Étude de la toxicité causée par le gène C9orf72 dans la Sclérose Latérale Amyotrophique

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui affecte les neurones moteurs. 10% des cas sont des cas familiaux et l’étude de ces familles a mené à la découverte de plusieurs gènes pouvant causer la SLA, incluant SOD1, TARDBP et FUS. L’expansion de la répétition GGGGCC dans le gène C9orf72 est, à ce jour, la cause la plus connue de SLA. L’impact de cette expansion est encore méconnu et il reste à déterminer si la toxicité est causée par un gain de fonction, une perte de fonction ou les deux. Plusieurs gènes impliqués dans la SLA sont conservés entre le nématode Caenorhabditis elegans et l’humain. C. elegans est un vers transparent fréquemment utilisé pour des études anatomiques, comportementales et génétiques. Il possède une lignée cellulaire invariable qui inclue 302 neurones. Aussi, les mécanismes de réponse au stress ainsi que les mécanismes de vieillissement sont très bien conservés entre ce nématode et l’humain. Donc, notre groupe, et plusieurs autres, ont utilisé C. elegans pour étudier plusieurs aspects de la SLA. Pour mieux comprendre la toxicité causée par l’expansion GGGGCC de C9orf72, nous avons développé deux modèles de vers pour étudier l’impact d’une perte de fonction ainsi que d’un gain de toxicité de l’ARN. Pour voir les conséquences d’une perte de fonction, nous avons étudié l’orthologue de C9orf72 dans C. elegans, alfa-1 (ALS/FTD associated gene homolog). Les vers mutants alfa-1(ok3062) développent des problèmes moteurs causant une paralysie et une dégénérescence spécifique des neurones moteurs GABAergiques. De plus, les mutants sont sensibles au stress osmotique qui provoque une dégénérescence. D’autre part, l’expression de la séquence d’ARN contenant une répétition pathogénique GGGGCC cause aussi des problèmes moteurs et de la dégénérescence affectant les neurones moteurs. Nos résultats suggèrent donc qu’un gain de toxicité de l’ARN ainsi qu’une perte de fonction de C9orf72 sont donc toxiques pour les neurones. Puisque le mouvement du vers peut être rapidement évalué en cultivant les vers dans un milieu liquide, nous avons développé un criblage de molécules pouvant affecter le mouvement des vers mutants alfa-1 en culture liquide. Plus de 4 000 composés ont été évalués et 80 ameliore la mobilité des vers alfa-1. Onze molécules ont aussi été testées dans les vers exprimant l’expansion GGGGCC et huit diminuent aussi le phénotype moteur de ces vers. Finalement, des huit molécules qui diminent la toxicité causée par la perte de fonction de C9orf72 et la toxicité de l’ARN, deux restaurent aussi l’expression anormale de plusieurs transcrits d’ARN observée dans des cellules dérivées de patient C9orf72. Avec ce projet, nous voulons identifier des molécules pouvant affecter tous les modes de toxicité de C9orf72 et possiblement ouvrir de nouvelles avenues thérapeutiques

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Development of procedures for the triazole fungicides determination in fruits and liquid samples using microextraction techniques and chromatographic separation

Agricultural crops can be damaged by funguses, insects, worms and other organisms that cause diseases and decrease the yield of production. The effect of these damaging agents can be reduced using pesticides. Among them, triazole compounds are effective substances against fungus; for example, Oidium. Nevertheless, it has been detected that the residues of these fungicides in foods as well as in derivate products can affect the health of the consumers. Therefore, the European Union has established several regulations fixing the maximum residue of pesticide levels in a wide range of foods trying to assure the consumer safety. Hence, it is very important to develop adequate methods to determine these pesticide compounds. In most cases, gas or liquid chromatographic (GC, LC) separations are used in the analysis of the samples. But firstly, it is necessary to use proper sample treatments in order to preconcentrate and isolate the target analytes. To reach this aim, microextraction techniques are very effective tools; because allow to do both preconcentration and extraction of the analytes in one simple step that considerably reduces the source of errors. With these objectives, two remarkable techniques have been widely used during the last years: solid phase microextraction (SPME) and liquid phase microextraction (LPME) with its different options. Both techniques that avoid the use or reduce the amount of toxic solvents are convenient coupled to chromatographic equipments providing good quantitative results in a wide number of matrices and compounds. In this work simple and reliable methods have been developed using SPME and ultrasound assisted emulsification microextraction (USAEME) coupled to GC or LC for triazole fungicides determination. The proposed methods allow confidently determine triazole concentrations of μg L‐1 order in different fruit samples. Chemometric tools have been used to accomplish successful determinations. Firstly, in the selection and optimization of the variables involved in the microextraction processes; and secondly, to overcome the problems related to the overlapping peaks. Different fractional factorial designs have been used for the screening of the experimental variables; and central composite designs have been carried out to get the best experimental conditions. Trying to solve the overlapping peak problems multivariate calibration methods have been used. Parallel Factor Analysis 2 (PARAFAC2), Multivariate Curve Resolution (MCR) and Parallel Factor Analysis with Linear Dependencies (PARALIND) have been proposed, the adequate algorithms have been used according to data characteristics, and the results have been compared. Because its occurrence in Basque Country and its relevance in the production of cider and txakoli regional wines the grape and apple samples were selected. These crops are often treated with triazole compounds trying to solve the problems caused by the funguses. The peel and pulp from grape and apple, their juices and some commercial products such as musts, juice and cider have been analysed showing the adequacy of the developed methods for the triazole determination in this kind of fruit samples.

