Alterazioni strutturali e funzionali nelle diverse eziologie di amiloidosi cardiaca: analisi dei parametri ecocardiografici ed emodinamici invasivi e loro ruolo prognostico

Background e scopo: Tradizionalmente la cardiomiopatia amiloidotica (CA) è stata considerata una cardiomiopatia restrittiva, ma studi recenti hanno evidenziato il ruolo anche della disfuzione sistolica nella sua fisiopatologia. In questo contesto recente, raramente è stato indagato il profilo emodinamico invasivo. Lo scopo dello studio è stato quello di caratterizzare il profilo emodinamico, strutturale e funzionale della CA nelle tre principali eziologie (amiloidosi da catene leggere (AL), amiloidosi transtiretino-relata (ATTR) mutata (ATTRm) e ‘wild-type’ (ATTRwt)), valutare le differenze del profilo ecocardiografico ed emodinamico nelle fasi diverse di malattia ed esplorare il ruolo prognostico delle principali variabili cliniche e strumentali nella CA. Metodi e risultati: Abbiamo analizzato retrospettivamente i dati di 224 pazienti con CA (AL, n=93; ATTRm, n=66; ATTRwt, n=65). Rispetto all'ATTRwt, i pazienti con AL presentano un minor interessamento morfologico cardiaco, ma dati emodinamici paragonabili, caratterizzati da elevate pressioni di riempimento biventricolari e riduzione della gittata sistolica. L’ATTRm, nonostante il profilo ecocardiografico analogo all’ATTRwt, mostra un quadro emodinamico migliore. Gli indici di funzione diastolica e sistolica longitudinale del ventricolo sinistro (Vsn) sono alterati fin dagli stadi iniziali della malattia, mentre la frazione di eiezione (FEVsn) rimane preservata nella maggior parte dei pazienti, anche nelle fasi avanzate (FEVsn 50 [37-60]%; FEVsn <40% nel 28% dei pazienti NYHA III / IV). All'analisi multivariata, età, NYHA III/I, eziologia AL, frazione di contrazione miocardica (MCF), indice cardiaco (CI) e pressione atriale destra (RAP) sono indipendentemente associati a eventi clinici avversi. Conclusioni Questo studio conferma la complessa fisiopatologia della CA, in cui la disfunzione diastolica è accompagnata da una funzione sistolica longitudinale anormale sin dalle fasi iniziali della malattia. L'AL e l'ATTRwt, nonostante diversi gradi di alterazioni morfologiche, hanno un profilo emodinamico simile; l'ATTRm, invece, presenta un quadro emodinamico migliore. Tra i parametri strumentali, MCF, CI e RAP emergono come predittori significativi di eventi avversi.

Employment of Real-Time/FPGA Architectures for Test and Control of Automotive Engines

Nowadays the production of increasingly complex and electrified vehicles requires the implementation of new control and monitoring systems. This reason, together with the tendency of moving rapidly from the test bench to the vehicle, leads to a landscape that requires the development of embedded hardware and software to face the application effectively and efficiently. The development of application-based software on real-time/FPGA hardware could be a good answer for these challenges: FPGA grants parallel low-level and high-speed calculation/timing, while the Real-Time processor can handle high-level calculation layers, logging and communication functions with determinism. Thanks to the software flexibility and small dimensions, these architectures can find a perfect collocation as engine RCP (Rapid Control Prototyping) units and as smart data logger/analyser, both for test bench and on vehicle application. Efforts have been done for building a base architecture with common functionalities capable of easily hosting application-specific control code. Several case studies originating in this scenario will be shown; dedicated solutions for protype applications have been developed exploiting a real-time/FPGA architecture as ECU (Engine Control Unit) and custom RCP functionalities, such as water injection and testing hydraulic brake control.

