Resident angiogenic mesenchymal stem cells from multiorgan donor thoracic aortas

Stem cells are one of the most fascinating areas of biology today, and since the discover of an adult population, i.e., adult Stem Cells (aSCs), they have generated much interest especially for their application potential as a source for cell based regenerative medicine and tissue engineering. aSCs have been found in different tissues including bone marrow, skin, intestine, central nervous system, where they reside in a special microenviroment termed “niche” which regulate the homeostasis and repair of adult tissues. The arterial wall of the blood vessels is much more plastic than ever before believed. Several animal studies have demonstrated the presence of cells with stem cell characteristics within the adult vessels. Recently, it has been also hypothesized the presence of a “vasculogenic zone” in human adult arteries in which a complete hierarchy of resident stem cells and progenitors could be niched during lifetime. Accordingly, it can be speculated that in that location resident mesenchymal stem cells (MSCs) with the ability to differentiate in smooth muscle cells, surrounding pericytes and fibroblasts are present. The present research was aimed at identifying in situ and isolating MSCs from thoracic aortas of young and healthy heart-beating multiorgan donors. Immunohistochemistry performed on fresh and frozen human thoracic aortas demonstrated the presence of the vasculogenic zone between the media and the adventitial layers in which a well preserved plexus of CD34 positive cells was found. These cells expressed intensely HLA-I antigens both before and after cryopreservation and after 4 days of organ cultures remained viable. Following these preliminary results, we succeeded to isolate mesenchymal cells from multi-organ thoracic aortas using a mechanical and enzymatic combined procedure. Cells had phenotypic characteristics of MSC i.e., CD44+, CD90+, CD105+, CD166+, CD34low, CD45- and revealed a transcript expression of stem cell markers, e.g., OCT4, c-kit, BCRP-1, IL6 and BMI-1. As previously documented using bone marrow derived MSCs, resident vascular wall MSCs were able to differentiate in vitro into endothelial cells in the presence of low-serum supplemented with VEGF-A (50 ng/ml) for 7 days. Under the condition described above, cultured cells showed an increased expression of KDR and eNOS, down-regulation of the CD133 transcript, vWF expression as documented by flow cytometry, immunofluorescence, qPCR and TEM. Moreover, matrigel assay revealed that VEGF induced cells were able to form capillary-like structures within 6 hours of seeding. In summary, these findings indicate that thoracic aortas from heart-beating, multi-organ donors are highly suitable for obtaining MSCs with the ability to differentiate in vitro into endothelial cells. Even though their differentiating potential remains to be fully established, it is believed that their angiogenic ability could be a useful property for allogenic use. These cells can be expanded rapidly, providing numbers which are adequate for therapeutic neovascularization; furthermore they can be cryostored in appropriate cell banking facilities for later use.

Sviluppo di biosensori: modifiche di superfici elettrodiche e sistemi di immobilizzazione enzimatica

