Ruolo dei glicosaminoglicani su struttura e funzione dei crimps nei tendini e nei legamenti

The biomechanical roles of both tendons and ligaments are fulfilled by extracellular matrix of these tissues. In particular, tension is mainly transmitted and resisted by fibrous proteins (collagen, elastin), whereas compressive load is absorbed by water-soluble glycosaminoglycans (GAGs). GAGs spanning the interfibrillar spaces and interacting with fibrils also seem to play a part in transmitting and resisting tensile stresses. Apart from different functional roles and collagen array, tendons and ligaments share the same basic structure showing periodic undulations of collagen fibers or crimps. Each crimp is composed of many knots of each single fibril or fibrillar crimps. Fibrillar and fiber crimps act as shock absorbers during the initial elongation of both tendons and ligaments and assist the elastic recoil of fibrils and fibers when the tensile stress is removed. The aim of this thesis was to evaluate whether GAGs directly affect the 3D microstructural integrity of fibrillar crimp and fiber crimps in both tendons and ligaments. Achilles tendons and medial collateral ligaments of the knee from eight female Sprague-Dawley rats (90 days old) were digested with chondroitinase ABC to remove GAGs and observed under a scanning electron microscope (SEM). In addition, isolated fibrils from these tissues obtained by mechanical homogenization were analyzed by a transmission electron microscope (TEM). Both samples digested with chondroitinase ABC or mechanically disrupted still showed crimps and fibrillar crimps comparable to tissues with a normal GAGs content. All fibrils in the fibrillar crimp region always twisted leftwards, thus changing their running plane, and then sharply bent, changing their course on a new plane. These data suggest that GAGs do not affect structural integrity or fibrillar crimps functions that seem mainly related to the local fibril leftward twisting and the alternating handedness of collagen from a molecular to a supramolecular level.

Progetto e sviluppo di un algoritmo per la pianificazione ottimizzata della distribuzione con viaggi sincronizzati

Il lavoro di tesi svolto riguarda la progettazione e lo sviluppo di un algoritmo per la pianificazione ottimizzata della distribuzione con viaggi sincronizzati; il metodo sviluppato è un algoritmo mateuristico. I metodi mateuristici nascono dall’integrazione di algoritmi esatti, utilizzati all’interno di un framework metaeuristico, scelto come paradigma di soluzione del problema. La combinazione di componenti esatte e algoritmi metaeuristici ha lo scopo di sfruttare i vantaggi di entrambi gli approcci: grazie all'uso di componenti esatte, è possibile operare in modo efficace e di concentrarsi su alcuni dei vincoli del problema, mentre, con l'utilizzo di un framework metaeuristico, si può efficacemente esplorare grandi aree dello spazio di ricerca in tempi accettabili. Il problema analizzato nel lavoro di tesi è un problema di trasporto, ovvero il Vehicle Routing Problem con finestre temporali e vincoli di sincronizzazione a coppie (VRPTWPS). Il problema richiede di individuare un piano di organizzazione ottimizzato per i viaggi di consegna merci presso un insieme di clienti; ogni cliente richiede che la consegna avvenga all’interno di orari predefiniti; un sottoinsieme di essi richiede, inoltre, che la consegna venga effettuata con la presenza di esattamente due addetti. La presenza di quest’ultimo vincolo richiede, dunque, che due incaricati, indipendentemente dai viaggi di visita che questi effettuano, si incontrino presso uno stesso cliente nello stesso istante. Il vincolo di sincronizzazione rende il problema difficile da risolvere in maniera ottimizzata con i tradizionali metodi di ricerca locale; da ciò nasce l’uso dei metodi mateuristici per la risoluzione ottimizzata del problema. Grazie all’utilizzo di algoritmi esatti, i metodi mateuristici riescono a trattare in maniera più efficace alcuni vincoli dei problemi da risolvere.

