Metabolismo di oligosaccaridi prebiotici in Bifidobacterium per il potenziale sviluppo di nuovi prodotti alimentari funzionali

The growth and the metabolism of Bifidobacterium adolescentis MB 239 fermenting GOS, lactose, galactose, and glucose were investigated. An unstructerd unsegregated model for growth of B. adolescentis MB 239 in batch cultures was developed and kinetic parameters were calculated with a Matlab algorithm. Galactose was the best carbon source; lactose and GOS led to lower growth rate and cellular yield, but glucose was the poorest carbon source. Lactate, acetate and ethanol yields allowed calculation of the carbon fluxes toward fermentation products. Similar distribution between 3- and 2-carbon products was observed on all the carbohydrates (45 and 55%, respectively), but ethanol production was higher on glucose than on GOS, lactose and galactose, in decreasing order. Based on the stoichiometry of the fructose 6-phosphate shunt and on the carbon distribution among the products, ATP yield was calculated on the different carbohydrates. ATP yield was the highest on galactose, while it was 5, 8, and 25% lower on lactose, GOS, and glucose, respectively. Therefore, a correspondance among ethanol production, low ATP yields, and low biomass production was established demonstrating that carbohydrate preferences may result from different sorting of carbon fluxes through the fermentative pathway. During GOS fermentation, stringent selectivity based on the degree of polymerization was exhibited, since lactose and the trisaccharide were first to be consumed, and a delay was observed until longer oligosaccharides were utilized. Throughout the growth on both lactose and GOS, galactose accumulated in the cultural broth, suggesting that β-(1-4) galactosides can be hydrolysed before they are taken up. The physiology of Bifidobacterium adolescentis MB 239 toward xylooligosaccharides (XOS) was also studied and our attention was focused on an extracellular glycosyl-hydrolase (β-Xylosidase) expressed by a culture of B. adolescentis grown on XOS as sole carbon source. The extracellular enzyme was purified from the the supernatant, which was dialyzed and concentrated by ultrafiltration. A two steps purification protocol was developed: the sample was loaded on a Mono-Q anion exchange chromatography and then, the active fractions were pooled and β-Xylosidase was purified by gel filtration chromatography on a Superdex-75. The enzyme was characterized in many aspects. β- Xylosidase was an homo-tetramer of 160 kDa as native molecular mass; it was a termostable enzyme with an optimum of temperature at 53 °C and an optimum of pH of 6.0. The kinetics parameter were calculated: km = 4.36 mM, Vmax = 0.93 mM/min. The substrate specificity with different di-, oligo- and polysaccharides was tested. The reactions were carried out overnight at pH 7 and at the optimum of temperature and the carbohydrates hydrolysis were analyzed by thin layer chromatography (TLC). Only glycosyl-hydrolase activities on XOS and on xylan were detected, whereas sucrose, lactose, cellobiose, maltose and raffinose were not hydrolyzed. It’s clearly shown that β-Xylosidase activity was higher than the Xylanase one. These studies on the carbohydrate preference of a strain of Bifidobacterium underlined the importance of the affinity between probiotics and prebiotics. On the basis of this concept, together with Barilla G&R f.lli SpA, we studied the possibility to develop a functional food containing a synbiotic. Three probiotic strains Lactobacillus plantarum BAR 10, Streptococcus thermophilus BAR 20, and Bifidobacterium lactis BAR 30 were studied to assess their suitability for utilization in synbiotic products on the basis of antioxidative activity, glutathione production, acid and bile tolerance, carbohydrates fermentation and viability in food matrices. Bile and human gastric juice resistance was tested in vitro to estimate the transit tolerance in the upper gastrointestinal tract. B. lactis and L. plantarum were more acid tolerant than S. thermophilus. All the strains resisted to bile. The growth kinetics on 13 prebiotic carbohydrates were determined. Galactooligosaccharides and fructo-oligosaccharides were successfully utilized by all the strains and could be considered the most appropriate prebiotics to be used in effective synbiotic formulations. The vitality of the three strains inoculated in different food matrices and maintained at room temperature was studied. The best survival of Lactobacillus plantarum BAR 10, Streptococcus thermophilus BAR 20, and Bifidobacterium lactis BAR 30 was found in food chocolate matrices. Then an in vivo clinical trial was carried out for 20 healthy volunteers. The increase in faecal bifidobacteria and lactobacilli populations and the efficacy of the pre-prototype was promising for the future develop of potential commercial products.

