In vitro characterization of the three-dimensional strain pattern in human vertebrae affected by metastases

La colonna vertebrale è la principale sede di metastasi, le quali possono alterare la normale distribuzione dei tessuti ossei e ridurre la capacità della vertebra di sostenere carichi. L’instabilità spinale causata dalle metastasi, tuttavia, è di difficile determinazione. La caratterizzazione meccanica delle vertebre metastatiche permetterebbe di identificare e, di conseguenza trattare, quelle ad alto rischio di frattura. In questo studio, ho valutato il comportamento meccanico a rottura di vertebre umane affette da metastasi misurando in vitro il campo di deformazione. Undici provini, costituiti da due vertebre centrali, una metastatica e una sana, sono stati preparati e scansionati applicando carichi graduali di compressione in una micro-tomografia computerizzata (μCT). Le deformazioni principali sono state misurate attraverso un algoritmo globale di Digital Volume Correlation (DVC) e successivamente sono state analizzate. Lo studio ha rivelato che le vertebre con metastasi litiche raggiungono deformazioni maggiori delle vertebre sane. Invece, le metastasi miste non assicurano un comportamento univoco in quanto combinano gli effetti antagonisti delle lesioni litiche e blastiche. Dunque la valutazione è stata estesa a possibili correlazioni tra il campo di deformazione e la microstruttura della vertebra. L'analisi ha identificato le regioni in cui parte la frattura (a più alta deformazione), senza identificare, in termini microstrutturali, una zona preferenziale di rottura a priori. Infatti, alcune zone con un pattern trabecolare denso, presunte più rigide, hanno mostrato deformazioni maggiori di quelle dei tessuti sani, sottolineando l’importanza della valutazione della qualità del tessuto osseo. Questi risultati, generalizzati su un campione più ampio, potrebbero essere utilizzati per implementare nuovi criteri negli attuali sistemi di valutazione dell'instabilità spinale.

Fabrication of 2D and 3D microelectrode arrays for amperometric dopamine sensing: towards a metal free approach to bioelectronics

Dopamine is a neurotransmitter which has a role in several psychiatric and neurological disorders. In-vivo detection of its concentration at the microscopic scale would benefit the study of these conditions and help in the development of therapies. The ideal sensor would be biocompatible, able to probe concentrations in microscopic volumes and sensitive to the small physiological concentrations of this molecule (10 nM - 1 μM). The ease of oxidation of dopamine makes it possible to detect it by electrochemical methods. An additional requirement in this kind of experiments when run in water, though, is to have a large potential window inside which no redox reactions with water take place. A promising class of materials which are being explored is the one of pyrolyzed photoresists. Photoresists can be lithographically patterned with micrometric resolution and after pyrolysis leave a glassy carbon material which is conductive, biocompatible and has a large electrochemical water window. In this work I developed a fabrication procedure for microelectrode arrays with three dimensional electrodes, making the whole device using just a negative photoresist called SU8. Making 3D electrodes could be a way to enhance the sensitivity of the electrodes without occupying a bigger footprint on the device. I characterized the electrical, morphological, and electrochemical properties of these electrodes, in particular their sensitivity to dopamine. I also fabricated and tested a two dimensional device for comparison. The three dimensional devices fabricated showed inferior properties to their two dimensional counter parts. I found a possible explanation and suggested some ways in which the fabrication could be improved.