Analysis of the main phenomena affecting solid rocket motors internal ballistics

In solid rocket motors, the absence of combustion controllability and the large amount of financial resources involved in full-scale firing tests, increase the importance of numerical simulations in order to asses stringent mission thrust requirements and evaluate the influence of thrust chamber phenomena affecting the grain combustion. Among those phenomena, grain local defects (propellant casting inclusions and debondings), combustion heat accumulation involving pressure peaks (Friedman Curl effect), and case-insulating thermal protection material ablation affect thrust prediction in terms of not negligible deviations with respect to the nominal expected trace. Most of the recent models have proposed a simplified treatment to the problem using empirical corrective functions, with the disadvantages of not fully understanding the physical dynamics and thus of not obtaining predictive results for different configurations of solid rocket motors in a boundary conditions-varied scenario. This work is aimed to introduce different mathematical approaches to model, analyze, and predict the abovementioned phenomena, presenting a detailed physical interpretation based on existing SRMs configurations. Internal ballistics predictions are obtained with an in-house simulation software, where the adoption of a dynamic three-dimensional triangular mesh together with advanced computer graphics methods, allows the previous target to be reached. Numerical procedures are explained in detail. Simulation results are carried out and discussed based on experimental data.

Trattamento termico dei tumori

Il tumore non è altro che una massa abnorme di tessuto che cresce in eccesso ed in modo scoordinato rispetto ai tessuti normali, e che persiste in questo stato dopo la cessazione degli stimoli che hanno indotto il processo. Questa patologia può presentarsi all’interno del corpo umano in svariate posizioni e forme; la più diffusa forma di tumore è quello epatico, particolarmente discusso in questo studio. Dato il continuo sviluppo di questa malattia, la ricerca ha richiesto un altrettanto miglioramento della tecnologia per eliminarla. Gli studi hanno portato a sviluppare quello che viene definito “trattamento termico dei tumori”, che consiste nell’applicazione di elevate o basse temperature nella posizione desirata per creare necrosi e quindi l’eliminazione della neoplasia. L’obiettivo di questo lavoro è presentare i diversi trattamenti termici utilizzati nella pratica clinica, i modelli matematici utilizzati dalla tecnologia attuale per predire la distribuzione di temperatura nel tessuto e quindi l’efficacia di una determinata tecnologia; infine verranno presentate le ricerche che si pensa potrebbero migliorare l’efficienza della terapia. Per ogni tecnica sono state presentate le dinamiche di utilizzo, i macchinari, i limiti e i vantaggi che la caratterizzano. Ci si è soffermati anche sulla presentazione dell’equazioni matematiche che regolano gli scambi di calore, nonché sui danni provocati ai tessuti da fattori ipertermici o ipotermici, con un particolare esempio sui fattori ipertermici generati da campi elettromagnetici vicini e lontani. Si è cercato, quindi, di fare un quadro generale di questo trattamento toccando i diversi aspetti che lo distinguono dalle altre terapie.

Design di nuovi poliesteri a base di polibutilene succinato per la preparazione di scaffold per l’ingegneria tissutale del miocardio: struttura chimica e architettura molecolare come tool efficienti per modulare le proprietà chimico-fisiche

L’ingegneria dei tessuti molli, quali il miocardio, sta sempre più emergendo come approccio alternativo alle terapie tradizionali. In questo ambito, i poliesteri costituiscono una classe di polimeri promettente, poiché le variegate strutture chimiche che li caratterizzano permettono di soddisfare un’ampia gamma di esigenze. Negli ultimi anni, l’attenzione della ricerca si è incentrata sul poli(butilene succinato)(PBS). Il PBS, tuttavia, possiede proprietà meccaniche non ottimali per l’ingegneria dei tessuti molli; inoltre i tempi di degradazione sono lunghi; ciò è dovuto al grado di cristallinità e all’idrofobicità, entrambi elevati. Nell’ottica di migliorare le proprietà non soddisfacenti di tale omopolimero, sono stati sintetizzati e caratterizzati nuovi copoliesteri alifatici a base di PBS biocompatibili e biodegradabili. In particolare, sono stati realizzati un copolimero a blocchi e uno statistico a base di Pripol 1009, un diacido commerciale (Croda), e un copolimero a blocchi a base di neopentil glicole, valutando sia l’effetto del tipo di comonomero introdotto nel PBS (Pripol 1009 vs. neopentil glicole) che quello dell’architettura molecolare (copolimero statistico vs. copolimero multiblocco). I materiali sintetizzati sono stati processati in forma di film attraverso pressofusione e di scaffold tramite elettrofilatura. Oltre alla caratterizzazione molecolare, film e scaffold sono stati sottoposti anche ad analisi termica, diffrattometrica, meccanica e a studi di degradazione idrolitica in condizioni fisiologiche. I risultati ottenuti hanno evidenziato la possibilità di modulare sia le proprietà meccaniche che la velocità di degradazione in condizioni fisiologiche. Tutti i copolimeri, infatti, presentano caratteristiche di elastomeri termoplastici e dei profili di degradazione variabili rispetto all’omopolimero, che li rendono adatti per applicazioni nel campo dell’ingegneria dei tessuti molli.