Valutazione dell'attività delle metalloproteinasi 2 e 9 nelle urine e nel tessuto renale di cani normali e affetti da nefropatia

Matrix metalloproteinases (MMP) are a large family of proteinases that remodel extracellular matrix (ECM) component. Recent data suggest a role for MMPs in a number of renal pathophysiologies, associated with an imbalance of ECM syntesis and degradation, which may result in an accumulation of ECM molecules and renal fibrosis. The aim of this study is to elucidate the role of pro and activated MMP-2 and 9 in urine and renal tissue of healty and nephropatic dogs. Renal tissue of 8 healty dogs and either renal tissue and urine of 9 nephropatic dogs was collected and analize using zimographic method, which is been validated in this study. Either MMPs zimographic bands were present in almost all samples. In particular, pro and activated MMP-9 zimographic bands were poorly represent in renal tissue of healty dogs, whereas were very represent in nephropatic dogs. Pro and activated MMP-2 was present in either tissue of healty and nephropatic dogs. In urine of nephropatic dogs, pro and activated MMP-9 was more evident than MMP-2, but there was not correlaction with renal tissue levels, therefore urine levels of MMPs have poorly usefulness in diagnostic pratice. The values of Pro and activated MMP-9 in nephropatic dogs were significantly higher compared with normal dogs (p < 0,05), whereas there was not statistically meaningful for Pro and activated MMP-2. In conclusion, in this study we have validated a zimographic method for renal tissue of dogs and we have illustrated the changes in nephropatic dogs, which may be useful for further study.

Pet food: quality and quality improvement

Today’s pet food industry is growing rapidly, with pet owners demanding high-quality diets for their pets. The primary role of diet is to provide enough nutrients to meet metabolic requirements, while giving the consumer a feeling of well-being. Diet nutrient composition and digestibility are of crucial importance for health and well being of animals. A recent strategy to improve the quality of food is the use of “nutraceuticals” or “Functional foods”. At the moment, probiotics and prebiotics are among the most studied and frequently used functional food compounds in pet foods. The present thesis reported results from three different studies. The first study aimed to develop a simple laboratory method to predict pet foods digestibility. The developed method was based on the two-step multi-enzymatic incubation assay described by Vervaeke et al. (1989), with some modification in order to better represent the digestive physiology of dogs. A trial was then conducted to compare in vivo digestibility of pet-foods and in vitro digestibility using the newly developed method. Correlation coefficients showed a close correlation between digestibility data of total dry matter and crude protein obtained with in vivo and in vitro methods (0.9976 and 0.9957, respectively). Ether extract presented a lower correlation coefficient, although close to 1 (0.9098). Based on the present results, the new method could be considered as an alternative system of evaluation of dog foods digestibility, reducing the need for using experimental animals in digestibility trials. The second parte of the study aimed to isolate from dog faeces a Lactobacillus strain capable of exert a probiotic effect on dog intestinal microflora. A L. animalis strain was isolated from the faeces of 17 adult healthy dogs..The isolated strain was first studied in vitro when it was added to a canine faecal inoculum (at a final concentration of 6 Log CFU/mL) that was incubated in anaerobic serum bottles and syringes which simulated the large intestine of dogs. Samples of fermentation fluid were collected at 0, 4, 8, and 24 hours for analysis (ammonia, SCFA, pH, lactobacilli, enterococci, coliforms, clostridia). Consequently, the L. animalis strain was fed to nine dogs having lactobacilli counts lower than 4.5 Log CFU per g of faeces. The study indicated that the L animalis strain was able to survive gastrointestinal passage and transitorily colonize the dog intestine. Both in vitro and in vivo results showed that the L. animalis strain positively influenced composition and metabolism of the intestinal microflora of dogs. The third trail investigated in vitro the effects of several non-digestible oligosaccharides (NDO) on dog intestinal microflora composition and metabolism. Substrates were fermented using a canine faecal inoculum that was incubated in anaerobic serum bottles and syringes. Substrates were added at the final concentration of 1g/L (inulin, FOS, pectin, lactitol, gluconic acid) or 4g/L (chicory). Samples of fermentation fluid were collected at 0, 6, and 24 hours for analysis (ammonia, SCFA, pH, lactobacilli, enterococci, coliforms). Gas production was measured throughout the 24 h of the study. Among the tested NDO lactitol showed the best prebiotic properties. In fact, it reduced coliforms and increased lactobacilli counts, enhanced microbial fermentation and promoted the production of SCFA while decreasing BCFA. All the substrates that were investigated showed one or more positive effects on dog faecal microflora metabolism or composition. Further studies (in particular in vivo studies with dogs) will be needed to confirm the prebiotic properties of lactitol and evaluate its optimal level of inclusion in the diet.

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.

