The use of mobile single-sided NMR for the diagnosis of osteoporosis: a preliminary study

Una nuova ed originale tecnica è stata messa a punto, finalizzata alla realizzazione di una procedura per la diagnosi dell’osteoporosi, mediante l’utilizzo di scanner low field single-sided NMR. Tre differenti scanner (NMR MOLE, MOUSE PM 10 e MOUSE PM5) sono stati usati per determinare il Bone Volume-to-Total Volume ratio (BV/TV), parametro che fornisce indicazioni sulla microstruttura dell’osso. I risultati sono stati confrontati con le analisi micro-CT. Gli esperimenti sono stati condotti nel Lab. NMR del dipartimento DIFA di UNIBO e nel Lab. NMR della Victoria University di Wellington (NZ), durante un periodo di visita di cinque mesi, supportato da una borsa di studio della “Facoltà di Scienze” di UNIBO. Le analisi micro-CT sono state condotte presso il Lab. di Tecnologie Mediche dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna. La ricerca è stata parzialmente finanziata dalla “Fondazione del Monte di Bologna e Ravenna”. La caratterizzazione dell’osso trabecolare di campioni animali e dei tessuti che lo circondano (come cartilagine e muscolo) è stata condotta tramite mappe di correlazione T1-T2 e D-T2 , dove T1 e T2 sono, rispettivamente, il tempo di rilassamento longitudinale e trasversale del nucleo 1H, e D è il coefficiente di autodiffusione molecolare. E’ stata sviluppata una sequenza di impulsi (Diffusion-Weighted T1-T2) per ottenere mappe T1-T2 pesate in diffusione. I risultati hanno consentito di mettere a punto una procedura che elimina il segnale NMR proveniente da cartilagine e muscolo, rendendo più realistico lo scenario di applicazione in-vivo. I tre diversi dispositivi NMR hanno dato risultati consistenti tra loro e con le immagini micro-CT. L’intera catena di esperimenti condotti ha mostrato che dispositivi NMR single-sided possono essere usati per valutare il BV/TV di ossa trabecolari, con il vantaggio di essere portatili, a basso costo e non invasivi, permettendo campagne di screening della popolazione a rischio osteoporosi.

Carcinoma ex pleomorphic adenoma in a minor salivary gland: report of a case

BACKGROUND: Carcinoma ex pleomorphic adenoma is exceedingly rare in minor salivary glands of the oral cavity. We present a case of carcinoma ex pleomorphic adenoma (CEPA) of the buccal mucosa in a 47-year-old Turkish patient. The buccal mass was of a size of 1.5 cm located in the left cheek. Pleomorphic adenoma was the tentative diagnosis. METHODS: The tumor was removed under local anesthesia. Histopathologic evaluation revealed a preexisting pleomorphic adenoma associated with adenoid tumor component with tubulo-cystic and papillary or pseudopapillary structures; CEPA was diagnosed. Capsular integrity was incomplete with infiltration by islands of metaplastic/dysplastic epithelium. RESULTS: Secondary surgery of the site was performed. No tumor tissue could be detected in the resection specimen. The patient is free of recurrence since 9 months.

In vitro and in vivo characterization of novel 18F-labeled bombesin analogues for targeting GRPR-positive tumors

The gastrin-releasing peptide receptor (GRPR) is overexpressed on a number of human tumors and has been targeted with radiolabeled bombesin analogues for the diagnosis and therapy of these cancers. Seven bombesin analogues containing various linkers and peptide sequences were designed, synthesized, radiolabeled with (18)F, and characterized in vitro and in vivo as potential PET imaging agents. Binding studies displayed nanomolar binding affinities toward human GRPR for all synthesized bombesin analogues. Two high-affinity peptide candidates 6b (K(i) = 0.7 nM) and 7b (K(i) = 0.1 nM) were chosen for further in vivo evaluation. Both tracers revealed specific uptake in GRPR-expressing PC-3 tumors and the pancreas. Compared to [(18)F]6b, compound [(18)F]7b was characterized by superior tumor uptake, higher specificity of tracer uptake, and more favorable tumor-to-nontarget ratios. In vivo PET imaging allowed for the visualization of PC-3 tumor in nude mice suggesting that [(18)F]7b is a promising PET tracer candidate for the diagnosis of GRPR-positive tumors in humans.

In vitro tests in drug hypersensitivity diagnosis

The diagnosis of a drug hypersensitivity reaction (DHR) is a challenging task because multiple and complex mechanisms are involved. Better understanding of immunologic pathomechanisms in DHRs and rapid progress in cellular-based in-vitro tests can help to adjust the correct diagnostic strategy to individual patients with different clinical manifestations of drug allergy. Thus, drug hypersensitivity diagnosis needs to rely on a combination of medical history and different in vivo and in vitro tests. In this article, the authors discuss current in vitro techniques, most recent findings, and new promising tools in the diagnosis of T-cell-mediated drug hypersensitivity.

