Computational modelling of human stem cell-derived cardiomyocytes - Texture descriptors for biological image processing

This thesis investigates two distinct research topics. The main topic (Part I) is the computational modelling of cardiomyocytes derived from human stem cells, both embryonic (hESC-CM) and induced-pluripotent (hiPSC-CM). The aim of this research line lies in developing models of the electrophysiology of hESC-CM and hiPSC-CM in order to integrate the available experimental data and getting in-silico models to be used for studying/making new hypotheses/planning experiments on aspects not fully understood yet, such as the maturation process, the functionality of the Ca2+ hangling or why the hESC-CM/hiPSC-CM action potentials (APs) show some differences with respect to APs from adult cardiomyocytes. Chapter I.1 introduces the main concepts about hESC-CMs/hiPSC-CMs, the cardiac AP, and computational modelling. Chapter I.2 presents the hESC-CM AP model, able to simulate the maturation process through two developmental stages, Early and Late, based on experimental and literature data. Chapter I.3 describes the hiPSC-CM AP model, able to simulate the ventricular-like and atrial-like phenotypes. This model was used to assess which currents are responsible for the differences between the ventricular-like AP and the adult ventricular AP. The secondary topic (Part II) consists in the study of texture descriptors for biological image processing. Chapter II.1 provides an overview on important texture descriptors such as Local Binary Pattern or Local Phase Quantization. Moreover the non-binary coding and the multi-threshold approach are here introduced. Chapter II.2 shows that the non-binary coding and the multi-threshold approach improve the classification performance of cellular/sub-cellular part images, taken from six datasets. Chapter II.3 describes the case study of the classification of indirect immunofluorescence images of HEp2 cells, used for the antinuclear antibody clinical test. Finally the general conclusions are reported.

Valutazione del rilascio ionico in pazienti portatori di protesi di rivestimento d'anca BHR: confronto a lungo termine con artroplastica totale d'anca metallo-metallo

Lo scopo di questo studio è stato quello di determinare se a lungo termine le concentrazioni sieriche di ioni nei pazienti con protesi di rivestimento d’anca metallo-metallo (MOM-HR, metal-on-metal hip resurfacing) fossero differenti da quelle valutate nei pazienti con protesi totale d’anca metallo-metallo e testa del diametro di 28 mm (MOM-THA, metal-on-metal total hip arthroplasty); inoltre è stato valutato se le concentrazioni ioniche fossero al di sopra dei valori di riferimento e se fosse possibile stabilire l’esistenza di una relazione tra sesso e concentrazioni di ioni con riferimento al tipo di impianto. Il gruppo MOM-HR era costituito da 25 pazienti mentre il gruppo MOM-THA era di 16 pazienti. Per poter ricavare i valori di riferimento sono stati reclutati 48 donatori sani. La misurazione delle concentrazioni degli ioni cobalto (Co), cromo (Cr), nickel (Ni) e molibdeno (Mo) è stata effettuata utilizzando la spettrofotometria ad assorbimento atomico su fornace di grafite. A parte il Ni, le concentrazioni di ioni nei pazienti con MOM-HR erano più elevate rispetto ai controlli. Il rilascio di ioni Cr e Co nei pazienti con MOM-HR è risultato superiore rispetto ai soggetti con MOM-THA. Da un’analisi basata sul sesso, è emerso che nelle femmine con MOM-HR i livelli di ioni Cr e Co sono risultati significativamente aumentati rispetto alle femmine con MOM-THA. Indipendentemente dal tipo di impianto, gli accoppiamenti metallo-metallo (MOM) producono concentrazioni di ioni metallici significativamente più alte a follow-up a lungo termine rispetto a quelle osservate nei soggetti sani. Un fattore che deve essere attentamente considerato nella scelta dell’impianto, e in particolar modo nei soggetti giovani, è il cospicuo rilascio di ioni Cr e Co nella popolazione femminile con MOM-HR.