Candidaemia or Candidasis: Controversy of Staphylococcus Sexually Transmitted Infection?

Herbal medications are becoming increasingly popular but a most-extraordinary claim by traditional/herbal medical practitioners relates to a Gram-positive bacterium, Staphylococcus , which has been depicted as a deadly sexually transmitted disease that manifest in the form of worms and other symptoms; with contributory roles including infertility, sexual dysfunction and impotency. They further boasted that they are the only ones that possessed the remedy (herbal) for the Staphylococcus sexually transmitted scourge. In the absence of distinguishing phenotypic taxonomic tools, Staphylococcus and Candida spp. may be confused for each other. However, Staphylococcus is a bacterium and not an infection; therefore, there must be more to the traditional medical practitioners’ boasts in ability to cure an infection that was not an infection in the first place. In conclusion, the common sense is that candiaemia or candidiasis is most likely the misdiagnosed sexually transmitted Staphylococcus disease, which is of significant human clinical health issue.

Improvement of the oral praziquantel anthelmintic effect by cyclodextrin complexation

Schistosomiasis is a parasitic disease which kills a half million people per year, a I I over the world. Praziquantel (PZQ) is the drug-of-choice for schistosomiasis because of its effectiveness, ease of administration, and low cost. However, poor solubility restricts its delivery, especially via the oral route. In this study, we describe beta-cyclodextrin (beta-CD) complexation as an alternative to improve the PZQ bioavailability. Physicochemical analysis were performed to characterize the inclusion complex formed between PZQ and beta-CD. Differential scanning calorimetry (DSC) thermograms and morphological analysis using scanning electronic microscopy (SEM) gave evidences of the complex formation. Diffusion NMR experiments allowed determination of the fraction of PZQ bound to beta-CD (37%) and the association constant (941 +/- 47 M(-1)). The in vivo evaluation of the complexation on the effect of PZQ was performed on mice infected with Schistosoma mansoni (BH strain); after 15 days of treatment with the PZQ:beta-CD complex the efficacy, evaluated by the number of remaining alive worms, was 99%, against 59% elicited by plain PZQ.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Routex: un Router Multitecnologia per Internet of Things

L'Internet of Things (IoT) è oggetto di grande interesse per la ricerca e per l'industria. Le numerose tecnologie che sono state sviluppate rendono possibile la creazione di nuovi e utili servizi, ma introducono problemi legati alla reciproca incompatibilità. Nell'elaborato si analizza nel dettaglio questa situazione e si descrive l'implementazione di un sistema che ha come obiettivo la realizzazione di una rete composta da dispositivi che fanno uso di tecnologie differenti. Il progetto usa un Raspberry Pi come router, il cui scopo è quello di gestire le differenze fra gli standard di comunicazione utilizzati. Le tecnologie wireless supportate sono: WiFi, Bluetooth, ZigBee, nRF24L01 e moduli radio 433MHz. Sulla rete cosi formata è inoltre possibile lo sviluppo di applicazioni IoT, grazie alle logiche di funzionamento messe a disposizione dal sistema.

Sistema di navigazione aumentata per Smart Glasses

Questa tesi si pone come obiettivo di arricchire l’applicazione per dispositivi Android creata da OpenTripPlanner, aggiungendo funzionalità di navigazione aumentata, rendendola utilizzabile da Smart Glasses. L’utente sarà guidato a passo a passo nel percorso grazie a informazioni visive e uditive sulle direzioni da prendere. L’applicazione può essere personalizzata per l’utente che la sta utilizzando grazie alla possibilità di inserire le proprie generalità e informazioni, utili per calcolare le calorie bruciate dall’utente durante il tragitto. All’applicazione l’utente può anche connettere, tramite Bluetooth, un mi band. In questo modo, una volta raggiunta la destinazione prescelta l’utente può avere informazioni sul numero di passi effettuati durante il tragitto e le calorie bruciate.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Life history of a native emydid turtle (Malaclemys terrapin centrata) on the remote oceanic islands of Bermuda

