Differentiation and extracellular matrix interactions of chondrocytes in response to signaling molecules and biomaterials for cartilage repair = Differenzierung und Interaktionen von Chondrozyten mit der extrazellulären Matrix als Reaktion auf Signalmoleküle und Biomaterialien für die Wiederinstandsetzung von Knorpel

Chondrocytes live isolated in the voluminous extracellular matrix of cartilage, which they secrete and is neither vascularized nor innervated. Nutrient and waste exchanges occur through diffusion leading to low oxygen tension around the cells. Consequently even normal cartilage under normal physiological conditions suffers from a poor reparative potential that predisposes to degenerative conditions, such as osteoarthritis of the joints, with significant clinical effects.rnOne of the key challenges in medicine is the structural and functional replacement of lost or damaged tissues. Current therapeutical approaches are to transplant cells, implant bioartificial tissues, and chemically induce regeneration at the site of the injury. None of them reproduces well the biological and biomechanical properties of hyaline cartilage.rnThis thesis investigates the re-differentiation of chondrocytes and the repair of cartilage mediated by signaling molecules, biomaterials, and factors provided in mixed cellular cultures (co-culture systems). As signaling molecules we have applied prostaglandin E2 (PGE2) and bone morphogenetic protein 1 (BMP-1) and we have transfected chondrocytes with BMP-1 expressing vectors. Our biomaterials have been hydrogels of type-I collagen and gelatin-based scaffolds designed to mimic the architecture and biochemistry of native cartilage and provide a suitable three-dimensional environment for the cells. We have brought chondrocytes to interact with osteosarcoma Cal 72 cells or with murine preosteoblastic KS483 cells, either in a cell-to-cell or in a paracrine manner.rnExogenous stimulation with PGE2 or BMP-1 did not improve the differentiation or the proliferation of human articular chondrocytes. BMP-1 induced chondrocytic de-differentiation in a dose-dependent manner. Prostaglandin stimulation from gelatin-based scaffolds (three-dimensional culture) showed a certain degree of chondrocyte re-differentiaton. Murine preosteoblastic KS483 cells had no beneficial effect on human articular chondrocytes jointly cultivated with them in hydrogels of type I collagen. Although the hydrogels provided the chondrocytes with a proper matrix in which the cells adopted their native morphology; additionally, the expression of chondrocytic proteoglycan increased in the co-cultures after two weeks. The co-culture of chondrocytes with osteoblast-like cells (in transwell systems) resulted in suppression of the regular de-differentiation program that passaged chondrocytes undergo when cultured in monolayers. Under these conditions, the extracellular matrix of the chondrocytes, rich in type-II collagen and aggrecan, was not transformed into the extracellular matrix characteristic of de-differentiated human articular chondrocytes, which is rich in type-I collagen and versican.rnThis thesis suggests novel strategies of tissue engineering for clinical attempts to improve cartilage repair. Since implants are prepared in vitro (ex-vivo) by expanding human articular chondrocytes (autologous or allogeneic), we conclude that it will be convenient to provide a proper three-dimensional support to the chondrocytes in culture, to supplement the culture medium with PGE2, and to stimulate chondrocytes with osteoblastic factors by cultivating them with osteoblasts.rn

Analisi d'immagine, patologia quantitativa e dimensione frattale in patologia veterinaria: Densita' e forme

Fino dagli albori della metodica scientifica, l’osservazione e la vista hanno giocato un ruolo fondamentale. La patologia è una scienza visiva, dove le forme, i colori, le interfacce e le architetture di organi, tessuti, cellule e componenti cellulari guidano l’occhio del patologo e ne indirizzano la scelta diagnostico-classificativa. L’osservazione del preparato istologico in microscopia ottica si attua mediante l’esame e la caratterizzazione di anomalie ad ingrandimenti progressivamente crescenti, a diverse scale spaziali, che partono dalla valutazione dell’assetto architettonico sovracellulare, per poi spostarsi ad investigare e descrivere le cellule e le peculiarità citomorfologiche delle stesse. A differenza di altri esami di laboratorio che sono pienamente quantificabili, l’analisi istologica è intrinsecamente soggettiva, e quindi incline ad un alto grado di variabilità nei risultati prodotti da differenti patologi. L’analisi d’immagine, l’estrazione da un’immagine digitale di contenuti utili, rappresenta una metodica oggettiva, valida e robusta ormai largamente impiegata a completamento del lavoro del patologo. Si sottolinea come l’analisi d’immagine possa essere vista come fase descrittiva quantitativa di preparati macroscopici e microscopici che poi viene seguita da una interpretazione. Nuovamente si sottolinea come questi descrittori siano oggettivi, ripetibili e riproducibili, e non soggetti a bassa concordanza inter operatore. La presente tesi si snoda attraverso un percorso concettuale orientato ad applicazioni di analisi d’immagine e patologia quantitativa che parte dalle applicazioni più elementari (densità, misure lineari), per arrivare a nozioni più avanzate, quali lo studio di complessità delle forme mediante l’analisi frattale e la quantificazione del pattern spaziale di strutture sovracellulari.