IN-VIVO CT DOSIMETRY DURING VIRTUAL COLONOSCOPY

Virtual colonoscopy (VC) is a minimally invasive means for identifying colorectal polyps and colorectal lesions by insufflating a patient’s bowel, applying contrast agent via rectal catheter, and performing multi-detector computed tomography (MDCT) scans. The technique is recommended for colonic health screening by the American Cancer Society but not funded by the Centers for Medicare and Medicaid Services (CMS) partially because of potential risks from radiation exposure. To date, no in‐vivo organ dose measurements have been performed for MDCT scans; thus, the accuracy of any current dose estimates is currently unknown. In this study, two TLDs were affixed to the inner lumen of standard rectal catheters used in VC, and in-vivo rectal dose measurements were obtained within 6 VC patients. In order to calculate rectal dose, TLD-100 powder response was characterized at diagnostic doses such that appropriate correction factors could be determined for VC. A third-order polynomial regression with a goodness of fit factor of R2=0.992 was constructed from this data. Rectal dose measurements were acquired with TLDs during simulated VC within a modified anthropomorphic phantom configured to represent three sizes of patients undergoing VC. The measured rectal doses decreased in an exponential manner with increasing phantom effective diameter, with R2=0.993 for the exponential regression model and a maximum percent coefficient of variation (%CoV) of 4.33%. In-vivo measurements yielded rectal doses ranged from that decreased exponentially with increasing patient effective diameter, in a manner that was also favorably predicted by the size specific dose estimate (SSDE) model for all VC patients that were of similar age, body composition, and TLD placement. The measured rectal dose within a younger patient was favorably predicted by the anthropomorphic phantom dose regression model due to similarities in the percentages of highly attenuating material at the respective measurement locations and in the placement of the TLDs. The in-vivo TLD response did not increase in %CoV with decreasing dose, and the largest %CoV was 10.0%.

Pulmonary aspergilloma: A rare differential diagnosis to lung cancer after positive FDG PET scan

Early diagnosis and treatment of lung cancer, one of the leading causes of cancer-related death, is important to improve morbidity and mortality. Therefore any suspect solitary pulmonary nodule should prompt the pursuit for a definitive histological diagnosis. We describe the case of a 55-years-old male ex-smoker, who was admitted to our hospital due to recurrent hemoptysis and dry cough. A CT scan showed an irregular nodule of increasing size (28 mm in diameter) in the left lower lobe (LLL). A whole body PET-CT scan (643 MBq F-18 FDG i.v.) was performed and confirmed an avid FDG uptake of the nodule in the LLL, highly suspicious of lung cancer, without any evidence of lymphogenic or hematogenic metastasis. Bronchoscopy was not diagnostic and due to severe adhesions after prior chest trauma and the central location of the nodule, a lobectomy of the LLL was performed. Surprisingly, histology showed a simple aspergilloma located in a circumscribed bronchiectasis with no evidence of malignancy. This is a report of an informative example of an aspergilloma, which presented with symptoms and radiological features of malignant lung cancer.

Intracoronary imaging of coronary atherosclerosis: validation for diagnosis, prognosis and treatment.

While coronary atherosclerosis is a leading cause of mortality, evaluation of coronary lesions was previously limited to either indirect angiographic assessment of the lumen silhouette or post mortem investigations. Intracoronary (IC) imaging modalities have been developed that allow for visualization and characterization of coronary atheroma in living patients. Used alone or in combination, these modalities have enhanced our understanding of pathobiological mechanisms of atherosclerosis, identified factors responsible for disease progression, and documented the ability of various medications to reverse the processes of plaque growth and destabilization. These methodologies have established a link between in vivo plaque characteristics and subsequent coronary events, thereby improving individual risk stratification, paving the way for risk-tailored systemic therapies and raising the option for pre-emptive interventions. Moreover, IC imaging is increasingly used during coronary interventions to support therapeutic decision-making in angiographically inconclusive disease, guide and optimize procedural results in selected lesion and patient subsets, and unravel mechanisms underlying stent failure. This review aims to summarize current evidence regarding the role of IC imaging for diagnosis and risk stratification of coronary atherosclerosis, and to describe its clinical role for guiding percutaneous coronary interventions. Future perspectives for in-depth plaque characterization using novel techniques and multimodality imaging approaches are also discussed.

Influence of contact points on the performance of caries detection methods in approximal surfaces of primary molars: an in vivo study