An amperometric glucose biosensor was developed using an anionic clay matrix (LDH) as enzyme support. The enzyme glucose oxidase (GOx) was immobilized on a layered double hydroxide Ni/Al-NO3 LDH during the electrosynthesis, which was followed by crosslinking with glutaraldehyde (GA) vapours or with GA and bovine serum albumin (GABSA) to avoid the enzyme release. The electrochemical reaction was carried out potentiostatically, at -0.9V vs. SCE, using a rotating disc Pt electrode to assure homogeneity of the electrodeposition suspension, containing GOx, Ni(NO3)2 and Al(NO3)3 in 0.3 M KNO3. The mechanism responsible of the LDH electrodeposition involves the precipitation of the LDH due to the increase of pH at the surface of the electrode, following the cathodic reduction of nitrates. The Pt surface modified with the Ni/Al-NO3 LDH shows a much reduced noise, giving rise to a better signal to noise ratio for the currents relative to H2O2 oxidation, and a linear range for H2O2 determination wider than the one observed for bare Pt electrodes. We pointed out the performances of the biosensor in terms of sensitivity to glucose, calculated from the slope of the linear part of the calibration curve for enzimatically produced H2O2; the sensitivity was dependent on parameters related to the electrodeposition in addition to working conditions. In order to optimise the glucose biosensor performances, with a reduced number of experimental runs, we applied an experimental design. A first screening was performed considering the following variables: deposition time (30 - 120 s), enzyme concentration (0.5 - 3.0 mg/mL), Ni/Al molar ratio (3:1 or 2:1) of the electrodeposition solution at a total metals concentration of 0.03 M and pH of the working buffer solution (5.5-7.0). On the basis of the results from this screening, a full factorial design was carried out, taking into account only enzyme concentration and Ni/Al molar ratio of the electrosynthesis solution. A full factorial design was performed to study linear interactions between factors and their quadratic effects and the optimal setup was evaluated by the isoresponse curves. The significant factors were: enzyme concentration (linear and quadratic terms) and the interaction between enzyme concentration and Ni/Al molar ratio. Since the major obstacle for application of amperometric glucose biosensors is the interference signal resulting from other electro-oxidizable species present in the real matrices, such as ascorbate (AA), the use of different permselective membranes on Pt-LDHGOx modified electrode was discussed with the aim of improving biosensor selectivity and stability. Conventional membranes obtained using Nafion, glutaraldehyde (GA) vapours, GA-BSA were tested together with more innovative materials like palladium hexacyanoferrate (PdHCF) and titania hydrogels. Particular attention has been devoted to hydrogels, because they possess some attractive features, which are generally considered to favour biosensor materials biocompatibility and, consequently, the functional enzyme stability. The Pt-LDH-GOx-PdHCF hydrogel biosensor presented an anti-interferant ability so that to be applied for an accurate glucose analysis in blood. To further improve the biosensor selectivity, protective membranes containing horseradish peroxidase (HRP) were also investigated with the aim of oxidising the interferants before they reach the electrode surface. In such a case glucose determination was also accomplished in real matrices with high AA content. Furthermore, the application of a LDH containing nickel in the oxidised state was performed not only as a support for the enzyme, but also as anti-interferant sistem. The result is very promising and it could be the starting point for further applications in the field of amperometric biosensors; the study could be extended to other oxidase enzymes.

Multitemporal analysis of satellite imagery: implementation of a land evolution model in ALCS (ATSR LAND CLASSIFICATION SYSTEM)

In this report it was designed an innovative satellite-based monitoring approach applied on the Iraqi Marshlands to survey the extent and distribution of marshland re-flooding and assess the development of wetland vegetation cover. The study, conducted in collaboration with MEEO Srl , makes use of images collected from the sensor (A)ATSR onboard ESA ENVISAT Satellite to collect data at multi-temporal scales and an analysis was adopted to observe the evolution of marshland re-flooding. The methodology uses a multi-temporal pixel-based approach based on classification maps produced by the classification tool SOIL MAPPER ®. The catalogue of the classification maps is available as web service through the Service Support Environment Portal (SSE, supported by ESA). The inundation of the Iraqi marshlands, which has been continuous since April 2003, is characterized by a high degree of variability, ad-hoc interventions and uncertainty. Given the security constraints and vastness of the Iraqi marshlands, as well as cost-effectiveness considerations, satellite remote sensing was the only viable tool to observe the changes taking place on a continuous basis. The proposed system (ALCS – AATSR LAND CLASSIFICATION SYSTEM) avoids the direct use of the (A)ATSR images and foresees the application of LULCC evolution models directly to „stock‟ of classified maps. This approach is made possible by the availability of a 13 year classified image database, conceived and implemented in the CARD project (http://earth.esa.int/rtd/Projects/#CARD).The approach here presented evolves toward an innovative, efficient and fast method to exploit the potentiality of multi-temporal LULCC analysis of (A)ATSR images. The two main objectives of this work are both linked to a sort of assessment: the first is to assessing the ability of modeling with the web-application ALCS using image-based AATSR classified with SOIL MAPPER ® and the second is to evaluate the magnitude, the character and the extension of wetland rehabilitation.

