBS had no major influence on cell-shape. • Physico-chemical interactions without mediation by proteins are sufficient to sustain the initial phase of culture and guide osteogenic-cells toward differentiation. • The challenge is avoiding adsorption of ‘undesirables’ molecules that negatively impact on the cueing cells receive from surface. This may not be a problem in healthy patients, but may have an important role in medically-compromised-individuals in whom the composition of tissue-fluids is altered.