Diamondback terrapins (Malaclemys terrapin) are native to the remote oceanic islands of Bermuda and presently inhabit only four small brackish water ponds on a private golf course. The life history of this species is poorly understood on Bermuda and so the aim of this study was to fill these knowledge gaps, to compare the results with what is known from other areas in the North American range, and to inform the development of a local management plan. The results of a mark-recapture census revealed that ca. 100 individuals ≥81 mm straight carapace length live on Bermuda, of which nearly half (48.5%) were considered sexually mature. The population is dominated by females (sex ratio 2.9:1) and annual recruitment over the three year period was found to be extremely low (approximately two terrapins). Female diamondback terrapins in Bermuda nest almost exclusively within a limited number of sand bunkers on the golf course. Nesting commenced in late March or early April and ended in late August. Peak oviposition was observed in May and June. Clutch size averaged 5.1 eggs (range 0-10; SD 2.4) and the incubation period averaged 61.8 days (range 49-83; SD 10.5). Delayed emergence was documented, with 43.8% of the hatchlings remaining in their natal nests over the winter months. The mean annual hatching success rate was determined to be 19% (range 17.6-21; SD 1.9). Radio-telemetry was used to investigate the movements and survivorship of postemergent hatchling diamondback terrapins. The results indicated that mangrove swamps and grass-dominated marshes adjacent to the ponds are important developmental habitats for hatchlings. Yellow-crowned night herons (Nyctanassa violacea) were found to be significant predators of small terrapins during spring emergence. Small aquatic gastropods comprised 66.7% of the faecal samples analysed from the Bermudian population. Scavenged fish and vertebrate animal remains, terrestrial arthropods, polychaete worms and bivalves were consumed in lesser amounts. Sediment from the pond environment was found in 74% of the faecal samples analysed and is believed to have been incidentally ingested while foraging for the small benthic gastropods. Eco-toxicological analyses of the pond sediment, prey and terrapin eggs showed that the Bermudian diamondback terrapins live and feed in wetland habitats characterised by chronic, multifactorial contamination; principally total petroleum hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons and a variety of heavy metals. This study found that some of those contaminants are accumulating in the gastropod prey as well as being transferred to terrapin eggs. This may be reducing the incidence of successful embryonic development for this species in Bermuda and may likely contribute to the observed low hatching rates. These collective findings indicate that the Bermudian population is very vulnerable to local extirpation.

Feeding ecology and trophic relationships of fish species in the lower Guadiana River Estuary and Castro Marim e Vila Real de Santo Antonio Salt Marsh

In this study we analyze the feeding ecology and trophic relationships of some of the main fish species (Soleidae, Moronidae, Mullidae, Sparidae, Mugilidae, and Batrachoididae) of the lower Estuary of the Guadiana River and the Castro Marim e Vila Real de Santo Antonio Salt Marsh. We examined the stomachs of 1415 fish caught monthly between September 2000 and August 2001. Feeding indices and coefficients were determined and used along with the results of multivariate analysis to develop diagrams of trophic interactions (food webs). Results show that these species are largely opportunistic predators. The most important prey items are amphipods, gobies (Gobiidae), shrimps (Palaemon serratus and Crangon crangon), and polychaete worms. The lower Estuary and associated salt marshes are important nurseries and feeding grounds for the species studied. In this area, it is therefore important to monitor the effects of changes in river runoff, nutrient input, and temperature that result from construction of the Alqueva Dam upstream. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Wireless solutions for the industrial internet of things

The fourth industrial revolution is paving the way for Industrial Internet of Things applications where industrial assets (e.g., robotic arms, valves, pistons) are equipped with a large number of wireless devices (i.e., microcontroller boards that embed sensors and actuators) to enable a plethora of new applications, such as analytics, diagnostics, monitoring, as well as supervisory, and safety control use-cases. Nevertheless, current wireless technologies, such as Wi-Fi, Bluetooth, and even private 5G networks, cannot fulfill all the requirements set up by the Industry 4.0 paradigm, thus opening up new 6G-oriented research trends, such as the use of THz frequencies. In light of the above, this thesis provides (i) a broad overview of the main use-cases, requirements, and key enabling wireless technologies foreseen by the fourth industrial revolution, and (ii) proposes innovative contributions, both theoretical and empirical, to enhance the performance of current and future wireless technologies at different levels of the protocol stack. In particular, at the physical layer, signal processing techniques are being exploited to analyze two multiplexing schemes, namely Affine Frequency Division Multiplexing and Orthogonal Chirp Division Multiplexing, which seem promising for high-frequency wireless communications. At the medium access layer, three protocols for intra-machine communications are proposed, where one is based on LoRa at 2.4 GHz and the others work in the THz band. Different scheduling algorithms for private industrial 5G networks are compared, and two main proposals are described, i.e., a decentralized scheme that leverages machine learning techniques to better address aperiodic traffic patterns, and a centralized contention-based design that serves a federated learning industrial application. Results are provided in terms of numerical evaluations, simulation results, and real-world experiments. Several improvements over the state-of-the-art were obtained, and the description of up-and-running testbeds demonstrates the feasibility of some of the theoretical concepts when considering a real industry plant.