Caratterizzazione di leghe di alluminio da fonderia per impieghi motoristici

L'alluminio e le sue leghe sono fra i materiali più importanti nell’ambito dell'ingegneria meccanica e trovano spazio in tutti i principali settori dell’industria aerospaziale e motoristica. La loro versatilità è legata principalmente all’elevata resistenza specifica indotta dal trattamento termico, all’ottima resistenza alla corrosione e all’elevata conducibilità elettrica e termica. Purtroppo l’effetto di rinforzo indotto del trattamento termico viene ad essere compromesso nel caso di applicazioni delle leghe a temperature superiori ai 200°C. Negli ultimi anni, al fine di aumentare l’efficienza e la potenza dei motori endotermici, le temperature a cui questi sono sottoposti si sono innalzate. Per tale ragione si stanno sviluppando e studiando leghe che, attraverso l’aggiunta di opportuni elementi, possano mantenere alte proprietà meccaniche anche a temperature superiori ai 200°C. L’obiettivo della presente ricerca è valutare l’influenza della microstruttura sulle proprietà meccaniche in temperatura di due leghe di alluminio per applicazioni in fonderia, C355 e A354, aventi come elementi principali di lega Si, Cu e Mg.

Ninja typing: Typing game su piattaforma android

NinjaTyping è un cosiddetto "Typing Game", sviluppato per terminali Android. L'utente deve scrivere il testo visualizzato su schermo, nel minor tempo e con la minor incidenza possibile d'errore. I punteggi effettuati dagli utenti, possono essere condivisi su Facebook oltre che su un apposito server dedicato, atto a gestire i migliori punteggi. Inoltre è prevista anche una modalità online in cui gli utenti possono sfidarsi in partite a turni. Anche questa feature è gestita tramite il server dedicato.

Strumento per la diagnosi di carcinoma bcc basato su spettroscopia di impedenza

Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di sviluppare uno strumento di aiuto alla diagnosi tumorale basato sull’analisi dell’impedenza a diverse frequenze. L’impedenza di un tessuto è intesa come l’opposizione che esso offre nell’essere attraversato da un’eccitazione in corrente o in tensione, pertanto lo strumento prevede l’applicazione di una tensione mediante elettrodi e la conseguente lettura della corrente. Da un’analisi delle tecniche utilizzate per individuare l’impedenza si è scelta un’eccitazione sinusoidale e si è quindi progettata una catena analogica di acquisizione del segnale. Si è utilizzato un microcontrollore per l’elaborazione dei dati e per inserire sistemi di controllo nel circuito . Sono stati realizzati inoltre elettrodi ad hoc per lo strumento al fine di soddisfare esigenze di dimensioni e di adattamento al progetto circuitale. Per validare il dispositivo sono state realizzate prove in laboratorio al fine di ricercare l’accuratezza delle misure, inoltre sono previsti dei test sperimentali su pazienti a breve .

La misura di Monge-Ampère

In questo documento si costruisce la misura di Monge-Ampère partendo da una funzione continua convessa u a n variabili a valori reali. Si studiano le proprietà fondamentali di questa misura. Si enuncia la definizione di soluzioni generalizzate e soluzioni di viscosità dell'equazione di Monge-Ampère e si mostrano alcuni risultati importanti riguardo queste soluzioni. Utilizzando la nozione di misura di Monge-Ampère si dimostra il principio di massimo di Aleksandrov-Bakelman-Pucci.

Vortici in He II superfluido

Studio delle principali proprietà dei fluidi e dei vortici classici. Teorie sui gas di Bose ideali e debolmente interagenti. Proprietà dell'He II. La superfluidità. Cenni alla teoria di Landau e soluzione vorticosa della GPE. Fenomenologia dei vortici quantizzati e quantizzazione della circolazione.

Monospecific high-affinity and complement activating anti-GM1 antibodies are determinants in experimental axonal neuropathy

It has been difficult to replicate consistently the experimental model of axonal Guillain-Barré syndrome (GBS). We immunized rabbits with two lipo-oligosaccharides (LOS1 and LOS2) derived from the same C. jejuni strain and purified in a slightly different way. LOS1 did not contain proteins whereas several proteins were present in LOS2. In spite of a robust anti-GM1 antibody response in all animals the neuropathy developed only in rabbits immunized with LOS1. To explain this discrepancy we investigated fine specificity, affinity and ability to activate the complement of anti-GM1 antibodies. Only rabbits immunized with LOS1 showed monospecific high-affinity antibodies which activated more effectively the complement. Although it is not well understood how monospecific high-affinity antibodies are induced these are crucial for the induction of experimental axonal neuropathy. Only a strict adherence to the protocols demonstrated to be successful may guarantee the reproducibility and increase the confidence in the animal model as a reliable tool for the study of the human axonal GBS.

Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy

In 2008 we published the first set of guidelines for standardizing research in autophagy. Since then, research on this topic has continued to accelerate, and many new scientists have entered the field. Our knowledge base and relevant new technologies have also been expanding. Accordingly, it is important to update these guidelines for monitoring autophagy in different organisms. Various reviews have described the range of assays that have been used for this purpose. Nevertheless, there continues to be confusion regarding acceptable methods to measure autophagy, especially in multicellular eukaryotes. A key point that needs to be emphasized is that there is a difference between measurements that monitor the numbers or volume of autophagic elements (e.g., autophagosomes or autolysosomes) at any stage of the autophagic process vs. those that measure flux through the autophagy pathway (i.e., the complete process); thus, a block in macroautophagy that results in autophagosome accumulation needs to be differentiated from stimuli that result in increased autophagic activity, defined as increased autophagy induction coupled with increased delivery to, and degradation within, lysosomes (in most higher eukaryotes and some protists such as Dictyostelium) or the vacuole (in plants and fungi). In other words, it is especially important that investigators new to the field understand that the appearance of more autophagosomes does not necessarily equate with more autophagy. In fact, in many cases, autophagosomes accumulate because of a block in trafficking to lysosomes without a concomitant change in autophagosome biogenesis, whereas an increase in autolysosomes may reflect a reduction in degradative activity. Here, we present a set of guidelines for the selection and interpretation of methods for use by investigators who aim to examine macroautophagy and related processes, as well as for reviewers who need to provide realistic and reasonable critiques of papers that are focused on these processes. These guidelines are not meant to be a formulaic set of rules, because the appropriate assays depend in part on the question being asked and the system being used. In addition, we emphasize that no individual assay is guaranteed to be the most appropriate one in every situation, and we strongly recommend the use of multiple assays to monitor autophagy. In these guidelines, we consider these various methods of assessing autophagy and what information can, or cannot, be obtained from them. Finally, by discussing the merits and limits of particular autophagy assays, we hope to encourage technical innovation in the field.

Neuronal differentiation of human mesenchymal stem cells: changes in the expression of the Alzheimer's disease-related gene seladin-1

Seladin-1 (SELective Alzheimer's Disease INdicator-1) is an anti-apoptotic gene, which is down-regulated in brain regions affected by Alzheimer's disease (AD). In addition, seladin-1 catalyzes the conversion of desmosterol into cholesterol. Disruption of cholesterol homeostasis in neurons may increase cell susceptibility to toxic agents. Because the hippocampus and the subventricular zone, which are affected in AD, are the unique regions containing stem cells with neurogenic potential in the adult brain, it might be hypothesized that this multipotent cell compartment is the predominant source of seladin-1 in normal brain. In the present study, we isolated and characterized human mesenchymal stem cells (hMSC) as a model of cells with the ability to differentiate into neurons. hMSC were then differentiated toward a neuronal phenotype (hMSC-n). These cells were thoroughly characterized and proved to be neurons, as assessed by molecular and electrophysiological evaluation. Seladin-1 expression was determined and found to be significantly reduced in hMSC-n compared to undifferentiated cells. Accordingly, the total content of cholesterol was decreased after differentiation. These original results demonstrate for the first time that seladin-1 is abundantly expressed by stem cells and appear to suggest that reduced expression in AD might be due to an altered pool of multipotent cells.

