Analisi e utilizzo di tecniche di stimolazione epidurale per il ripristino dell’attività locomotoria in soggetti con lesioni spinali

La lesione del midollo spinale (LM) è una complessa condizione fisica che racchiude in sé sfide di carattere biomedico nonché etico-giuridico. La complessità della LM nonché la diversificazione delle esperienze dei singoli soggetti affetti da LM rendono questo un topic di grande interesse per la ricerca biomedicale, in relazione a nuovi metodi di cura e di riabilitazione dei soggetti. In particolare, la sinergia tra i saperi medico, informatici e ingegneristici ha permesso di sviluppare nuove tecnologie di comunicazione e di controllo neurologico e motorio che, capaci di sopperire a deficit cerebrali e/o motori causati da LM, consentono ai pazienti di avere una qualità di vita sensibilmente migliore, anche in termini di autonomia. Tra queste nuove tecnologie assistive primeggiano per efficacia e frequenza di utilizzo le Brain Computer Interfaces (BCI), strumenti ingegneristici che, attraverso la misurazione e l’analisi di segnali provenienti dall’attività cerebrale, traducono il segnale registrato in specifici comandi, rappresentando per l’utente con LM un canale di comunicazione con l’ambiente esterno, alternativo alle normali vie neurali. In questo elaborato l’analisi di due sperimentazioni, una su scimmia l’altra su uomo, entrambi affetti da LM, con differenti sistemi di monitoraggio dell’attività neurale, ha permesso di evidenziare un limite della ricerca sul topic: nonostante i promettenti risultati ottenuti su primati non umani, il carattere invasivo del sistema BCI–EES rende difficile traslare la sperimentazione su uomo. La sperimentazione su LM pone delle sfide anche dal punto di vista etico: sebbene siano auspicati lo sviluppo e l’applicazione di metodi alternativi alla sperimentazione animale, l’impiego di primati non umani appare ancora una scelta obbligata nel campo della ricerca di soluzioni terapeutiche finalizzate al ripristino della funzione locomotoria, per via della stretta affinità in termini di conformazione fisica, genetica e anatomica.

Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei

Nel mio elaborato di tesi dal titolo “Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei” tratto la fisiologia del tessuto osseo, le cellule che lo compongono, i danni che esso può subire e il processo di riparazione spontaneo che si attua in caso di lesioni. Analizzo quindi differenti tipologie di frattura e le terapie chirurgiche e non-chirurgiche attualmente disponibili, con un occhio di riguardo nei confronti dell’ingegneria dei tessuti - che intende riparare il tessuto danneggiato mediante l’impianto di costrutti bioibridi costituiti da cellule a bordo di scaffold realizzati con biomateriali adeguati. In quest’ottica presento quindi un lavoro di ricerca pubblicato recentemente da Yuwono et al., nel quale viene presentato uno scaffold composito elettrofilato, caratterizzato da nanofibre polimeriche e caricato con particelle di idrossiapatite, che viene proposto come un eccellente candidato all’utilizzo in terapia.

Dispositivi impiantabili per il pacing cardiaco: dai dispositivi elettronici al Biopacemaker

Nel seguente elaborato viene trattata la tematica del pacemaker, vista in prima battuta come funzione di autogenerazione elettrica da parte del cuore, con la descrizione dei fenomeni fisiologici alla base di questo fenomeno. Poi successivamente viene data una panoramica sugli studi che hanno portato alla realizzazione dei primi prototipi o dispositivi elettronici utili a sopperire a mancanze o a disturbi legati al sistema di conduzione. In particolare, si evidenzia come la sede dello stimolo, ovvero il nodo senoatriale, sia stata in modo efficiente sostituito da apparecchi biocompatibili e facilmente impiantabili, poiché di piccole dimensioni. Tuttavia, a causa, ad esempio, di alcuni limiti imposti dal consumo di potenza o dal degradarsi della batteria, ci si è chiesti se si potessero trovare delle alternative, altresì utili, per il ripristino dell’attività cardiaca. Per queste ragioni, come suggerito dal titolo, la trattazione di questo elaborato va ad incentrarsi su un ambito diverso ma complementare, quello biologico; in particolare, vengono messi in luce i principali approcci che si sono susseguiti nel corso dei decenni nello studio e nella ricerca per il ripristino dell’autostimolazione del battito, come alternative o compartecipazione, all’impianto di dispositivi elettronici. Viene messo il focus sul concetto di Biopacemaker, il quale riassume la commistione che c’è stata e che tuttora si cerca di fortificare tra l’ambito elettronico e quello legato alla biologia, alla genetica ed all’ingegneria tissutale.