Use of VEGFR-2 targeted microbubbles (BR55, Bracco imaging) for the early ultrasound evaluation of response to antiangiogenic treatment in a xenograft model of hepatocarcinoma

Aim: To evaluate the early response to treatment to an antiangiogenetic drug (sorafenib) in a heterotopic murine model of hepatocellular carcinoma (HCC) using ultrasonographic molecular imaging. Material and Methods: the xenographt model was established injecting a suspension of HuH7 cells subcutaneously in 19 nude mice. When tumors reached a mean diameter of 5-10 mm, they were divided in two groups (treatment and vehicle). The treatment group received sorafenib (62 mg/kg) by daily oral gavage for 14 days. Molecular imaging was performed using contrast enhanced ultrasound (CEUS), by injecting into the mouse venous circulation a suspension of VEGFR-2 targeted microbubbles (BR55, kind gift of Bracco Swiss, Geneve, Switzerland). Video clips were acquired for 6 minutes, then microbubbles (MBs) were destroyed by a high mechanical index (MI) impulse, and another minute was recorded to evaluate residual circulating MBs. The US protocol was repeated at day 0,+2,+4,+7, and +14 from the beginning of treatment administration. Video clips were analyzed using a dedicated software (Sonotumor, Bracco Swiss) to quantify the signal of the contrast agent. Time/intensity curves were obtained and the difference of the mean MBs signal before and after high MI impulse (Differential Targeted Enhancement-dTE) was calculated. dTE represents a numeric value in arbitrary units proportional to the amount of bound MBs. At day +14 mice were euthanized and the tumors analyzed for VEGFR-2, pERK, and CD31 tissue levels using western blot analysis. Results: dTE values decreased from day 0 to day +14 both in treatment and vehicle groups, and they were statistically higher in vehicle group than in treatment group at day +2, at day +7, and at day +14. With respect to the degree of tumor volume increase, measured as growth percentage delta (GPD), treatment group was divided in two sub-groups, non-responders (GPD>350%), and responders (GPD<200%). In the same way vehicle group was divided in slow growth group (GPD<400%), and fast growth group (GPD>900%). dTE values at day 0 (immediately before treatment start) were higher in non-responders than in responders group, with statistical difference at day 2. While dTE values were higher in the fast growth group than in the slow growth group only at day 0. A significant positive correlation was found between VEGFR-2 tissue levels and dTE values, confirming that level of BR55 tissue enhancement reflects the amount of tissue VEGF receptor. Conclusions: the present findings show that, at least in murine experimental models, CEUS with BR55 is feasable and appears to be a useful tool in the prediction of tumor growth and response to sorafenib treatment in xenograft HCC.

Changes in tumor stiffness for early prediction of tumor response to sorafenib: a proof-of-concept study with elastosonography in an animal model of Hepatocellular Carcinoma (HCC)

Background and aims: Sorafenib is the reference therapy for advanced Hepatocellular Carcinoma (HCC). No method exists to predict in the very early period subsequent individual response. Starting from the clinical experience in humans that subcutaneous metastases may rapidly change consistency under sorafenib and that elastosonography a new ultrasound based technique allows assessment of tissue stiffness, we investigated the role of elastonography in the very early prediction of tumor response to sorafenib in a HCC animal model. Methods: HCC (Huh7 cells) subcutaneous xenografting in mice was utilized. Mice were randomized to vehicle or treatment with sorafenib when tumor size was 5-10 mm. Elastosonography (Mylab 70XVG, Esaote, Genova, Italy) of the whole tumor mass on a sagittal plane with a 10 MHz linear transducer was performed at different time points from treatment start (day 0, +2, +4, +7 and +14) until mice were sacrified (day +14), with the operator blind to treatment. In order to overcome variability in absolute elasticity measurement when assessing changes over time, values were expressed in arbitrary units as relative stiffness of the tumor tissue in comparison to the stiffness of a standard reference stand-off pad lying on the skin over the tumor. Results: Sor-treated mice showed a smaller tumor size increase at day +14 in comparison to vehicle-treated (tumor volume increase +192.76% vs +747.56%, p=0.06). Among Sor-treated tumors, 6 mice showed a better response to treatment than the other 4 (increase in volume +177% vs +553%, p=0.011). At day +2, median tumor elasticity increased in Sor-treated group (+6.69%, range –30.17-+58.51%), while decreased in the vehicle group (-3.19%, range –53.32-+37.94%) leading to a significant difference in absolute values (p=0.034). From this time point onward, elasticity decreased in both groups, with similar speed over time, not being statistically different anymore. In Sor-treated mice all 6 best responders at day 14 showed an increase in elasticity at day +2 (ranging from +3.30% to +58.51%) in comparison to baseline, whereas 3 of the 4 poorer responders showed a decrease. Interestingly, these 3 tumours showed elasticity values higher than responder tumours at day 0. Conclusions: Elastosonography appears a promising non-invasive new technique for the early prediction of HCC tumor response to sorafenib. Indeed, we proved that responder tumours are characterized by an early increase in elasticity. The possibility to distinguish a priori between responders and non responders based on the higher elasticity of the latter needs to be validated in ad-hoc experiments as well as a confirmation of our results in humans is warranted.