Role of Non-coding RNAs in chemotherapeutic treatments

The transcribed ultraconserved regions (T-UCRs) are a group of long non-coding RNAs involved in human carcinogenesis. The factors regulating the expression of T-UCRs and their mechanism of action in human cancers are unknown. In this work it was shown that high expression of uc.339 associates with lower survival in 204 non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Moreover, it was shown that uc.339 found up-regulated in archival NSCLC samples, acts as a decoy RNA for miR-339-3p, -663-3p and -95-5p. So, Cyclin E2, a direct target of three microRNAs is up-regulated, inducing cancer growth and migration. Evidence of this mechanism was provided from cell lines and primary samples confirming that TP53 directly regulates uc.339. These results support a key role for uc.339 in lung cancer.

Controlled reproduction in Anguilla anguilla (L.): advanced studies on broodstock management, spawning techniques and system design for artificial seed production.

The thesis aims to expose the advances achieved in the practices of captive breeding of the European eel (Anguilla anguilla). Aspects investigated concern both approaches livestock (breeding selection, response to hormonal stimulation, reproductive performance, incubation of eggs) and physiological aspects (endocrine plasma profiles of players), as well as engineering aspects. Studies conducted on various populations of wild eel have shown that the main determining factor in the selection of wild females destined to captive breeding must be the Silver Index which may determine the stage of pubertal development. The hormonal induction protocol adopted, with increasing doses of carp pituitary extract, it has proven useful to ovarian development, with a synchronization effect that is positively reflected on egg production. The studies on the effects of photoperiod show how the condition of total darkness can positively influence practices of reproductions in captivity. The effects of photoperiod were also investigated at the physiological level, observing the plasma levels of steroids ( E2, T) and thyroid hormones (T3 and T4) and the expression in the liver of vitellogenin (vtg1 and vtg2) and estradiol membrane receptor (ESR1). From the comparison between spontaneous deposition and insemination techniques through the stripping is inferred as the first ports to a better qualitative and quantitative yield in the production of eggs capable of being fertilized, also the presence of a percentage of oocytes completely transparent can be used to obtain eggs at a good rate of fertility. Finally, the design and implementation of a system for recirculating aquaculture suited to meet the needs of species-specific eel showed how to improve the reproductive results, it would be preferable to adopt low-flow and low density incubation.

Evaluation of green algae deployment for organic pollutant removal in urban wastewater through ERE-CALUX potency assessment

The interest of the scientific community towards organic pollutants in freshwater streams is fairly recent. During the past 50 years, thousands of chemicals have been synthesized and released into the general environment. Nowadays their occurrence and effects on several organism, invertebrates, fish, birds, reptiles and also humans are well documented. Because of their action, some of these chemicals have been defined as Endocrine Disrupters Compounds (EDCs) and the public health implications of these EDCs have been the subject of scientific debate. Most interestingly, among those that were noticed to have some influence and effects on the endocrine system were the estrone, the 17β-estradiol, the 17α-estradiol, the estriol, the 17α-ethinylestradiol, the testosterone and the progesterone. This project focused its attention on the 17β-estradiol. Estradiol, or more precisely, 17β-estradiol (also commonly referred to as E2) is a human sex hormone. It belongs to the class of steroid hormones. In spite of the effort to remove these substances from the effluents, the actual wastewater treatment plants are not able to degrade or inactivate these organic compounds that are continually poured in the ecosystem. Through this work a new system for the wastewater treatment was tested, to assess the decrease of the estradiol in the water. It involved the action of Chlorella vulgaris, a fresh water green microalga belonging to the family of the Chlorellaceae. This microorganism was selected for its adaptability and for its photosynthetic efficiency. To detect the decrease of the target compound in the water a CALUX bioassay analysis was chosen. Three different experiments were carried on to pursue the aim of the project. By analysing their results several aspects emerged. It was assessed the presence of EDCs inside the water used to prepare the culture media. C. vulgaris, under controlled conditions, could be efficient for this purpose, although further researches are essential to deepen the knowledge of this complex phenomenon. Ultimately by assessing the toxicity of the effluent against C. vulgaris, it was clear that at determined concentrations, it could affect the normal growth rate of this microorganism.