Entwicklung massenspektrometrischer Isotopenverdünnungstechniken für die zuverlässige Bestimmung von Elementspuren und Schwefelspezies in Erdölprodukten

Einer der Hauptschwerpunkte der Arbeit lag in der Entwicklung einer spezies-spezifischen und einer spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA von Schwefelspezies in Petroprodukten. Es wurden hierzu Indikatoren, ausgehend von elementarem 34S-angereichertem Schwefel, im Mikromaßstab synthetisiert. Für die spezies-spezifische GC-ICP-Q-MSIVA wurde die erstmalige Synthese von 34S-markiertem Thiophen, Dibenzothiophen und 4-Methyldibenzothiophen verwirklicht. Als Indikatorsynthese für die spezies-unspezifische GC-ICP-Q-MSIVA erfolgte die erstmalige Darstellung von 34S-angereichertem Dimethyldisulid. Mit Hilfe der synthetisierten Verbindungen wurden spezies-spezifische und spezies-unspezifische massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalysen von Schwefelspezies in Petroprodukten durchgeführt. Vor allen GC-ICP-Q-MSIVA-Analysen erfolgte eine umfangreiche Speziesidentifizierung durch Aufstockexperimente mit kommerziell erhältlichen Standards und mit einem mit der GC gekoppelten Elektronenstoß (EI)-MS. Beide ICP-Q-MS Methoden zeichnen sich durch sehr niedrige Nachweisgrenzen (7 ng S/g) aus, welche auch eine Anwendbarkeit auf tiefentschwefelte Kraftstoffe garantieren. Mit der spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA ist neben einer Speziesanalyse auch eine Gesamtschwefelanalyse durch Aufsummierung aller in der Probe vorhandenen Spezies möglich. Es wurde im Rahmen dieser Arbeit auch der Einfluss möglicher Empfindlichkeitsänderungen des ICP-Q-MS durch koeluierende Kohlenwasserstoffe überprüft, wobei diese erwartungsgemäß auf das Ergebnis der spezies-spezifischen und spezies-unspezifischen GC-ICP-Q-MSIVA keinerlei Einfluss haben. Der zweite Hauptschwerpunkt der Arbeit lag auf der Ausarbeitung routinefähiger, schneller und zuverlässiger Methoden zur Gesamtelementspurenanalytik von Schwefel und Schwermetallen in Erdölen und Petroprodukten. Für die Gesamtschwefelanalyse wurde eine MSIVA nach thermaler Verdampfung mit 34S-markierten Dibenzothiophen als Indikator entwickelt. Die neu entwickelte Methode erlaubt eine sehr schnelle Bestimmung des Gesamtschwefelgehalts, wobei die eigentliche Messung des Isotopenverhältnisses innerhalb von Sekunden nach der Injektion der Probe erfolgt. Weiterhin zeichnet sich die Methode durch Robustheit und eine niedrige Nachweisgrenze (40 ng S/g) aus. Für die Analyse von Schwermetallen wurden erstmals Möglichkeiten einer direkten MSIVA von Erdölproben ohne zeitraubenden, kontaminationsträchtigen Aufschluss bzw. die schwierige Erzeugung einer Mikroemulsion zwischen hydrophober Probe und wässrigem Indikator entwickelt. Um eine homogene Verteilung des Indikators in der hydrophoben Probe zu ermöglichen, musste ausgehend von den zur Verfügung stehenden wässrigen Indikatorlösungen, eine Überführung des Indikators in ein organisches Lösungsmittel erfolgen. Hierzu wurde der jeweilige Metallindikator unter Komplexierung aus wässrigen Metallindikatorlösungen extrahiert. Für die Analyse der mit diesen Indikatorlösungen in organischer Phase versetzten Proben wurden zwei alternative Methoden ausgearbeitet. Bei der mit der Laserablation (LA) kombinierten ICP-SF-MSIVA wird die isotopenverdünnte Probe aus einer eigens für diesen Zweck entwickelten Probenhalterung ablatiert und so dem ICP-SF-MS zugeführt wird. Bei zeitlich sich verändernden Intensitäten der gemessenen Isotope werden aber reproduzierbare und konstante Isotopenverhältnisse erhalten. Im Falle einer homogenen Verteilung der Metallspuren wurde eine hervorragende Übereinstimmung mit Vergleichsmethoden und einem Referenzmaterial festgestellt. Im Falle einer heterogenen partikulären Verteilung der Metallspuren, wie sie z.B. bei Eisenspuren in den Erdölen vorlag, ist die Anwendbarkeit der LA-ICP-SF-MSIVA aufgrund des kleinen Probenvolumens (20 µL) jedoch begrenzt. Als Alternative zur LA-ICP-SF-MSIVA wurde ein System unter Verwendung der Fließinjektion für die Zuführung der isotopenverdünnten Probe zum ICP-SF-MS ausgearbeitet. Die isotopenverdünnte Probe wird hierbei in einen Eluentenstrom von Toluol injiziert und mit Hilfe einer Total-Consumption-Zerstäuber/Sprühkammer-Einheit vollständig bei einer Flussrate von 10 µL/min in das Plasma eingebracht. Neben einer nochmaligen Verkürzung der Analysenzeit und Vereinfachung der Probenvorbereitung bietet diese Methode zusätzlich stark verbesserte Nachweisgrenzen (z.B. Ni 0,9 ng/g). Leider sind mit diesem Verfahren bis jetzt nur Ni und Mo zuverlässig bestimmbar. Das in dieser Arbeit ausgearbeitete Methodenpaket erlaubt erstmals eine breite Einführung der ICP-MSIVA als zuverlässige Methode in die Routineanalytik der Petroindustrie. Durch die bewiesene Zuverlässigkeit, den geringen Zeitaufwand und die Robustheit der Methoden steht ihrem routinemäßigen Einsatz, außer einer weitergehenderen Automatisierung einzelner Verfahrensteile, prinzipiell nichts entgegen.