Una tecnica innovativa per il trattamento della fibrillazione atriale: ablazione non termica mediante elettroporazione

Attualmente, tutte le procedure di ablazione cardiaca per il trattamento delle aritmie si basano sull’uso di radiofrequenza e di cateteri per crioablazione. Nonostante l’evoluzione e i miglioramenti significativi nel design e nelle forme di erogazione dell’energia, sono state riscontrate svariate limitazioni, in particolar modo per quanto riguarda i danni termici collaterali ai tessuti vicini alla zona bersaglio. La terapia di ablazione a campo elettrico pulsato (PFA) rappresenta un approccio rivoluzionario per il trattamento di aritmie cardiache, specialmente per la fibrillazione atriale. Questa tecnica utilizza come fonte di energia l’elettroporazione, sistema in grado di creare un danno a livello della membrana cellulare, con una conseguente inattivazione delle cellule responsabili dell’aritmia. Grazie alla sua natura non termica e altamente specializzata per il tessuto miocardico, questa energia ha il grande vantaggio di essere più sicura ed efficiente rispetto ai convenzionali approcci di radiofrequenza e crioablazione, aprendo dunque una strada alternativa per il trattamento dei disturbi cardiaci.

Le tecniche di irradiazione corporea totale per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta

La radioterapia è una terapia medica molto utilizzata in campo oncologico. I diversi tipi di radiazione e di tecniche permettono di trattare, con diversi fini, una vasta gamma di neoplasie. Secondo i dati dell’AIRO, l’Associazione Italiana di Radioterapia e Oncologia clinica, nel 2020 sono stati trattati con la radioterapia circa 100mila pazienti in Italia, che conta 183 centri di radioterapia tra pubblici e privati, cioè circa 3 centri per milione di abitanti. La Società Europea di Radioterapia Oncologica, basandosi sullo studio ESTRO-HERO del 2014, suggerisce come parametro di confronto a livello nazionale o internazionale il numero di apparecchiature di radioterapia per milione di abitanti, e le Direttive Europee ne raccomandano un valore minimo di 7 unità. In questo elaborato, espongo l’evoluzione della radioterapia tramite la presentazione delle sue diverse tipologie, per poi concentrarmi sulla irradiazione corporea totale (Total Body Irradiation – TBI) nel caso studio della leucemia linfoblastica acuta (LLA). Il Capitolo 1 introduce la radioterapia e la sua principale suddivisione in esterna e interna, con i relativi sottogruppi. Viene poi spiegato come si valuta il volume bersaglio e vengono presentati il personale e le fasi del trattamento. Il Capitolo 2 introduce alla leucemia e alla LLA. Viene poi spiegato il trattamento di trapianto e quello di condizionamento. Infine, espongo la tecnica della TBI, le sue prestazioni ed i suoi limiti. Nelle conclusioni e future direzioni, valuto il problema della tossicità ed espongo le principali evoluzioni nell’uso della TBI.

chemioterapia automatizzata: sistemi di controllo in retroazione per la crescita tumorale secondo il modello a derivate frazionarie

L’immunoterapia è una delle tecniche più all’avanguardia per la lotta contro il cancro e si basa sull’aumento delle prestazioni del sistema immunitario attraverso anticorpi monoclonali (ovvero farmaci immunoterapici). Grazie a questi, la terapia garantisce l’inibizione dei checkpoint immunologici, che permettono alle cellule del sistema immunitario di riconoscere la presenza del tumore e aggredirlo fino a eradicarlo. La tesi propone una soluzione frazionaria al problema della crescita tumorale, basandosi su un modello di Kuznetsov esteso dove viene presa in considerazione anche il parametro di concentrazione di Interleuchina-2. Tramite un’analisi di stabilità del modello proposto è possibile arrivare a un valore di sigma, ovvero il rateo di cellule effettrici, per il quale il sistema delle cellule tumorali viene completamente eradicato. Una volta trovata la condizione di stabilità e calcolato il valore di alpha (ordine della derivata frazionaria) che approssima al meglio la crescita tumorale nel caso reale, viene proposto un sistema di controllo automatico in retroazione basato sul numero di cellule effettrici per automatizzare il processo immunoterapico.