Human immunodeficiency virus type 1 and influenza virus exit via different membrane microdomains

Directed release of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) into the cleft of the virological synapse that can form between infected and uninfected T cells, for example, in lymph nodes, is thought to contribute to the systemic spread of this virus. In contrast, influenza virus, which causes local infections, is shed into the airways of the respiratory tract from free surfaces of epithelial cells. We now demonstrate that such differential release of HIV-1 and influenza virus is paralleled, at the subcellular level, by viral assembly at different microsegments of the plasma membrane of HeLa cells. HIV-1, but not influenza virus, buds through microdomains containing the tetraspanins CD9 and CD63. Consequently, the anti-CD9 antibody K41, which redistributes its antigen and also other tetraspanins to cell-cell adhesion sites, interferes with HIV-1 but not with influenza virus release. Altogether, these data strongly suggest that the bimodal egress of these two pathogenic viruses, like their entry into target cells, is guided by specific sets of host cell proteins.

Bassano – Venedig – Rom: "Il dolce intaglio di Volpato"

L'incisore Giovanni Volpato (1735 ca.-1803), allievo di Francesco Bartolozzi a Venezia e trasferitosi nel 1770 a Roma era un incisore che serviva due campi tra di loro molto diversi – da una parte era un'abile e fertile incisore di un genere di stampe che attingeva al genere popolare e al paesaggio di gusto veneziano ma la sua attività maggiormente notata si riferiva al repertorio classico di tradizione romano – riproducendo le opere di Raffaello, Michelangelo, degli Carracci e della loro scuola. La maggior fama del Volpato deriva soprattutto dalle 46 tavole che trasse dalle Logge di Raffaello pubblicate tra 1776 e 1777 delle quali esistono anche esemplari colorati a mano e che hanno profondamente influenzato il gusto della decorazione degli interni in tutta l'Europa oltre il 1800. Alessandro Verri nel 1776 scrisse a suo fratello Pietro a proposito di questa pubblicazione: "Dopo che si sono stampate in Roma le Loggie del Vaticano tutto ha cambiato di gusto. Le carrozze, i muri, gli intagli, le argenterie hanno preso gli ornamenti di quel fonte perenne di ogni varietà." La collaborazione con Gavin Hamilton per la Scholae Italia Picturae e le riproduzioni della Galleria Farnese e della Cappella Sistina come anche del Museo Pio Clementino e delle statue antiche in un repertorio per artisti rivelano il suo interesse per la formazione artistica. In un certo senso si può dire che Volpato era la contropparte di Piranesi e che ambedue effettuavano una precisa e ben meditata divisione dei compiti e di generi e interessi che comunque era al servizio del pubblico turistico che in numero crescente prendeva Roma come meta di viaggi e d'istruzione culturale e si serviva delle incisioni di facile portata di mano. L'importanza delle incisioni come merce di facile trasporto e diffusione è stata per la prima volta riconosciuta da Luigi Lanzi quando definì il Settecento "secolo di rame".

Polysomnographic record and successful management of augmentation in restless legs syndrome/Willis-Ekbom disease

BACKGROUND: Dopamine agonists (DAs) represent the first-line treatment in restless legs syndrome (RLS); however, in the long term, a substantial proportion of patients will develop augmentation, which is a severe drug-related exacerbation of symptoms and the main reason for late DA withdrawal. Polysomnographic features and mechanisms underlining augmentation are unknown. No practice guidelines for management of augmentation are available. METHODS: A clinical case series of 24 consecutive outpatients affected by RLS with clinically significant augmentation during treatment with immediate-release DA was performed. All patients underwent a full-night polysomnographic recording during augmentation. A switchover from immediate-release DAs (l-dopa, pramipexole, ropinirole, rotigotine) to the long-acting, extended-release formula of pramipexole was performed. RESULTS: Fifty percent of patients presented more than 15 periodic limb movements per hour of sleep during augmentation, showing longer sleep latency and shorter total sleep time than subjects without periodic limb movements. In all patients, resolution of augmentation was observed within two to four weeks during which immediate-release dopamine agonists could be completely withdrawn. Treatment efficacy of extended-release pramipexole has persisted, thus far, over a mean follow-up interval of 13 months. CONCLUSIONS: Pramipexole extended release could be an easy, safe, and fast pharmacological option to treat augmentation in patients with restless legs syndrome. As such it warrants further prospective and controlled investigations. This observation supports the hypothesis that the duration of action of the drug plays a key role in the mechanism of augmentation.