Sviluppo di un'applicazione bioinformatica per la gestione dei dati di antibiotico sensibilità di isolati clinici

Il problema dell'antibiotico-resistenza è un problema di sanità pubblica per affrontare il quale è necessario un sistema di sorveglianza basato sulla raccolta e l'analisi dei dati epidemiologici di laboratorio. Il progetto di dottorato è consistito nello sviluppo di una applicazione web per la gestione di tali dati di antibiotico sensibilità di isolati clinici utilizzabile a livello di ospedale. Si è creata una piattaforma web associata a un database relazionale per avere un’applicazione dinamica che potesse essere aggiornata facilmente inserendo nuovi dati senza dover manualmente modificare le pagine HTML che compongono l’applicazione stessa. E’ stato utilizzato il database open-source MySQL in quanto presenta numerosi vantaggi: estremamente stabile, elevate prestazioni, supportato da una grande comunità online ed inoltre gratuito. Il contenuto dinamico dell’applicazione web deve essere generato da un linguaggio di programmazione tipo “scripting” che automatizzi operazioni di inserimento, modifica, cancellazione, visualizzazione di larghe quantità di dati. E’ stato scelto il PHP, linguaggio open-source sviluppato appositamente per la realizzazione di pagine web dinamiche, perfettamente utilizzabile con il database MySQL. E’ stata definita l’architettura del database creando le tabelle contenenti i dati e le relazioni tra di esse: le anagrafiche, i dati relativi ai campioni, microrganismi isolati e agli antibiogrammi con le categorie interpretative relative al dato antibiotico. Definite tabelle e relazioni del database è stato scritto il codice associato alle funzioni principali: inserimento manuale di antibiogrammi, importazione di antibiogrammi multipli provenienti da file esportati da strumenti automatizzati, modifica/eliminazione degli antibiogrammi precedenti inseriti nel sistema, analisi dei dati presenti nel database con tendenze e andamenti relativi alla prevalenza di specie microbiche e alla chemioresistenza degli stessi, corredate da grafici. Lo sviluppo ha incluso continui test delle funzioni via via implementate usando reali dati clinici e sono stati introdotti appositi controlli e l’introduzione di una semplice e pulita veste grafica.

Biogenic volatile organic compounds in tropical, temperate and boreal forest ecosystems