Scaffold biocompatibile ottenuto da copoliestere multiblocco del PBS per applicazioni nell'ingegneria tissutale del miocardio

L'ingegneria tissutale è una branca delle scienze biomediche che negli ultimi anni si sta sviluppando come mezzo risolutivo per numerose problematiche mediche. Un'applicazione di particolare importanza è il trattamento di patologie cardiovascolari, le quali sono una delle principali cause di morte nel mondo. La mancanza di tessuto autologo e i problemi legati alle terapie cardiache, hanno incentivato numerosi studi basati sulla ricerca di biomateriali adeguati alla realizzazione di tessuti sintetici sostitutivi. In questo ambito, il polibutilene succinato (PBS) riveste sicuramente un ruolo importante. La sua biocompatibilità insieme alla biodegradabilità, non sono però sufficienti a renderlo idoneo ad applicazioni miocardiche, a causa dell’elevata rigidità. Allo scopo di migliorare le proprietà meccaniche del PBS nell’ottica di un’applicazione nel campo della rigenerazione del tessuto cardiaco, ma senza andare a detrimento delle proprietà già buone, il presente lavoro di Tesi propone un nuovo copolimero a base di PBS. Tale materiale è stato ottenuto tramite reazione di estensione di catena di un blocco hard (PBS) e un blocco soft (costituito da un copolimero statistico P(BSNS)). Il materiale ottenuto è stato analizzato sia sottoforma di film che di scaffold. Dopo una prima caratterizzazione molecolare (1H-NMR e GPC), il copolimero multiblocco è stato sottoposto anche ad analisi termica (DSC e TGA), diffrattometrica (WAXS) e meccanica. Si è evidenziato un miglioramento della stabilità termica e soprattutto una diminuzione del modulo elastico unitamente all’aumento dell’allungamento a rottura, in particolare nello scaffold. E’ stata inoltre valutata la velocità di degradazione idrolitica, evidenziandone una riduzione rispetto all’omopolimero. I risultati ottenuti confermano il miglioramento delle proprietà non soddisfacenti del PBS, indicando il copolimero multiblocco, oggetto della presenti Tesi, come materiale più idoneo alle applicazioni sopracitate.

Efficacia dell'esercizio fisico nei pazienti con Disturbo di Panico: revisione sistematica della letteratura

Disegno di studio. Revisione sistematica. Background:il Disturbo di Panico è una condizione clinica invalidante associata a numerose comorbidità, ad un aumentato rischio di suicidio e ad alti livelli di disabilità sociale, professionale e fisica. L’esordio è in età giovanile. Spesso la cura di questi soggetti è esclusivamente affidata ai processi assistenziali di medici o assistenti sociali. La terapia utilizzata è quella cognitivo-comportamentale e nei casi più gravi farmacologica, ma l’esercizio fisico rappresenta una modalità terapeutica a basso rischio e a basso costo che potrebbe essere utile nel trattamento. Obiettivi:valutare l’effetto dell’esercizio fisico nel trattamento di pazienti con Disturbo di Panico. Tale indagine si pone l’obiettivo di verificarne l’efficacia rispetto ad altre terapie e ricercarne il tipo e modalità più valida. Materiali e metodi:la ricerca bibliografica è stata condotta sulle banche dati PubMed, PEDro, Cinahl e The Cochrane Library nel mese di Settembre 2020, senza porre limiti di lingua, anno di pubblicazione, sesso o età dei partecipanti. Sono stati inclusi Trial Clinici e RCT che indagassero l’efficacia dell’esercizio fisico nei pazienti con Disturbo di Panico. Risultati: sono stati individuati 8 studi, la cui qualità metodologica è stata valutata con la scala PEDro. Essi analizzano l’esercizio fisico sia come singolo intervento, confrontato al trattamento tradizionale, sia come integrazione ad altre terapie di provata efficacia per verificarne l’utilità.
 Conclusioni: nonostante l’eterogeneità degli studi analizzati emerge l’efficacia di un programma di allenamento di attività aerobica intensa come terapia per i pazienti con Disturbo di Panico, che può essere integrata a comprovati trattamenti farmacologici o cognitivo-comportamentali. Future ricerche dovrebbero indagare l’efficacia dell’esercizio nel lungo termine e definire protocolli nuovi e specifici utili nella pratica clinica.