Il contributo della risonanza magnetica funzionale per la valutazione diagnostica e prognostica della sclerosi multipla

La Sclerosi Multipla (SM) è una malattia neurodegenerativa che colpisce la mielina che riveste i neuroni, indebolendo così la trasmissione del segnale. I sintomi più comuni sono intorpidimento della sensazione tattile e difficoltà motoria, accompagnato da stanchezza e altri sintomi. Per la diagnosi della malattia si utilizza la Risonanza Magnetica (RM) per visualizzare la presenza delle lesioni e la Risonanza Magnetica Funzionale (fRM) per valutare il grado di attivazione delle aree cerebrali. In ambito medico l’utilizzo della RM, in supporto alle altre tecniche di analisi, ha permesso di migliorare e velocizzare la diagnosi e la prognosi della SM. Procedendo all’acquisizione di immagini RM è possibile notare la presenza delle lesioni e controllarne l’evoluzione. Infatti, a seguito della scoperta di lesioni, in base alla gravità e alla tipologia di lesione formatasi, è possibile stabilire il trattamento farmacologico da seguire. In particolare, per il caso dell’atrofia cerebrale la RM ha consentito di visualizzare le aree cerebrali affette e valutare la variabilità dei risultati del confronto tra carico lesionale e atrofia per le prestazioni cognitive. La fRM ha inoltre permesso di poter valutare i cambiamenti dei flussi ematici cerebrali e di visualizzare quindi le zone più o meno colpite dalla patologia. Questa tecnica di imaging funzionale è in grado di valutare le aree cerebrali preservate e promuovere un trattamento mirato per le aree affette. Studiando i flussi ematici si possono ricavare delle mappe spaziali che permettono di visualizzare nell’insieme la malattia. Per lo studio dell’affaticamento è stata utile la fRM poiché ha permesso di rilevare le aree che si sono attivate durante l’esecuzione del task motorio. A seguito di questi esami si è concluso che in presenza di SM si attivano aree cerebrali che in condizioni normali non si attiverebbero, comportando così un affaticamento del soggetto.

Il segnale EEG in un compito di ’center-out reaching’: analisi e decodifica a livello di scalpo e di corteccia

Nellâ analisi del segnale EEG, sono di particolare interesse i potenziali evento correlato (ERP), che descrivono la risposta cerebrale in seguito alla presentazione di stimoli o eventi esterni o interni. Questi potenziali non sono immediatamente visibili sul tracciato EEG grezzo, ed è necessario, oltre ad unâ��accurata fase di preprocessing, mediare (averaging) i segnali di molti trial ripetuti per visualizzare tali risposte nel tempo. Questo studio ha posto l' attenzione sugli ERP visuomotori generati in un compito di center-out reaching, che prevede il raggiungimento di uno tra cinque target, ognuno associato ad un LED, mediante il braccio dominante, con una tempistica scandita dalla presentazione di due stimoli visivi: lo stimolo preparatorio ¸ (che indica il target) e lo stimolo imperativo (che dà il via libera al movimento). I segnali ERP, ottenuti mediante la tecnica dellâ averaging, sono stati analizzati sia a livello di scalpo, considerando i segnali di elettrodo, sia a livello di corteccia, dopo risoluzione del problema inverso, e considerando rappresentazioni prima a livello di singoli dipoli corticali e quindi di intere regioni corticali (ROI). Inoltre, è stata applicato un metodo di deep learning (rete neurale convoluzionale) per decodificare il segnale EEG a livello di singolo trial, ovvero classificare il target coinvolto nello specifico trial. La decodifica è stata applicata sia ai segnali di scalpo sia ai segnali delle ROI corticali. Complessivamente i risultati mostrano ERP ben visibili a livello di scalpo e legati sia a processing visivo che motorio. Gli ERP a livello di ROI corticali sono più rumorosi e sembrano cogliere meno processing motorio rispetto al visivo, presumibilmente anche in conseguenza di alcune scelte metodologiche nella ricostruzione di segnali di ROI. In linea con questo, le performance di decodifica sono migliori a livello di scalpo che di ROI corticali.