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BFOV) werden in großen Mengen aus terrestrischenrnÖkosystemen, insbesondere aus Wäldern und Wiesen, in die untere Troposphäre emittiert. Austausch-rnFlüsse von BFOVs sind in der troposphärischen Chemie wichtig, weil sie eine bedeutende Rolle in derrnOzon- und Aerosolbildung haben. Trotzdem bleiben die zeitliche und räumliche Änderung der BFOVrnEmissionen und ihre Rolle in Bildung und Wachstum von Aerosolen ungewiss.rnDer Fokus dieser Arbeit liegt auf der in-situ Anwendung der Protonen Transfer ReaktionsrnMassenspektrometrie (PTR-MS) und der Messung von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen inrnnordländischen, gemäßigten und tropischen Waldökosystemen während drei unterschiedlicherrnFeldmesskampagnen. Der Hauptvorteil der PTR-MS-Technik liegt in der hohen Messungsfrequenz,rnwodurch eine eventuelle Änderung in der Atmosphäre durch Transport, Vermischung und Chemiernonline beobachtet werden kann. Die PTR-MS-Messungen wurden zweimal am Boden aus und einmalrnvon einem Forschungsflugzug durchgeführt.rnIn Kapitel 3 werden die PTR-MS-Daten, gesammelt während der Flugmesskampagne über demrntropischen Regenwald, vorgelegt. Diese Studie zeigt den Belang der Grenzschichtdynamik für diernVerteilung von Spurengasen mittels eines eindimensionalen Säule - Chemie und KlimaModells (SCM).rnDer Tagesablauf von Isopren zeigte zwischen 14:00 und 16:15 Uhr lokaler Zeit einen Mittelwert vonrn5.4 ppbv auf der Höhe der Baumspitzen und von 3.3 ppbv über 300 m Höhe. Dies deutet darauf hin, dassrnsowohl der turbulente Austausch als auch die hohe Reaktionsfähigkeit von Isopren mit den OxidantienrnOH und Ozon eine wichtige Rolle spielen. Nach dem Ausgleich von chemischen Verlusten undrnEntrainment (Ein- und Ausmischung von Luft an der Grenzschicht), wurde ein Fluss vonrn8.4 mg Isopren m-2h-1 unter teilweise bewölkten Bedingungen für den tropischen Regenwald in derrnGuyanregion abgeschätzt. Dies entspricht einem täglichen Emissionsfluss von 28 mg Isopren prornQuadratmeter.rnIm Kapitel 4 werden die Messungen, welche auf einer Hügellage in gemäßigter Breite inrnsüddeutschland stattgefunden haben, diskutiert. Bei diesem Standort ist die Grenzschicht nachts unter diernStandorthöhe abgefallen, was den Einsatzort von Emissionen abgesondert hatte. Während diernGrenzschicht morgens wieder über die Höhe des Einsatzortes anstieg, konnten die eingeschlossenenrnnächtlichen Emissionen innerhalb der bodennahen Schicht beobachtet werden. Außerdem wurde einrndeutlicher Anstieg von flüchtigen organischen Verbindungen gemessen, wenn die Luftmassen überrnMünchen geführt wurden oder wenn verschmutzte Luftmassen aus dem Po-Tal über die Alpen nachrnDeutschland transportiert wurden. Daten von dieser Kampagne wurden genutzt, um die Änderungen inrndem Mischungsverhältnis der flüchtigen organischen Verbindungen, verbunden mit dem Durchfluss vonrnwarmen und kalten Wetterfronten sowie bei Regen zu untersuchen.rnIm Kapitel 5 werden PTR-MS-Messungen aus dem nördlichen Nadelwaldgürtel beschrieben. Starkernnächtliche Inversionen mit einer niedrigen Windgeschwindigkeit fingen die Emissionen vonrnnahegelegenen Kiefernwäldern und andere BFOV-Quellen ab, was zu hohen nächtlichen BFOVMischverhältnissenrnführte. Partikelereignisse wurden für Tag und Nacht detailliert analysiert. Diernnächtlichen Partikelereignisse erfolgten synchron mit starken extremen von Monoterpenen, obwohl dasrnzweite Ereignis Kernbildung einschloss und nicht mit Schwefelsäure korrelierte. Die MonoterpenrnMischungsverhältnisse von über 16 ppbv waren unerwartet hoch für diese Jahreszeit. NiedrigernWindgeschwindigkeiten und die Auswertung von Rückwärtstrajektorien deuten auf eine konzentrierternQuelle in der Nähe von Hyytiälä hin. Die optische Stereoisomerie von Monoterpenen hat bestätigt, dassrndie Quelle unnatürlich ist, da das Verhältnis von [(+)-α-pinen]/[(−)-α-pinen] viel höher ist als dasrnnatürliches Verhältnis der beiden Enantiomeren.

Identificazione di markers morfologici e sierologici di vulnerabilità della placca carotidea

Introduzione: L’indicazione alla rivascolarizzazione carotidea è comunemente posta in base alla percentuale di stenosi, alla presenza di sintomi neurologici ed alle condizioni cliniche del paziente. Una placca ad elevato potenziale embolico viene definita “vulnerabile”; la sua caratterizzazione, tuttavia, non è universalmente accettata ai fini della rivascolarizzazione. Lo scopo dello studio è indagare il ruolo del mezzo di contrasto ecografico (CEUS) nell’identificazione della placca carotidea vulnerabile. Materiali e Metodi: I pazienti sottoposti a endoarterectomia carotidea, sono stati valutati mediante TC cerebrale preoperatoria e CEUS. Le microbolle di contrasto rilevate nella placca, indicative di neovascolarizzazione, sono state quantificate in dB-E ed istologicamente valutate per cinque caratteristiche: (densità dei microvasi, spessore del cappuccio fibroso, estensione delle calcificazioni, infiltrato infiammatorio e core lipidico) il valore da 1 a 5, ottenuto in cieco, indica in grado di vulnerabilità della placca. L'ANOVA test, il test di Fisher e t Student sono stati usati per correlare le caratteristiche dei pazienti ed istologiche col valore di dB-E. Risultati: Di 22 pazienti (range 2-7.8, media 4.85 ±1.9 SD) vi era un numero più alto di sintomatici (7.40 ± 0.5) rispetto agli asintomatici (3.5 ± 1.4) (p = 0.002). Un più alto valore di dB-E si associava con la presenza di un sottile cappuccino fibroso (<200 µm, 5.96±1.5 vs. 3 ± 1,p = 0.01) ed un maggiore infiltrato infiammatorio (3.2 ± 0.9 vs. 6.4 ± 1.2, p = 0.03). Placche con vulnerabilità 5 si associavano ad un valore più alto di dB-E rispetto alle placche con vulnerabilità 1 (7.6 ± 0.2 vs. 2.5 ± 0.6, rispettivamente, p=0.001). Preoperatoriamente, le lesioni emboliche ipsilaterali alla TC, correlavano con un più alto valore di dB-E (5.96±1.5 vs. 3.0±1.0, p=0.01). Conclusioni: Il valore di dB-E alla CEUS indica l’estensione della neovascolarizzazione della placca carotidea e può essere utilizzato come marker di vulnerabilità della placca.