Biomateriali per la somministrazione di vaccini per la terapia immuno-oncologica

Il cancro è una delle principali cause di morte al mondo. Nel 2019, solo negli Stati Uniti, i nuovi casi di cancro sono stati 1.762.450 con 606.880 decessi. Ad oggi, sono numerosi gli studi interdisciplinari in atto aventi come fine ultimo quello di trovare una cura per il cancro più efficiente ed efficace di quelle tradizionali. La seguente trattazione descrive una soluzione che coniuga le conoscenze mediche del campo immuno-terapico con quelle ingegneristiche del settore dei biomateriali. Nello specifico, vengono analizzati scaffold e nanoparticelle biomateriali utilizzati per la somministrazione di vaccini contro il cancro. Gli obiettivi principali, infatti, risultano essere il raggiungimento di una memoria immunitaria, per contrastare metastasi e ricadute, e la diminuzione degli effetti collaterali che i pazienti oncologici sono costretti a sopportare sottoponendosi alle terapie convenzionali. I risultati mostrano dati molto promettenti, poiché l’utilizzo combinato dei biomateriali con fattori caratterizzanti il sistema immunitario permette di ottenere vaccini somministrabili in maniera sicura, seppur le indagini cliniche per molte tipologie di cancro siano ancora in atto.

Development of a polyplexes-based miRNA delivery system in a 3D-bioplotted osteoarthritis cellular model.

L'osteoartrite (OA) è una patologia infiammatorio/degenerativa ossea per la quale non sono disponibili terapie causali efficaci ma solo approcci palliativi per la riduzione del dolore cronico. E’ quindi giustificato un investimento per individuare nuove strategie di trattamento. In quest’ottica, lo scopo di questa tesi è stato quello di indagare l’efficacia di polyplexi a base di chitosano o di PEI-g-PEG in un modello cellulare 3D in vitro basato su un hydrogel di Gellan Gum Metacrilato (GGMA) con a bordo condrociti in condizioni simulate di OA. Inizialmente sono state studiate la dimensione e il potenziale-Z di un pool di formulazioni di poliplexi. Quindi se ne è valutata la citocompatibilità utilizzando cellule staminali mesenchimali immortalizzate Y201. Infine, una miscela di GGMA, cellule e polyplexi è stata utilizzata per la stampa 3D di campioni che sono stati coltivati fino a 14 giorni. La condizione OA è stata simulata trattando le cellule con una miscela di citochine implicate nello sviluppo della malattia. Tutte le formulazioni a base di chitosano e due basate su PEI-g-PEG si sono dimostrate citocompatibili e sono hanno veicolato i miRNA nelle cellule (come mostrato dai risultati di analisi in fluorescenza). I risultati delle colorazioni H&E e AlcianBlue hanno confermato che il terreno condizionato ha ben ricreato le condizioni di OA. I polyplexi a base di chitosano e PEI-g-PEG hanno controbilanciato gli effetti delle citochine. Risultati incoraggianti, anche se da approfondire ulteriormente, provengono anche dall’analisi di espressione (RT-PCR) di cinque geni specifici della cartilagine. Concludendo, questo modello ha ben riprodotto le condizioni di OA in vitro; il chitosano ha mostrato di essere un adeguato veicolo per un trattamento a base di miRNA; il PEI-g-PEG si propone come un'alternativa più economica e ragionevolmente affidabile, sebbene il rischio di citotossicità alle concentrazioni più elevate richieda una più esteva validazione sperimentale.

Stewardship antibiotica neonatale: valutazione dell'esposizione antimicrobica nelle sospette early onset sepsis (EOS)