This in vivo study aimed to evaluate the influence of contact points on the approximal caries detection in primary molars, by comparing the performance of the DIAGNOdent pen and visual-tactile examination after tooth separation to bitewing radiography (BW). A total of 112 children were examined and 33 children were selected. In three periods (a, b, and c), 209 approximal surfaces were examined: (a) examiner 1 performed visual-tactile examination using the Nyvad criteria (EX1); examiner 2 used DIAGNOdent pen (LF1) and took BW; (b) 1 week later, after tooth separation, examiner 1 performed the second visual-tactile examination (EX2) and examiner 2 used DIAGNOdent again (LF2); (c) after tooth exfoliation, surfaces were directly examined using DIAGNOdent (LF3). Teeth were examined by computed microtomography as a reference standard. Analyses were based on diagnostic thresholds: D1: D 0 = health, D 1 –D 4 = disease; D2: D 0 , D 1 = health, D 2 –D 4 = disease; D3: D 0 –D 2 = health, D 3 , D 4 = disease. At D1, the highest sensitivity/specificity were observed for EX1 (1.00)/LF3 (0.68), respectively. At D2, the highest sensitivity/ specificity were observed for LF3 (0.69)/BW (1.00), respectively. At D3, the highest sensitivity/specificity were observed for LF3 (0.78)/EX1, EX2 and BW (1.00). EX1 showed higher accuracy values than LF1, and EX2 showed similar values to LF2. We concluded that the visual-tactile examination showed better results in detecting sound surfaces and approximal caries lesions without tooth separation. However, the effectiveness of approximal caries lesion detection of both methods was increased by the absence of contact points. Therefore, regardless of the method of detection, orthodontic separating elastics should be used as a complementary tool for the diagnosis of approximal noncavitated lesions in primary molars.

Targeted cancer diagnosis with radiolabeled endostatin

Nuclear imaging is used for non-invasive detection, staging and therapeutic monitoring of tumors through the use of radiolabeled probes. Generally, these probes are used for applications in which they provide passive, non-specific information about the target. Therefore, there is a significant need for actively-targeted radioactive probes to provide functional information about the site of interest. This study examined endostatin, an endogenous inhibitor of tumor angiogenesis, which has affinity for tumor vasculature. The major objective of this study was to develop radiolabeled analogues of endostatin through novel chemical and radiochemical syntheses, and to determine their usefulness for tumor imaging using in vitro and in vivo models of vascular, mammary and prostate tumor cells. I hypothesize that this binding will allow for a non-invasive approach to detection of tumor angiogenesis, and such detection can be used for therapeutic monitoring to determine the efficacy of anti-angiogenic therapy. ^ The data showed that endostatin could be successfully conjugated to the bifunctional chelator ethylenedicysteine (EC), and radiolabeled with technetium-99m and gallium-68, providing a unique opportunity to use a single precursor for both nuclear imaging modalities: 99mTc for single photon emission computed tomography and 68Ga for positron emission tomography, respectively. Both radiolabeled analogues showed increased binding as a function of time in human umbilical vein endothelial cells and mammary and prostate tumor cells. Binding could be blocked in a dose-dependent manner by unlabeled endostatin implying the presence of endostatin receptors on both vascular and tumor cells. Animal biodistribution studies demonstrated that both analogues were stable in vivo, showed typical reticuloendothelial and renal excretion and produced favorable absorbed organ doses for application in humans. The imaging data provide evidence that the compounds quantitate tumor volumes with clinically-useful tumor-to-nontumor ratios, and can be used for treatment follow-up to depict changes occurring at the vascular and cellular levels. ^ Two novel endostatin analogues were developed and demonstrated interaction with vascular and tumor cells. Both can be incorporated into existing nuclear imaging platforms allowing for potential wide-spread clinical benefit as well as serving as a diagnostic tool for elucidation of the mechanism of action of endostatin. ^

Near infra-red-activatable nanocarriers for selective cancer diagnosis and treatment

Standard treatment strategies for cancer patients include surgery, radiation therapy, and chemotherapy. Although these strategies have been proven effective, they also have associated limitations. An attractive and innovative approach that can be used alone or in combination with the above modalities is based on the systemic or topical administration of a nanomaterial-based photoactive compound. Interaction with light in the near infrared (NIR) region results in either emission of fluorescence, which can be used for photodetection, or absorption of light which results in phototherapy. Nanomaterials have the advantage of providing multi-functional and unique properties in a single device that cannot be readily acquired with conventional small molecular weight compounds. ^ In this study, three different novel nanocarrier systems were designed and evaluated in mediating photodetection and phototherapy in the NIR. The first compound synthesized was a dual-labeled magnetic resonance/optical imaging agent for sentinel lymph node mapping and biopsy. This dual-labeled agent combines the high resolution of magnetic resonance imaging with the highly sensitive detection of optical imaging. The second imaging agent was an activatable optical imaging agent used to monitor cathepsin B activity in vivo and to probe the degradation of poly(L-glutamic acid). This polymeric nanocarrier offers highly sensitive technique for the detection of enzymatic activity, with is not yet possible with small molecular weight compounds. The third agent was a C225-conjugated hollow nanoshell that is targeted to epidermal growth factor receptors. This targeting agent has been demonstrated to mediate photothermal therapy both in vitro and in vivo. ^ These nanocarrier systems are an invaluable tool for the detection of cancer and many other diseases. With improved targeted delivery of these agents, the ability to diagnose diseases will become more sensitive and more specific. Finally, when designed properly, these agents would allow concurrent diagnosis and treatment of patients of various diseases. ^

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Functional Optical Coherence Tomography: In Vivo Applications in Dermatology and Neuroscience

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06