Hybrid ground-aerial mesh networks for IoT monitoring applications: network design and software platform development

The Internet of Things (IoT) has grown rapidly in recent years, leading to an increased need for efficient and secure communication between connected devices. Wireless Sensor Networks (WSNs) are composed of small, low-power devices that are capable of sensing and exchanging data, and are often used in IoT applications. In addition, Mesh WSNs involve intermediate nodes forwarding data to ensure more robust communication. The integration of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in Mesh WSNs has emerged as a promising solution for increasing the effectiveness of data collection, as UAVs can act as mobile relays, providing extended communication range and reducing energy consumption. However, the integration of UAVs and Mesh WSNs still poses new challenges, such as the design of efficient control and communication strategies. This thesis explores the networking capabilities of WSNs and investigates how the integration of UAVs can enhance their performance. The research focuses on three main objectives: (1) Ground Wireless Mesh Sensor Networks, (2) Aerial Wireless Mesh Sensor Networks, and (3) Ground/Aerial WMSN integration. For the first objective, we investigate the use of the Bluetooth Mesh standard for IoT monitoring in different environments. The second objective focuses on deploying aerial nodes to maximize data collection effectiveness and QoS of UAV-to-UAV links while maintaining the aerial mesh connectivity. The third objective investigates hybrid WMSN scenarios with air-to-ground communication links. One of the main contribution of the thesis consists in the design and implementation of a software framework called "Uhura", which enables the creation of Hybrid Wireless Mesh Sensor Networks and abstracts and handles multiple M2M communication stacks on both ground and aerial links. The operations of Uhura have been validated through simulations and small-scale testbeds involving ground and aerial devices.

Design of a wearable platform for PPG analysis with multicore low-power processor

Photoplethysmography (PPG) sensors allow for noninvasive and comfortable heart-rate (HR) monitoring, suitable for compact wearable devices. However, PPG signals collected from such devices often suffer from corruption caused by motion artifacts. This is typically addressed by combining the PPG signal with acceleration measurements from an inertial sensor. Recently, different energy-efficient deep learning approaches for heart rate estimation have been proposed. To test these new solutions, in this work, we developed a highly wearable platform (42mm x 48 mm x 1.2mm) for PPG signal acquisition and processing, based on GAP9, a parallel ultra low power system-on-chip featuring nine cores RISC-V compute cluster with neural network accelerator and 1 core RISC-V controller. The hardware platform also integrates a commercial complete Optical Biosensing Module and an ARM-Cortex M4 microcontroller unit (MCU) with Bluetooth low-energy connectivity. To demonstrate the capabilities of the system, a deep learning-based approach for PPG-based HR estimation has been deployed. Thanks to the reduced power consumption of the digital computational platform, the total power budget is just 2.67 mW providing up to 5 days of operation (105 mAh battery).

Progettazione e simulazione di un attacco sniffing su un dispositivo wearable

Oggigiorno, grazie al progresso tecnologico nel settore informatico e alla vasta diffusione dei dispositivi mobili all'interno del mercato mondiale, numerose sono le persone che utilizzando questi prodotti all'interno della vita di tutti giorni e.g. smartphone, smartwatch, smartband, auricolari, tablet, ecc. Per poter utilizzare questi dispositivi, spesso è necessario l'impiego di applicazioni apposite installate sui cellulari di ultima generazione e collegate ai dispositivi che permettono il controllo, la gestione e la raccolta dei dati relativo all'oggetto in questione. Oltre a facilitare le attività giornaliere, questi programmi, potrebbero causare dei problemi agli utenti a causa della ridotta o mancata sicurezza, poiché le informazioni personali come credenziali d'accesso, dati salutistici oppure quelli inerenti ai metodi di pagamento possono essere soggetti ad attacchi informatici. Questa tesi consiste nell'elaborazione di un software composto da un'applicazione Android, uno script Batch e dall'uso di programmi di terze parti, per poter effettuare la simulazione di un attacco sniffing in modo da poter intercettare i dati trasmessi, quali credenziali di accesso, OTP, tramite la tecnologia Bluetooth Low Energy.