Background: Le early-onset sepsis (EOS) sono infezioni batteriche invasive definite dalla presenza di batteri nel sangue e/o nel liquor cefalorachidiano che esordiscono nelle prime 72 ore di vita e causano in epoca neonatale mortalità e morbilità importanti. Scopo: Determinare l’eccesso di trattamento antibiotico (Overtreatment index=OI) nei neonati di EG ≥34 settimane con sospetta sepsi ad esordio precoce. Metodi: Tutti i nati dal 1.01.2014 al 31.12.2018 di EG ≥34 settimane presso IRCCS Azienda Ospedaliero-Universitaria e l’Ospedale Maggiore di Bologna che hanno ricevuto terapia antibiotica endovenosa nelle prime 168 ore di vita nel sospetto di EOS. Sono stati identificati 2 gruppi: EOS provata (N=7) ed EOS sospetta (N=465). Risultati: L’incidenza di EOS è stata 0.22 su 1000 nati vivi, rispettivamente 0.12/1000 per Streptococcus agalactiae (GBS) e 0.06/1000 per Escherichia coli (E.coli). L’1.75% dei neonati ha ricevuto terapia antimicrobica empirica a largo spettro. L’OI è risultato 68. L’esposizione al trattamento antibiotico nella popolazione è stata di 85 giorni/1000 nati vivi. Tra i fattori di rischio materni, il tampone vagino-rettale (TVR) e l’urinocoltura positiva sono risultati associati al rischio di EOS provata (p=.017, p =.000). I valori di proteina C reattiva (PCR) al T0, T1 e T2 tra i due gruppi sono risultati significativi (p=.000). All’analisi multivariata è stata confermata la significatività delle variabili descritte. (TVR non noto OR=15.1, 95%CI 1.98-115.50, p =.009, urinocoltura positiva OR=30.1, 95%CI 3.6-252.1, p = .002, PCR T0 OR=1.6, 95% CI 1.29-2.07, p = .000.) Conclusioni: L’individuazione precoce di fattori di rischio e la valutazione degli indici di flogosi in neonati sintomatici può ridurre l’OI e la durata della terapia antibiotica in casi di sepsi non confermata. L’uso appropriato degli antibiotici in questa popolazione è particolarmente importante poichè riduce lo sviluppo di germi multiresistenti. Nelle Terapie Intensive Neonatali, i programmi di stewardship antimicrobica dovrebbero guidare la gestione delle sepsi.

Modelling of ORC components and systems for low-medium temperature heat recovery applications with reduced environmental impact

Although its great potential as low to medium temperature waste heat recovery (WHR) solution, the ORC technology presents open challenges that still prevent its diffusion in the market, which are different depending on the application and the size at stake. Focusing on the micro range power size and low temperature heat sources, the ORC technology is still not mature due to the lack of appropriate machines and working fluids. Considering instead the medium to large size, the technology is already available but the investment is still risky. The intention of this thesis is to address some of the topical themes in the ORC field, paying special attention in the development of reliable models based on realistic data and accounting for the off-design performance of the ORC system and of each of its components. Concerning the “Micro-generation” application, this work: i) explores the modelling methodology, the performance and the optimal parameters of reciprocating piston expanders; ii) investigates the performance of such expander and of the whole micro-ORC system when using Hydrofluorocarbons as working fluid or their new low GWP alternatives and mixtures; iii) analyzes the innovative ORC reversible architecture (conceived for the energy storage), its optimal regulation strategy and its potential when inserted in typical small industrial frameworks. Regarding the “Industrial WHR” sector, this thesis examines the WHR opportunity of ORCs, with a focus on the natural gas compressor stations application. This work provides information about all the possible parameters that can influence the optimal sizing, the performance and thus the feasibility of installing an ORC system. New WHR configurations are explored: i) a first one, relying on the replacement of a compressor prime mover with an ORC; ii) a second one, which consists in the use of a supercritical CO2 cycle as heat recovery system.

Development, mechanical characterization and qualification in liquid lead of stainless steels for structural applications in the future fission and fusion nuclear reactors

The research activity carried out in the Brasimone Research Center of ENEA concerns the development and mechanical characterization of steels conceived as structural materials for future fission reactors (Heavy Liquid Metal IV Generation reactors: MYRRHA and ALFRED) and for the future fusion reactor DEMO. Within this framework, two parallel lines of research have been carried out: (i) characterization in liquid lead of steels and weldings for the components of the IV Generation fission reactors (GIV) by means of creep and SSRT (Slow Strain Rate Tensile) tests; (ii) development and screening on mechanical properties of RAFM (Reduced Activation Ferritic Martensitic) steels to be employed as structural materials of the future DEMO fusion reactor. The doctoral work represents therefore a comprehensive report of the research carried out on nuclear materials both from the point of view of the qualification of existing (commercial) materials for their application in the typical environmental conditions of 4th generation fission reactors operating with lead as coolant, and from the point of view of the metallurgical study (with annexed microstructural and mechanical characterization of the selected compositions / Thermo Mechanical Treatment (TMT) options) of new compositional variants to be proposed for the “Breeding Blanket” of the future DEMO Fusion Reactor.