Strategie di elaborazione di tracciati GPS per reti veicolari

Il proliferare di dispositivi di elaborazione e comunicazione mobili (telefoni cellulari, computer portatili, PDA, wearable devices, personal digital assistant) sta guidando un cambiamento rivoluzionario nella nostra società dell'informazione. Si sta migrando dall'era dei Personal Computer all'era dell'Ubiquitous Computing, in cui un utente utilizza, parallelamente, svariati dispositivi elettronici attraverso cui può accedere a tutte le informazioni, ovunque e quantunque queste gli si rivelino necessarie. In questo scenario, anche le mappe digitali stanno diventando sempre più parte delle nostre attività quotidiane; esse trasmettono informazioni vitali per una pletora di applicazioni che acquistano maggior valore grazie alla localizzazione, come Yelp, Flickr, Facebook, Google Maps o semplicemente le ricerche web geo-localizzate. Gli utenti di PDA e Smartphone dipendono sempre più dai GPS e dai Location Based Services (LBS) per la navigazione, sia automobilistica che a piedi. Gli stessi servizi di mappe stanno inoltre evolvendo la loro natura da uni-direzionale a bi-direzionale; la topologia stradale è arricchita da informazioni dinamiche, come traffico in tempo reale e contenuti creati dagli utenti. Le mappe digitali aggiornabili dinamicamente sono sul punto di diventare un saldo trampolino di lancio per i sistemi mobili ad alta dinamicità ed interattività, che poggiando su poche informazioni fornite dagli utenti, porteranno una moltitudine di applicazioni innovative ad un'enorme base di consumatori. I futuri sistemi di navigazione per esempio, potranno utilizzare informazioni estese su semafori, presenza di stop ed informazioni sul traffico per effettuare una ottimizzazione del percorso che valuti simultaneamente fattori come l'impronta al carbonio rilasciata, il tempo di viaggio effettivamente necessario e l'impatto della scelta sul traffico locale. In questo progetto si mostra come i dati GPS raccolti da dispositivi fissi e mobili possano essere usati per estendere le mappe digitali con la locazione dei segnali di stop, dei semafori e delle relative temporizzazioni. Queste informazioni sono infatti oggi rare e locali ad ogni singola municipalità, il che ne rende praticamente impossibile il pieno reperimento. Si presenta quindi un algoritmo che estrae utili informazioni topologiche da agglomerati di tracciati gps, mostrando inoltre che anche un esiguo numero di veicoli equipaggiati con la strumentazione necessaria sono sufficienti per abilitare l'estensione delle mappe digitali con nuovi attributi. Infine, si mostrerà come l'algoritmo sia in grado di lavorare anche con dati mancanti, ottenendo ottimi risultati e mostrandosi flessibile ed adatto all'integrazione in sistemi reali.

Caratterizzazione del legame di molecole di interesse farmaceutico alla sieroalbumina umana mediante biocromatografia e dicroismo circolare