Hepatobiliary diseases in small animals: a comparison of ultrasonography and multidetector-row computed tomography

Ultrasonography (US) is an essential imaging tool for identifying abnormalities of the liver parenchyma, biliary tract and vascular system. US has replaced radiography as the initial imaging procedure in screening for liver disease in small animals. There are few reports of the use of conventional and helical computed tomography (CT) to assess canine or feline parenchymal and neoplastic liver disease and biliary disorders. In human medicine the development of multidetector- row helical computed tomography (MDCT), with its superior spatial and temporal resolution, has resulted in improved detection and characterization of diffuse and focal liver lesions. The increased availability of MDCT in veterinary practice provides incentive to develop MDCT protocols for liver imaging in small animals. The purpose of this study is to assess the rule of MDCT in the characterization of hepatobiliary diseases in small animals; and to compare this method with conventional US. Candidates for this prospective study were 175 consecutive patients (dogs and cats) referred for evaluation of hepatobiliary disease. The patients underwent liver US and MDCT. Percutaneous needle biopsy was performed on all liver lesions or alterations encountered. As for gallbladder, histopatological evaluation was obtained from cholecystectomy specimens. Ultrasonographic findings in this study agreed well with those of previous reports. A protocol for dual-phase liver MDCT in small animals has been described. MDCT findings in parenchymal disorders of the liver, hepatic neoplasia and biliary disorders are here first described in dogs and cats and compared with the corresponding features in human medicine. The ability of MDCT in detection and characterization of hepatobiliary diseases in small animals is overall superior to conventional US. Ultrasonography and MDCT scanning, however, play complementary rules in the evaluation of these diseases. Many conditions have distinctive imaging features that may permit diagnosis. In most instances biopsy is required for definitive diagnosis.

Organocatalytic tandem reactions of polyfunctional compounds for the synthesis of enantioenriched heterocycles. Reazioni tandem organocatalitiche di composti polifunzionali per la sintesi di eterocicli enantioarricchiti.