Feedback linearization of antagonistically actuated variable stiffness joints with twisted string actuators

The work of this thesis is on the implementation of a variable stiffness joint antagonistically actuated by a couple of twisted-string actuator (TSA). This type of joint is possible to be applied in the field of robotics, like UB Hand IV (the anthropomorphic robotic hand developed by University of Bologna). The purposes of the activities are to build the joint dynamic model and simultaneously control the position and stiffness. Three different control approaches (Feedback linearization, PID, PID+Feedforward) are proposed and validated in simulation. To improve the properties of joint stiffness, a joint with elastic element is taken into account and discussed. To the end, the experimental setup that has been developed for the experimental validation of the proposed control approaches.

Tenacizzazione di laminati compositi mediante l'utilizzo di nanofibre in PVDF

Analisi riguardante la tenacizzazione della matrice di laminati compositi. Lo scopo è quello di aumentare la resistenza alla frattura di modo I e, a tal proposito, sono stati modificati gli interstrati di alcuni provini tramite l’introduzione di strati, di diverso spessore, di nanofibre in polivinilidenfluoruro (PVDF). La valutazione di tale metodo di rinforzo è stata eseguita servendosi di dati ottenuti tramite prove sperimentali svolte in laboratorio direttamente dal sottoscritto, che si è occupato dell’elaborazione dei dati servendosi di tecniche e algoritmi di recente ideazione. La necessità primaria per cui si cerca di rinforzare la matrice risiede nel problema più sentito dei laminati compositi in opera da molto tempo: la delaminazione. Oltre a verificare le proprietà meccaniche dei provini modificati sottoponendoli a test DCB, si è utilizzata una tecnica basata sulle emissioni acustiche per comprendere più approfonditamente l’inizio della delaminazione e i meccanismi di rottura che si verificano durante le prove. Quest’ultimi sono illustrati servendosi di un algoritmo di clustering, detto Fuzzy C-means, tramite il quale è stato possibile identificare ogni segnale come appartenente o meno ad un determinato modo di rottura. I risultati mostrano che il PVDF, applicato nelle modalità esposte, è in grado di aumentare la resistenza alla frattura di modo I divenendo contemporaneamente causa di un diverso modo di propagazione della frattura. Infine l’elaborato presenta alcune micrografie delle superfici di rottura, le quali appoggiano i risultati ottenuti nelle precedenti fasi di analisi.

Scheda di controllo JTAG per l'elettronica di readout del pixel detector dell'esperimento ATLAS

Il sistema di acquisizione dati del nuovo layer IBL di ATLAS conta attualmente 15 schede ROD attive sull’esperimento. In ognuna di queste schede sono presenti due catene JTAG per la programmazione e il test. La prima catena è facilmente accessibile da remoto tramite uno standard VME o Ethernet, mentre la seconda è accessibile solo tramite un programmatore JTAG. Accedere alla catena secondaria di tutte 15 le ROD è in primo luogo sconveniente poiché sarebbero necessari 15 programmatori diversi; in secondo luogo potrebbe risultare difficoltoso doverli gestire tutti da un unico computer. Nasce così l’esigenza di sviluppare un’elettronica aggiuntiva con funzione di controllo che riesca, tramite un unico programmatore, a distribuire un segnale JTAG in ingresso a 15 uscite selezionabili in maniera esclusiva. In questa tesi vengono illustrati i vari passaggi che hanno portato alla realizzazione del progetto ponendo attenzione alla scelta, al funzionamento e all’eventuale programmazione dei componenti elettronici che lo costituiscono. Per ogni parte è stato realizzato un ambiente hardware di prototipazione che ne ha garantito il test delle funzionalità. La scheda, basata su un microcontrollore ATmega 328-P, è attualmente in fase di completamento nel laboratorio di progettazione elettronica dell’INFN di Bologna. Il prototipo studiato e realizzato tramite il lavoro di questa tesi verrà anche utilizzato in ambiente CERN una volta che ne sarà convalidata l’affidabilità e potrà anche essere facilmente adattato a tutti gli esperimenti che usano un protocollo JTAG per la programmazione di dispositivi remoti.