Uso del gas plasma per l'inattivazione di listeria monocytogenes in sistema modello e vegetali

Negli ultimi anni è aumentato l’interesse dell’industria verso lo sviluppo di tecnologie alternative ai trattamenti tradizionali degli alimenti. Tra le varie tecnologie non termiche troviamo il gas plasma. Il plasma è un gas ionizzato neutro, composto da diverse particelle. I principali agenti responsabili dell’azione battericida sembrano essere le specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, causando danni alle cellule microbiche. Recentemente si sta studiando l’“acqua plasmata attivata”. L’obiettivo generale di questa tesi è stato quello di verificare se trattamenti al plasma di soluzioni saline (NaCl 0.9%) possano “attivarle” dotandole di attività battericida nei confronti di un ceppo di Listeria monocytogenes (ceppo 56 Ly) e di stabilire se il materiale con cui sono costruiti gli elettrodi di un generatore di plasma del tipo DBD, possa influenzare l’efficacia delle soluzioni trattate. Si sono pertanto effettuati trattamenti al plasma di soluzioni saline utilizzando elettrodi di differenti materiali: vetro, ottone, acciaio, argento; le soluzioni così ottenute sono state analizzate in termini chimici, e se ne è valutata l’azione decontaminante nei confronti di Listeria monocytogenes 56 Ly nello stesso sistema modello e, in via preliminare, in sistema reale rappresentato da carote julienne deliberatamente contaminate con L. monocytogenes. Dai risultati ottenuti si è visto che la sensibilità di L. monocytogenes 56Ly alle soluzioni acquose trattate al plasma è influenzato sia dal tipo di materiale dell’elettrodo, sia dal tempo di esposizione. L’acciaio si è rivelato il materiale più efficace. Per quanto concerne il sistema reale, il lavaggio con acqua plasmata per 60 minuti ha determinato un livello di inattivazione di circa 1 ciclo logaritmico analogamente a quanto ottenuto con la soluzione di ipoclorito. In conclusione, i risultati ottenuti hanno evidenziato una minore efficacia dei trattamenti al plasma quando applicati ai sistemi reali, ma comunque il gas plasma ha delle buone potenzialità per la decontaminazione prodotti ortofrutticoli.

Vascular hospitalization rates and costs in patients with peripheral artery disease in the United States

BACKGROUND: Peripheral artery disease (PAD) is common and imposes a high risk of major systemic and limb ischemic events. The REduction of Atherothrombosis for Continued Health (REACH) Registry is an international prospective registry of patients at risk of atherothrombosis caused by established arterial disease or the presence of 3 atherothrombotic risk factors. METHODS AND RESULTS: We compared the 2-year rates of vascular-related hospitalizations and associated costs in US patients with established PAD across patient subgroups. Symptomatic PAD at enrollment was identified on the basis of current intermittent claudication with an ankle-brachial index (ABI) <0.90 or a history of lower-limb revascularization or amputation. Asymptomatic PAD was diagnosed on the basis of an enrollment ABI <0.90 in the absence of symptoms. Overall, 25 763 of the total 68 236-patient REACH cohort were enrolled from US sites; 2396 (9.3%) had symptomatic and 213 (0.8%) had asymptomatic PAD at baseline. One- and cumulative 2-year follow-up data were available for 2137 (82%) and 1677 (64%) of US REACH patients with either symptomatic or asymptomatic PAD, respectively. At 2 years, mean cumulative hospitalization costs, per patient, were $7445, $7000, $10 430, and $11 693 for patients with asymptomatic PAD, a history of claudication, lower-limb amputation, and revascularization, respectively (P=0.007). A history of peripheral intervention (lower-limb revascularization or amputation) was associated with higher rates of subsequent procedures at both 1 and 2 years. CONCLUSIONS: The economic burden of PAD is high. Recurring hospitalizations and repeat revascularization procedures suggest that neither patients, physicians, nor healthcare systems should assume that a first admission for a lower-extremity PAD procedure serves as a permanent resolution of this costly and debilitating condition.