Modelling and Uncertainty Quantification application to SA simulation codes in advanced SMR

In the framework of a global transition to a low-carbon energy mix, the interest in advanced nuclear Small Modular Reactors (SMRs) has been growing at the international level. Due to the high level of maturity reached by Severe Accident Codes for currently operating rectors, their applicability to advanced SMRs is starting to be studied. Within the present work of thesis and in the framework of a collaboration between ENEA, UNIBO and IRSN, an ASTEC code model of a generic IRIS reactor has been developed. The simulation of a DBA sequence involving the operation of all the passive safety systems of the generic IRIS has been carried out to investigate the code model capability in the prediction of the thermal-hydraulics characterizing an integral SMR adopting a passive mitigation strategy. The following simulation of 4 BDBAs sequences explores the applicability of Severe Accident Codes to advance SMRs in beyond-design and core-degradation conditions. The uncertainty affecting a code simulation can be estimated by using the method of Input Uncertainty Propagation, whose application has been realized through the RAVEN-ASTEC coupling and implementation on an HPC platform. This probabilistic methodology has been employed in a study of the uncertainty affecting the passive safety system operation in the DBA simulation of ASTEC, providing a further characterization of the thermal-hydraulics of this sequence. The application of the Uncertainty Quantification method to early core-melt phenomena has been investigated in the framework of a BEPU analysis of the ASTEC simulation of the QUENCH test-6 experiment. A possible solution to the encountered challenges has been proposed through the application of a Limit Surface search algorithm.

Metal additive manufacturing of soft magnetic material for electric machines

This research work concerns the application of additive manufacturing (AM) technologies in new electric mobility sectors. The unmatched freedom that AM offers can potentially change the way electric motors are designed and manufactured. The thesis investigates the possibility of creating optimized electric machines that exploit AM technologies, with potential in various industrial sectors, including automotive and aerospace. In particular, we will evaluate how the design of electric motors can be improved by producing the rotor core using Laser Powder Bed Fusion (LPBF) and how the resulting design choices affect component performance. First, the metallurgical and soft magnetic properties of the pure iron and silicon iron alloy parts (Fe-3% wt.Si) produced by LPBF will be defined and discussed, considering the process parameters and the type of heat treatment. This research shows that using LPBF, both pure iron and iron silicon, the parts have mechanical and magnetic properties different from the laminated ones. Hence, FEM-based modeling will be employed to design the rotor core of an SYN RM machine to minimize torque ripple while maintaining structural integrity. Finally, we suggest that further research should extend the field of applicability to other electrical devices.

Integrating Machine Learning Paradigms for Predictive Maintenance in the Fourth Industrial Revolution era

In the last decade, manufacturing companies have been facing two significant challenges. First, digitalization imposes adopting Industry 4.0 technologies and allows creating smart, connected, self-aware, and self-predictive factories. Second, the attention on sustainability imposes to evaluate and reduce the impact of the implemented solutions from economic and social points of view. In manufacturing companies, the maintenance of physical assets assumes a critical role. Increasing the reliability and the availability of production systems leads to the minimization of systems’ downtimes; In addition, the proper system functioning avoids production wastes and potentially catastrophic accidents. Digitalization and new ICT technologies have assumed a relevant role in maintenance strategies. They allow assessing the health condition of machinery at any point in time. Moreover, they allow predicting the future behavior of machinery so that maintenance interventions can be planned, and the useful life of components can be exploited until the time instant before their fault. This dissertation provides insights on Predictive Maintenance goals and tools in Industry 4.0 and proposes a novel data acquisition, processing, sharing, and storage framework that addresses typical issues machine producers and users encounter. The research elaborates on two research questions that narrow down the potential approaches to data acquisition, processing, and analysis for fault diagnostics in evolving environments. The research activity is developed according to a research framework, where the research questions are addressed by research levers that are explored according to research topics. Each topic requires a specific set of methods and approaches; however, the overarching methodological approach presented in this dissertation includes three fundamental aspects: the maximization of the quality level of input data, the use of Machine Learning methods for data analysis, and the use of case studies deriving from both controlled environments (laboratory) and real-world instances.