Introduzione ai problemi di minimo attraverso il laboratorio delle bolle di sapone

La tesi riguarda la descrizione di un percorso didattico, dalla sua fase di progettazione, alla sua fase di realizzazione, fino alla descrizione degli effetti osservati nel gruppo classe in cui tale percorso didattico è stato svolto. In particolare, tale percorso ha come obiettivo generale quello di introdurre all’esistenza dei problemi di minimo attraverso un laboratorio matematico che sfrutti le bolle di sapone, e l’acqua saponata in generale, per mostrare esempi di fenomeni di minimo. L’obiettivo è quello di mostrare le dinamiche che sono avvenute durante la realizzazione del percorso didattico dato il contesto specifico in cui tale percorso è stato svolto. Si conclude affermando che questo percorso didattico sia riuscito nel suo intento di motivare e interessare gli studenti della classe all’argomento. Inoltre, gli studenti più interessati hanno avuto modo di approfondire molto l’argomento, mentre gli altri studenti, nonostante si siano fermati ad una comprensione molto più generale e approssimativa, hanno avuto modo di sviluppare e mettere in pratica quelle che sono le loro inclinazioni personali, pur non aventi queste a che fare con la matematica o la fisica.

Elevated Cetp Activity During Acute Phase Of Myocardial Infarction Is Independently Associated With Endothelial Dysfunction And Adverse Clinical Outcome.

Recent data suggests that cholesteryl ester transfer protein (CETP) activity may interact with acute stress conditions via inflammatory-oxidative response and thrombogenesis. We investigated this assumption in patients with ST-elevation myocardial infarction (STEMI). Consecutive patients with STEMI (n = 116) were enrolled <24-h of symptoms onset and were followed for 180 days. Plasma levels of C-reactive protein (CRP), interleukin-2 (IL-2), tumor necrosis factor (TNFα), 8-isoprostane, nitric oxide (NOx) and CETP activity were measured at enrollment (D1) and at fifth day (D5). Flow-mediated dilation (FMD) was assessed by ultrasound and coronary thrombus burden (CTB) was evaluated by angiography. Neither baseline nor the change of CETP activity from D1 to D5 was associated with CRP, IL-2, TNFα, 8-isoprostane levels or CTB. The rise in NOx from D1 to D5 was inferior [3.5(-1; 10) vs. 5.5(-1; 12); p < 0.001] and FMD was lower [5.9(5.5) vs. 9.6(6.6); p = 0.047] in patients with baseline CETP activity above the median value than in their counterparts. Oxidized HDL was measured by thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) in isolated HDL particles and increased from D1 to D5, and remaining elevated at D30. The change in TBARS content in HDL was associated with CETP activity (r = 0.72; p = 0.014) and FMD (r = -0.61; p = 0.046). High CETP activity at admission was associated with the incidence of sudden death and recurrent MI at 30 days (OR 12.8; 95% CI 1.25-132; p = 0.032) and 180 days (OR 3.3; 95% CI 1.03-10.7; p = 0.044). An enhanced CETP activity during acute phase of STEMI is independently associated with endothelial dysfunction and adverse clinical outcome.

Exercise Increases Pancreatic β-cell Viability In A Model Of Type 1 Diabetes Through Il-6 Signaling.

Type 1 diabetes (T1D) is provoked by an autoimmune assault against pancreatic β cells. Exercise training enhances β-cell mass in T1D. Here, we investigated how exercise signals β cells in T1D condition. For this, we used several approaches. Wild-type and IL-6 knockout (KO) C57BL/6 mice were exercised. Afterward, islets from control and trained mice were exposed to inflammatory cytokines (IL-1β plus IFN-γ). Islets from control mice and β-cell lines (INS-1E and MIN6) were incubated with serum from control or trained mice or medium obtained from 5-aminoimidazole-4 carboxamide1-β-d-ribofuranoside (AICAR)-treated C2C12 skeletal muscle cells. Subsequently, islets and β cells were exposed to IL-1β plus IFN-γ. Proteins were assessed by immunoblotting, apoptosis was determined by DNA-binding dye propidium iodide fluorescence, and NO(•) was estimated by nitrite. Exercise reduced 25, 75, and 50% of the IL-1β plus IFN-γ-induced iNOS, nitrite, and cleaved caspase-3 content, respectively, in pancreatic islets. Serum from trained mice and medium from AICAR-treated C2C12 cells reduced β-cell death, induced by IL-1β plus IFN-γ treatment, in 15 and 38%, respectively. This effect was lost in samples treated with IL-6 inhibitor or with serum from exercised IL-6 KO mice. In conclusion, muscle contraction signals β-cell survival in T1D through IL-6.-Paula, F. M. M., Leite, N. C., Vanzela, E. C., Kurauti, M. A., Freitas-Dias, R., Carneiro, E. M., Boschero, A. C., and Zoppi, C. C. Exercise increases pancreatic β-cell viability in a model of type 1 diabetes through IL-6 signaling.