Negli ultimi anni, un crescente numero di studiosi ha focalizzato la propria attenzione sullo sviluppo di strategie che permettessero di caratterizzare le proprietà ADMET dei farmaci in via di sviluppo, il più rapidamente possibile. Questa tendenza origina dalla consapevolezza che circa la metà dei farmaci in via di sviluppo non viene commercializzato perché ha carenze nelle caratteristiche ADME, e che almeno la metà delle molecole che riescono ad essere commercializzate, hanno comunque qualche problema tossicologico o ADME [1]. Infatti, poco importa quanto una molecola possa essere attiva o specifica: perché possa diventare farmaco è necessario che venga ben assorbita, distribuita nell’organismo, metabolizzata non troppo rapidamente, ne troppo lentamente e completamente eliminata. Inoltre la molecola e i suoi metaboliti non dovrebbero essere tossici per l’organismo. Quindi è chiaro come una rapida determinazione dei parametri ADMET in fasi precoci dello sviluppo del farmaco, consenta di risparmiare tempo e denaro, permettendo di selezionare da subito i composti più promettenti e di lasciar perdere quelli con caratteristiche negative. Questa tesi si colloca in questo contesto, e mostra l’applicazione di una tecnica semplice, la biocromatografia, per caratterizzare rapidamente il legame di librerie di composti alla sieroalbumina umana (HSA). Inoltre mostra l’utilizzo di un’altra tecnica indipendente, il dicroismo circolare, che permette di studiare gli stessi sistemi farmaco-proteina, in soluzione, dando informazioni supplementari riguardo alla stereochimica del processo di legame. La HSA è la proteina più abbondante presente nel sangue. Questa proteina funziona da carrier per un gran numero di molecole, sia endogene, come ad esempio bilirubina, tiroxina, ormoni steroidei, acidi grassi, che xenobiotici. Inoltre aumenta la solubilità di molecole lipofile poco solubili in ambiente acquoso, come ad esempio i tassani. Il legame alla HSA è generalmente stereoselettivo e ad avviene a livello di siti di legame ad alta affinità. Inoltre è ben noto che la competizione tra farmaci o tra un farmaco e metaboliti endogeni, possa variare in maniera significativa la loro frazione libera, modificandone l’attività e la tossicità. Per queste sue proprietà la HSA può influenzare sia le proprietà farmacocinetiche che farmacodinamiche dei farmaci. Non è inusuale che un intero progetto di sviluppo di un farmaco possa venire abbandonato a causa di un’affinità troppo elevata alla HSA, o a un tempo di emivita troppo corto, o a una scarsa distribuzione dovuta ad un debole legame alla HSA. Dal punto di vista farmacocinetico, quindi, la HSA è la proteina di trasporto del plasma più importante. Un gran numero di pubblicazioni dimostra l’affidabilità della tecnica biocromatografica nello studio dei fenomeni di bioriconoscimento tra proteine e piccole molecole [2-6]. Il mio lavoro si è focalizzato principalmente sull’uso della biocromatografia come metodo per valutare le caratteristiche di legame di alcune serie di composti di interesse farmaceutico alla HSA, e sul miglioramento di tale tecnica. Per ottenere una miglior comprensione dei meccanismi di legame delle molecole studiate, gli stessi sistemi farmaco-HSA sono stati studiati anche con il dicroismo circolare (CD). Inizialmente, la HSA è stata immobilizzata su una colonna di silice epossidica impaccata 50 x 4.6 mm di diametro interno, utilizzando una procedura precedentemente riportata in letteratura [7], con alcune piccole modifiche. In breve, l’immobilizzazione è stata effettuata ponendo a ricircolo, attraverso una colonna precedentemente impaccata, una soluzione di HSA in determinate condizioni di pH e forza ionica. La colonna è stata quindi caratterizzata per quanto riguarda la quantità di proteina correttamente immobilizzata, attraverso l’analisi frontale di L-triptofano [8]. Di seguito, sono stati iniettati in colonna alcune soluzioni raceme di molecole note legare la HSA in maniera enantioselettiva, per controllare che la procedura di immobilizzazione non avesse modificato le proprietà di legame della proteina. Dopo essere stata caratterizzata, la colonna è stata utilizzata per determinare la percentuale di legame di una piccola serie di inibitori della proteasi HIV (IPs), e per individuarne il sito(i) di legame. La percentuale di legame è stata calcolata attraverso il fattore di capacità (k) dei campioni. Questo parametro in fase acquosa è stato estrapolato linearmente dal grafico log k contro la percentuale (v/v) di 1-propanolo presente nella fase mobile. Solamente per due dei cinque composti analizzati è stato possibile misurare direttamente il valore di k in assenza di solvente organico. Tutti gli IPs analizzati hanno mostrato un’elevata percentuale di legame alla HSA: in particolare, il valore per ritonavir, lopinavir e saquinavir è risultato maggiore del 95%. Questi risultati sono in accordo con dati presenti in