Evoluzione legislativa e normativa sui dispositivi medici - analisi e ricadute sul mercato e sulla gestione

Scopo di questo lavoro di tesi è la revisione della legislazione in materia di dispositivi medici nel mercato europeo, facendone un confronto con la normativa extra-europea. In particolare si sono studiate ed analizzate anche le regolamentazioni degli Stati Uniti e del Giappone, che insieme a quella dell’Unione Europea, rappresentano attualmente i tre maggiori mercati mondiali di dispositivi medici. L’obiettivo quindi è stato la ricerca, lo studio e l’analisi critica dei vari sistemi legislativi in vigore, la loro evoluzione e le prospettive future. Considerando il punto di vista del fabbricante di dispositivi medici, si sono illustrati percorsi normativi per poter immettere sul mercato un nuovo dispositivo medico nell’Unione Europea, negli Stati Uniti e in Giappone, evidenziando le procedure da seguire, le modalità di commercializzazione nei tre mercati, le certificazioni richieste, facendone un’analisi comparativa di un mercato rispetto agli altri. Sempre nella stessa ottica, si è inoltre effettuata una sintetica analisi del mercato dei dispositivi medici nei paesi emergenti, in quanto sono già, e lo diventeranno sempre più, una risorsa importante per una azienda con una visione internazionale del mercato. In questo elaborato di tesi sono stati ampiamente descritti ed analizzati i diversi sistemi di regolamentazione dei dispositivi medici e si è effettuata una valutazione comparativa tra i diversi sistemi legislativi e normativi che condizionano il mercato dei dispositivi medici. Un fabbricante con una visione internazionale della propria azienda deve conoscere perfettamente le legislazioni vigenti in materia di dispositivi medici. Per l'impresa, la conoscenza e la pratica della norma è indispensabile ma, ancor più, l'informazione e la consapevolezza dell'evoluzione della norma è determinante per la crescita competitiva. Il business mondiale dei dispositivi medici infatti ha subito profondi cambiamenti, con l'introduzione nei diversi paesi di complesse procedure di certificazione e autorizzazione, che sono in continua evoluzione. Tutto questo richiede una dimestichezza con le norme di settore e un continuo aggiornamento tecnico-normativo: sono indispensabili per le imprese competenze adeguate, in grado di affrontare tematiche tecnico-scientifiche e di adempiere a quanto prevedono le norme nazionali ed internazionali. Comprendere le opportunità, conoscere le regole e le barriere per l'ingresso in un determinato mercato, è sempre più importante per le imprese interessate ai processi di internazionalizzazione. Per meglio comprendere un mercato/paese, occorre la conoscenza dei peculiari aspetti regolatori, ma anche la conoscenza della specifica cultura, tradizione, società. In questo quadro, conoscere e praticare le norme non è sufficiente, sapere come evolvono le norme e le regole è per le imprese un fattore determinante per la competitività.

L’approccio del ciclo di vita applicato a sistemi di gestione ambientale: il caso dell’aeroporto Falcone – Borsellino di Palermo

La tesi tratta l’analisi preliminare dell’Organization Environmental Footprint (OEF) dell’ente gestore dell’aeroporto Falcone - Borsellino di Palermo (GES.A.P.). Viene inoltre sviluppato un nuovo metodo per la classificazione degli aspetti ambientali utilizzabile all’interno del Sistema di Gestione Ambientale (SGA) attualmente utilizzato dall’ente GES.A.P. Dopo un'introduzione sulle ragioni che hanno portato allo sviluppo di questi strumenti, vengono approfondite le fasi necessarie per la loro applicazione, specificate nella guida metodologica sull’OEF e nella norma ISO 14001. I dati raccolti per il calcolo dell’OEF sono stati inseriti in un modello dell’organizzazione creato con il software GaBi7 al fine di stimare gli impatti ambientali dell’organizzazione negli anni analizzati. In questo lavoro viene effettuata un’analisi del metodo EMRG (Environmental Management Research Group) utilizzato per l’individuazione e la classificazione degli aspetti ambientali nell’ambito del SGA (certificato ISO 14001:2004) di GESAP e delle innovazioni introdotte nella versione 2015 della norma ISO 14001. Viene suggerito un metodo alternativo basato sull’integrazione dei risultati di un'analisi Life Cicle Assessment (LCA), svolta tramite l’OEF, con la metodologia EMRG, attualmente impiegata, al fine di avviare il processo di transizione del SGA verso l’aggiornamento-consegna richiesto dalla ISO14001:2015. Dall’applicazione del metodo viene ricavata una nuova gerarchia degli aspetti ambientali di GESAP utilizzabile per l’implementazione del suo SGA.