Increased Arterial Stiffness In Resistant Hypertension Is Associated With Inflammatory Biomarkers.

Increased levels of inflammatory biomarkers such as interleukin-6 (IL-6), 10 (IL-10), 1β (IL-1β), tumor necrosis factor-α (TNF-α) high-sensitivity C-reactive protein (hs-CRP) are associated with arterial stiffness in hypertension. Indeed, resistant hypertension (RHTN) leads to unfavorable prognosis attributed to poor blood pressure (BP) control and target organ damage. This study evaluated the potential impact of inflammatory biomarkers on arterial stiffness in RHTN. In this cross-sectional study, 32 RHTN, 20 mild hypertensive (HTN) and 20 normotensive (NT) patients were subjected to office BP and arterial stiffness measurements assessed by pulse wave velocity (PWV). Inflammatory biomarkers were measured in plasma samples. PWV was increased in RHTN compared with HTN and NT (p < 0.05). TNF-α levels were significantly higher in RHTN and HTN than NT patients. No differences in IL-6 levels were observed. RHTN patients had a higher frequency of subjects with increased levels of IL-10 and IL-1β compared with HTN and NT patients. Finally, IL-1β was independently associated with PWV (p < 0.001; R(2) = 0.5; β = 0.077). RHTN subjects have higher levels of inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β and IL-10) as well as increased arterial stiffness, and detectable IL-1β levels are associated arterial stiffness. These findings suggest that inflammation plays a possible role in the pathophysiology of RHTN.

Muscle Hyperalgesia Induced By Peripheral P2x3 Receptors Is Modulated By Inflammatory Mediators.

ATP, via activation of P2X3 receptors, has been highlighted as a key target in inflammatory hyperalgesia. Therefore, the aim of this study was to confirm whether the activation of P2X3 receptors in the gastrocnemius muscle of rats induces mechanical muscle hyperalgesia and, if so, to analyze the involvement of the classical inflammatory mediators (bradykinin, prostaglandins, sympathetic amines, pro-inflammatory cytokines and neutrophil migration) in this response. Intramuscular administration of the non-selective P2X3 receptor agonist α,β-meATP in the gastrocnemius muscle of rats induced mechanical muscle hyperalgesia, which, in turn, was prevented by the selective P2X3 and P2X2/3 receptors antagonist A-317491, the selective bradykinin B1-receptor antagonist Des-Arg9-[Leu8]-BK (DALBK), the cyclooxygenase inhibitor indomethacin, the β1- or β2-adrenoceptor antagonist atenolol and ICI 118,551, respectively. Also, the nonspecific selectin inhibitor fucoidan. α,β-meATP induced increases in the local concentration of the pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin 1β (IL-1β), which were reduced by bradykinin antagonist. Finally, α,β-meATP also induced neutrophil migration. Together, these findings suggest that α,β-meATP induced mechanical hyperalgesia in the gastrocnemius muscle of rats via activation of peripheral P2X3 receptors, which involves bradykinin, prostaglandins, sympathetic amines, pro-inflammatory cytokines release and neutrophil migration. It is also indicated that bradykinin is the key modulator of the mechanical muscle hyperalgesia induced by P2X3 receptors. Therefore, we suggest that P2X3 receptors are important targets to control muscle inflammatory pain.

Treinamento concorrente : efeito sobre marcadores inflamatórios sistêmicos e indicadores funcionais em homens de meia idade

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Efeito de 24 semanas de treinamento com pesos sobre a composição corporal e indicadores de força muscular

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física