Progression of age-related geographic atrophy: role of the fellow eye

PURPOSE. To evaluate the role of fellow eye status in determining progression of geographic atrophy (GA) in patients with age-related macular degeneration (AMD). METHODS. A total of 300 eyes with GA of 193 patients from the prospective, longitudinal, natural history FAM Study were classified into three groups according to the AMD manifestation in the fellow eye at baseline examination: (1) bilateral GA, (2) early/intermediate AMD, and (3) exudative AMD. GA areas were quantified based on fundus autofluorescence images using a semiautomated image-processing method, and progression rates (PR) were estimated using two-level, linear, mixed-effects models. RESULTS. Crude GA-PR in the bilateral GA group (mean, 1.64 mm(2)/y; 95% CI, 1.478-1.803) was significantly higher than in the fellow eye early/intermediate group (0.74 mm(2)/y, 0.146-1.342). Although there was a significant difference in baseline GA size (P = 0.0013, t-test), and there was a significant increase in GA-PR by 0.11 mm(2)/y (0.05-0.17) per 1 disc area (DA; 2.54 mm(2)), an additional mean change of -0.79 (-1.43 to -0.15) was given to the PR beside the effect of baseline GA size. However, this difference was only significant when GA size was ?1 DA at baseline with a GA-PR of 1.70 mm(2)/y (1.54-1.85) in the bilateral and 0.95 mm(2)/y (0.37-1.54) in the early/intermediate group. There was no significant difference in PR compared with that in the fellow eye exudative group. CONCLUSIONS. The results indicate that the AMD manifestation of the fellow eye at baseline serves as an indicator for disease progression in eyes with GA ? 1 DA. Predictive characteristics not only contribute to the understanding of pathophysiological mechanisms, but also are useful for the design of future interventional trials in GA patients.

On-line SPE LC-MS/MS for the quantification of Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) and its two major metabolites in human peripheral blood by liquid chromatography tandem mass spectrometry

A universal and robust analytical method for the determination of Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) and two of its metabolites Δ9-(11-OH)-tetrahydrocannabinol (11-OH-THC) and 11-nor-Δ9-carboxy-tetrahydrocannabinol (THC-COOH) in human whole blood was developed and validated for use in forensic toxicology. Protein precipitation, integrated solid phase extraction and on-line enrichment followed by high-performance liquid chromatography separation and detection with a triple quadrupole mass spectrometer were combined. The linear ranges used for the three cannabinoids were from 0.5 to 20 ng/mL for THC and 11-OH-THC and from 2.5 to 100 ng/mL for THC-COOH, therefore covering the requirements for forensic use. Correlation coefficients of 0.9980 or better were achieved for all three analytes. No relevant hydrolysis was observed for THC-COOH glucuronide with this procedure--in contrast to our previous GC-MS procedure, which obviously lead to an artificial increase of the THC-COOH concentration due to the hydrolysis of the glucuronide-conjugate occurring at high pH during the phase-transfer catalyzed methylation step.

Improved antiretroviral treatment outcome in a rural African setting is associated with cART initiation at higher CD4 cell counts and better general health condition

Background Data on combination antiretroviral therapy (cART) in remote rural African regions is increasing. Methods We assessed prospectively initial cART in HIV-infected adults treated from 2005 to 2008 at St. Francis Designated District Hospital, Ifakara, Tanzania. Adherence was assisted by personal adherence supporters. We estimated risk factors of death or loss to follow-up by Cox regression during the first 12 months of cART. Results Overall, 1,463 individuals initiated cART, which was nevirapine-based in 84.6%. The median age was 40 years (IQR 34-47), 35.4% were males, 7.6% had proven tuberculosis. Median CD4 cell count was 131 cells/μl and 24.8% had WHO stage 4. Median CD4 cell count increased by 61 and 130 cells/μl after 6 and 12 months, respectively. 215 (14.7%) patients modified their treatment, mostly due to toxicity (56%), in particular polyneuropathy and anemia. Overall, 129 patients died (8.8%) and 189 (12.9%) were lost to follow-up. In a multivariate analysis, low CD4 cells at starting cART were associated with poorer survival and loss to follow-up (HR 1.77, 95% CI 1.15-2.75, p = 0.009; for CD4 <50 compared to >100 cells/μl). Higher weight was strongly associated with better survival (HR 0.63, 95% CI 0.51-0.76, p < 0.001 per 10 kg increase). Conclusions cART initiation at higher CD4 cell counts and better general health condition reduces HIV related mortality in a rural African setting. Efforts must be made to promote earlier HIV diagnosis to start cART timely. More research is needed to evaluate effective strategies to follow cART at a peripheral level with limited technical possibilities.