Analisi dei fenomeni franosi lenti nell'abitato di Gaggio Montano mediante interferometria radar

I movimenti lenti delle colate in terra sono una caratteristica geomorfologica comune nell’Appennino settentrionale e sono uno dei principali agenti di modellazione del paesaggio. Spesso case e piccoli centri abitati sorgono in zone affette da questo tipo di movimento franoso e di conseguenza subiscono danni causati da piccoli spostamenti. In questo lavoro di Tesi vengono presentati i risultati ottenuti dall’interferometria radar ad apertura sintetica (InSAR) mediante elaborazione tramite StaMPS (Stanford Method of Persistent Scatterers), utilizzando la tecnica avanzata Small Baseline Subset (Berardino et al., 2002). Questo metodo informatico è applicato alle acquisizioni rilevate dai satelliti Envisat e COSMO-SkyMed in orbita ascendente e discendente, ottenendo una copertura di dati che va dal 2004 al 2015, oltre ad un rilevamento geologico-geomorfologico in dettaglio eseguito nell’area di studio. Questa tecnica di telerilevamento è estremamente efficace per il monitoraggio dei fenomeni di deformazione millimetrica che persistono sulla superficie terrestre, basata sull'impiego di serie temporali d’immagini radar satellitari (Ferretti et al., 2000). Lo studio è stato realizzato nel paese di Gaggio Montano nell’Appennino bolognese. In questa zona sono stati identificati diversi corpi di frana che si muovono con deformazioni costanti durante il tempo di investigazione e grazie ai risultati ottenuti dai satelliti è possibile confrontare tale risultato. Gli spostamenti misurati con il metodo InSAR sono dello stesso ordine di grandezza dei movimenti registrati dai sondaggi inclinometrici. Le probabili cause dell’instabilità di versante a Gaggio Montano sono di natura antropica, in quanto alti tassi di deformazione sono presenti nelle zone dove sorgono case di recente costruzione e complessi industriali. Un’altra plausibile spiegazione potrebbe essere data dalla ricarica costante d’acqua, proveniente dagli strati dei Flysch verso l’interno del complesso caotico sottostante, tale dinamica causa un aumento della pressione dell’acqua nelle argille e di conseguenza genera condizioni d’instabilità sul versante. Inoltre, i depositi franosi rilevati nell’area di studio non mostrano nessun tipo di variazione dovuta ad influenze idrologiche. Per questo motivo le serie temporali analizzare tendo ad essere abbastanza lineari e costanti nel tempo, non essendo influenzate da cicli stagionali.

Sistemi Brain Computer Interface: dalla macchina al paziente

C’è un crescente interesse nella comunità scientifica per l’applicazione delle tecniche della bioingegneria nel campo delle interfacce fra cervello e computer. Questo interesse nasce dal fatto che in Europa ci sono almeno 300.000 persone con paralisi agli arti inferiori, con una età media piuttosto bassa (31 anni), registrandosi circa 5.000 nuovi casi ogni anno, in maggioranza dovuti ad incidenti automobilistici. Tali lesioni traumatiche spinali inducono delle disfunzioni sensoriali a causa dell’interruzione tra gli arti e i centri sopraspinali. Per far fronte a questi problemi gli scienziati si sono sempre più proiettati verso un nuovo settore: il Brain Computer Interaction, ossia un ambito della ricerca volto alla costruzione di interfacce in grado di collegare direttamente il cervello umano ad un dispositivo elettrico come un computer.

Effects of cardiology review of the electrocardiogram in patients with suspected acute coronary syndromes

Misclassification of the electrocardiogram (ECG) contributes to treatment errors in patients with acute coronary syndrome. We hypothesized that cardiology ECG review could reduce these errors.

Use of intraoperative fourier-domain anterior segment optical coherence tomography during descemet stripping endothelial keratoplasty

To evaluate the intraoperative use of handheld Fourier-domain optical coherence tomography (OCT) during Descemet stripping automated endothelial keratoplasty (DSAEK) to assess the donor-host interface.

Coherent phase contrast imaging of THz phonon-polariton tunneling

We report on coherent spatiotemporal imaging of single-cycle THz waves in frustrated total internal reflection geometry. Our technique yields images of the spatiotemporal electric field distribution before and after tunneling through an air gap in between two LiNbO3 crystals. Measurements of the reflected and the transmitted THz waveforms for different tunnel distances allow for a direct comparison with results from a causal linear dispersion theory and excellent agreement is found.