In questo lavoro di tesi sono state sviluppate reazioni domino, tandem e procedure one-pot per ottenere eterocicli enatioarricchiti. Lo sviluppo di queste metodologie sintetiche è molto importante perché permettono di ottenere molecole complesse partendo da prodotti semplici, senza effettuare ripetuti passaggi di purificazione (stop-and-go or step-by-step synthesis). Lo scopo di questo lavoro è di ottenere derivati tetraidrofuranici modificati e derivati ossoazzolinici enantioarrichiti tramite reazioni SN2-Michael o tramite reazioni aldolica-ciclizzazione-Michael usando la catalisi asimmetrica a trasferimento di fase (PTC). Come catalizzatori PTC per imprimere enantioselezione sono stati utilizzati sali di ammonio quaternario derivati dagli alcaloidi della Cinchona. Sono state ottimizzate le condizioni di reazione (base inorganica, temperatura, solvente, tempo di reazione) per i diversi substrati presi in considerazione. I prodotti target sono stati ottenuti con buone rese, ottime diastereoselezioni ma con bassa enantioselezione. I risultati ottenuti richiedono un’ulteriore ottimizzazione e dovranno essere valutate variazioni strutturali dei nucleofili utilizzati. In this thesis were developed domino, tandem reactions and one-pot procedures to obtained enantioenriched heterocycles. The development of these methodologies is very fundamental because they allow to obtain complex molecules starting from raw materials, without carrying out repeated purification steps (stop-and-go or step-by-step synthesis). The purpose of this work is to obtain enantioenriched tetrahydrofuran and oxazoline derivatives through a SN2-Michael reaction or a aldol- cyclization-Michael reaction using the phase-transfer asymmetric catalysis (PTC). For imprint enantioselection we used Cinchona alkaloids quaternary ammonium salts derivatives. The reaction conditions (inorganic base, temperature, solvent, reaction time) were optimised for the different substrates taken into account. The target products were obtained with good yields, excellent diastereoselections but with low enantioselections. The obtained results require further optimization and structural changes in the nucleophiles used must be evaluated.

Salume arricchito in acidi grassi polinsaturi omega-3: controllo delle caratteristiche sensoriali in relazione ad un possibile incremento di ossidabilità della frazione lipidica durante la shelf-life.

Questa relazione finale è stata frutto di un lavoro sperimentale svolto in collaborazione con un’azienda del territorio ed ha avuto come obiettivo principale quello di verificare i parametri qualitativi e compositivi di una nuova tipologia di salume in fase di studio. L’azienda sta studiando una nuova tipologia di “prodotto funzionale” addizionando componenti ad attività nutraceutica al salame ottenuto da sole parti magre di suino. L’intenzione dell’azienda è di arricchire il proprio prodotto con acidi grassi polinsaturi della serie omega-3 (da olio di semi di lino), noti per gli effetti benefici che possono esercitare sulla salute umana. A questo scopo, sul prodotto di nuova formulazione (ed in parallelo sul prodotto a formulazione classica e su un prodotto del tutto simile commercializzato da un’altra azienda) sono state effettuate sia la determinazione della percentuale lipidica, al fine di individuare il quantitativo totale di grasso, che una caratterizzazione gascromatografica del profilo quali-quantitativo in acidi grassi, analsi fondamentale per verificare la conformità con i requisiti indicati dal Reg. 1924/06, e successive modifiche, previsti per le indicazioni da inserire in etichetta (claims). Inoltre, è stato importante controllare che la concentrazione voluta di acido alfa-linolenico si mantenga tale durante tutto il periodo di shelf-life del prodotto (45 gg), perciò per soddisfare quest’ultima finalità, le analisi sono state eseguite sia all’inizio (T0) che alla fine (T1) della vita commerciale del prodotto. E’ apparso poi fondamentale monitorare un possibile decadimento/modifica della qualità organolettica del prodotto di nuova formulazione, a causa del possibile aumento di ossidabilità della frazione lipidica causata da una maggiore presenza di acidi grassi polinsaturi; ed infine, con l’intento di verificare se la nuova formulazione potesse comportare una variazione significativa delle caratteristiche sensoriali del prodotto, sono stati condotti un test descrittivo quantitativo (QDA), in grado di descrivere il profilo sensoriale del prodotto ed un test discriminante qualitativo (metodo triangolare) capace di valutare l’eventuale comparsa di cambiamenti in seguito alle modifiche apportate al prodotto; per ultimo è stato poi eseguito un test affettivo quantitativo (test di preferenza, condotto su scala di laboratorio) in grado fornire informazioni sul gradimento e di evidenziare i principali vettori che guidano le scelte dei consumatori. I risultati delle analisi chimiche e sensoriali, eseguite per soddisfare tali richieste, hanno evidenziato come il salume presenti un quantitativo di tali acidi grassi polinsaturi in linea con il claim “Alimento fonte di acidi grassi omega-3”, (requisiti indicati dal Reg. 1924/06 e successive modifiche), risultato confermato sia all’inizio che al termine della vita commerciale del prodotto (pari a circa 45 giorni). Inoltre, esso risulta essere piuttosto interessante dal punto di vista nutrizionale, poiché caratterizzato da un contenuto di grasso per la categoria dei salumi, relativamente limitato, pari a circa il 15%, con percentuali più favorevoli in acidi grassi insaturi. L’analisi del profilo sensoriale condotta ad inizio shelf-life ha invece evidenziato come questa tipologia di prodotto sia caratterizzata sia al gusto che all’olfatto da note più sapide e speziate , oltre ad una maggiore consistenza della fetta, rispetto agli altri campioni analizzati, mentre i risultati relativi al termine della shelf-life hanno evidenziato come esso tenda ad essere soggetto ad alterazioni sensoriali rilevabili proprio al termine della fase di conservazione dovute nello specifico alla formazione di composti responsabili dell’odore di rancido. I test discriminanti, condotti con giudici non allenati, non hanno invece fatto registrare differenze sensoriali significative tra il prodotto con formulazione classica e quello di nuova formulazione, confrontati ad inizio e a fine shelf-life. Riassumendo, dai risultati ottenuti da questo lavoro sperimentale, il prodotto di nuova formulazione, arricchito in acidi grassi polinsaturi della serie omega-3, risulta essere in linea con il claim “Alimento fonte di acidi grassi omega-3”, presenta in generale un contenuto di grasso totale inferiore a quello di altre tipologie di salumi ed un rapporto più favorevole tra acidi grassi insaturi e saturi, per questo può essere considerato un prodotto interessante dal punto di vista della salute e della nutrizione. Proprio per la sua formulazione più ricca in acidi grassi polinsaturi, tende però a fine shelf-life a presentare una leggera nota di rancido, riconducibile ad una maggiore ossidabilità della frazione lipidica. Tale variazione sensoriale è risultata comunque percepita solo da un panel allenato, mentre un test di tipo discriminante, condotto con giudici non allenati, non ha messo in luce differenze significative tra il salume di nuova formulazione e quello con formulazione classica né all’inizio, né al termine della vita commerciale del prodotto.