Influence of time point of calibration on accuracy of continuous glucose monitoring in individuals with type 1 diabetes

Abstract Background and Aims: Data on the influence of calibration on accuracy of continuous glucose monitoring (CGM) are scarce. The aim of the present study was to investigate whether the time point of calibration has an influence on sensor accuracy and whether this effect differs according to glycemic level. Subjects and Methods: Two CGM sensors were inserted simultaneously in the abdomen on either side of 20 individuals with type 1 diabetes. One sensor was calibrated predominantly using preprandial glucose (calibration(PRE)). The other sensor was calibrated predominantly using postprandial glucose (calibration(POST)). At minimum three additional glucose values per day were obtained for analysis of accuracy. Sensor readings were divided into four categories according to the glycemic range of the reference values (low, ≤4 mmol/L; euglycemic, 4.1-7 mmol/L; hyperglycemic I, 7.1-14 mmol/L; and hyperglycemic II, >14 mmol/L). Results: The overall mean±SEM absolute relative difference (MARD) between capillary reference values and sensor readings was 18.3±0.8% for calibration(PRE) and 21.9±1.2% for calibration(POST) (P<0.001). MARD according to glycemic range was 47.4±6.5% (low), 17.4±1.3% (euglycemic), 15.0±0.8% (hyperglycemic I), and 17.7±1.9% (hyperglycemic II) for calibration(PRE) and 67.5±9.5% (low), 24.2±1.8% (euglycemic), 15.5±0.9% (hyperglycemic I), and 15.3±1.9% (hyperglycemic II) for calibration(POST). In the low and euglycemic ranges MARD was significantly lower in calibration(PRE) compared with calibration(POST) (P=0.007 and P<0.001, respectively). Conclusions: Sensor calibration predominantly based on preprandial glucose resulted in a significantly higher overall sensor accuracy compared with a predominantly postprandial calibration. The difference was most pronounced in the hypo- and euglycemic reference range, whereas both calibration patterns were comparable in the hyperglycemic range.

Induced hypoglycemia for 48 hours indicates differential glucose and insulin effects on liver metabolism in dairy cows

Hypoglycemia is a characteristic condition of early lactation dairy cows and is subsequently dependent on, and may affect, metabolism in the liver. The objective of the present study was to investigate the effects of induced hypoglycemia, maintained for 48 h, on metabolic parameters in plasma and liver of mid-lactation dairy cows. The experiment involved 3 treatments, including a hyperinsulinemic hypoglycemic clamp (HypoG, n=6) to obtain a glucose concentration of 2.5 mmol/L, a hyperinsulinemic euglycemic clamp (EuG, n=6) in which the effect of insulin was studied, and a control treatment with a 0.9% saline solution (NaCl, n=6). Blood samples for measurements of insulin, metabolites, and enzymes were taken at least once per hour. Milk yield was recorded and milk samples were collected before and after treatment. Liver biopsies were obtained before and after treatment to measure mRNA abundance by real-time, quantitative reverse transcription-PCR of 12 candidate genes involved in the main metabolic pathways. Milk yield decreased in HypoG and NaCl cows, whereas it remained unaffected in EuG cows. Energy-corrected milk yield (kg/d) was only decreased in HypoG cows. In plasma, concentration of beta-hydroxybutyrate decreased in response to treatment in EuG cows and was lower (0.41+/-0.04 mmol/L) on d 2 of the treatment compared with that in HypoG and NaCl cows (on average 0.61+/-0.03 mmol/L, respectively). Nonesterified fatty acids remained unaffected in all treatments. In the liver, differences between treatments for their effects were only observed in case of mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCKm) and glucose-6-phosphatase (G6PC). In HypoG, mRNA abundance of PEPCKm was upregulated, whereas in EuG and NaCl cows, it was downregulated. The EuG treatment downregulated mRNA expression of G6PC, a marked effect compared with the unchanged transcript expression in NaCl. The mRNA abundance of the insulin receptor remained unaffected in all treatments, and no significant treatment differences were observed for genes related to lipid metabolism. In conclusion, low glucose concentrations in dairy cows affect liver metabolism at a molecular level through upregulation of PEPCKm mRNA abundance. Metabolic regulatory events in the liver are directed, apart from hormones, by the level of metabolites, either in excess (e.g., free fatty acids) or in shortage (e.g., glucose).