Evidenza del coinvolgimento di geni nell'insorgenza delle schisi labio-palatine

The CL/P are the most common and easily recognizable craniofacial malformations with a complex etiology that requires the involvement of genetic and environmental components. The analysis of the genetic component shows more than 14 loci and genes involved in the onset of the disease. I’ve selected and investigated some of the possible candidate genes for CL/P. MYH14 gene, that maps on chromosome 19, on the OFC3 locus, and shows a strong homology with MYH9 gene. I’ve also investigated TP63 and MID1 genes, that are responsible respectively for EEC syndrome and Opitz syndrome, both of them presenting cleft. I’ve also decided to investigate JAG2 because TP63 product regulates the this gene, and both of them are component of the Notch signalling pathway. I’ve, also, studied the MKX and LMO4 genes. MKX is an important development regulator that is highly expressed in palatal mesenchyme, and map in the region responsible for Twirler mutation that cause cleft in mouse. LMO4 is necessary for neural tube development and cooperating with Grhl3, promotes cellular migration during morphogenetic events like “in utero” cleft healing. Low folate levels and high levels of homocysteine increase the risk of cleft, genes involved in their metabolism may be of interest in cleft occurrence. I’ve decided to investigate BHMT and CBS genes coding for enzymes involved in homocysteine metabolism. I’ve also investigated BHMT2 gene that maps close to BHMT and presents with him a 73% of homology. I’ve performed a linkage analysis using SNPs mapping in the genes and their boundaries, for each gene, for MKX and LMO4 I’ve also performed a sequencing analysis. My results for MID1 and CBS genes support the hypothesis of a possible role of these genes in cleft. I’ve found borderline association values for JAG2, MKX and LMO4 genes.