letteratura, ottenuti attraverso il biosensore ottico [9]. Inoltre, questi risultati sono coerenti con la significativa riduzione di attività inibitoria di questi composti osservata in presenza di HSA. Questa riduzione sembra essere maggiore per i composti che legano maggiormente la proteina [10]. Successivamente sono stati eseguiti degli studi di competizione tramite cromatografia zonale. Questo metodo prevede di utilizzare una soluzione a concentrazione nota di un competitore come fase mobile, mentre piccole quantità di analita vengono iniettate nella colonna funzionalizzata con HSA. I competitori sono stati selezionati in base al loro legame selettivo ad uno dei principali siti di legame sulla proteina. In particolare, sono stati utilizzati salicilato di sodio, ibuprofene e valproato di sodio come marker dei siti I, II e sito della bilirubina, rispettivamente. Questi studi hanno mostrato un legame indipendente dei PIs ai siti I e II, mentre è stata osservata una debole anticooperatività per il sito della bilirubina. Lo stesso sistema farmaco-proteina è stato infine investigato in soluzione attraverso l’uso del dicroismo circolare. In particolare, è stato monitorata la variazione del segnale CD indotto di un complesso equimolare [HSA]/[bilirubina], a seguito dell’aggiunta di aliquote di ritonavir, scelto come rappresentante della serie. I risultati confermano la lieve anticooperatività per il sito della bilirubina osservato precedentemente negli studi biocromatografici. Successivamente, lo stesso protocollo descritto precedentemente è stato applicato a una colonna di silice epossidica monolitica 50 x 4.6 mm, per valutare l’affidabilità del supporto monolitico per applicazioni biocromatografiche. Il supporto monolitico monolitico ha mostrato buone caratteristiche cromatografiche in termini di contropressione, efficienza e stabilità, oltre che affidabilità nella determinazione dei parametri di legame alla HSA. Questa colonna è stata utilizzata per la determinazione della percentuale di legame alla HSA di una serie di poliamminochinoni sviluppati nell’ambito di una ricerca sulla malattia di Alzheimer. Tutti i composti hanno mostrato una percentuale di legame superiore al 95%. Inoltre, è stata osservata una correlazione tra percentuale di legame è caratteristiche della catena laterale (lunghezza e numero di gruppi amminici). Successivamente sono stati effettuati studi di competizione dei composti in esame tramite il dicroismo circolare in cui è stato evidenziato un effetto anticooperativo dei poliamminochinoni ai siti I e II, mentre rispetto al sito della bilirubina il legame si è dimostrato indipendente. Le conoscenze acquisite con il supporto monolitico precedentemente descritto, sono state applicate a una colonna di silice epossidica più corta (10 x 4.6 mm). Il metodo di determinazione della percentuale di legame utilizzato negli studi precedenti si basa su dati ottenuti con più esperimenti, quindi è necessario molto tempo prima di ottenere il dato finale. L’uso di una colonna più corta permette di ridurre i tempi di ritenzione degli analiti, per cui la determinazione della percentuale di legame alla HSA diventa molto più rapida. Si passa quindi da una analisi a medio rendimento a una analisi di screening ad alto rendimento (highthroughput- screening, HTS). Inoltre, la riduzione dei tempi di analisi, permette di evitare l’uso di soventi organici nella fase mobile. Dopo aver caratterizzato la colonna da 10 mm con lo stesso metodo precedentemente descritto per le altre colonne, sono stati iniettati una serie di standard variando il flusso della fase mobile, per valutare la possibilità di utilizzare flussi elevati. La colonna è stata quindi impiegata per stimare la percentuale di legame di una serie di molecole con differenti caratteristiche chimiche. Successivamente è stata valutata la possibilità di utilizzare una colonna così corta, anche per studi di competizione, ed è stata indagato il legame di una serie di composti al sito I. Infine è stata effettuata una valutazione della stabilità della colonna in seguito ad un uso estensivo. L’uso di supporti cromatografici funzionalizzati con albumine di diversa origine (ratto, cane, guinea pig, hamster, topo, coniglio), può essere proposto come applicazione futura di queste colonne HTS. Infatti, la possibilità di ottenere informazioni del legame dei farmaci in via di sviluppo alle diverse albumine, permetterebbe un migliore paragone tra i dati ottenuti tramite esperimenti in vitro e i dati ottenuti con esperimenti sull’animale, facilitando la successiva estrapolazione all’uomo, con la velocità di un metodo HTS. Inoltre, verrebbe ridotto anche il numero di animali utilizzati nelle sperimentazioni. Alcuni lavori presenti in letteratura dimostrano l’affidabilita di colonne funzionalizzate con albumine di diversa origine [11-13]: l’utilizzo di colonne più corte potrebbe aumentarne le applicazioni.

Ruolo delle cellule staminali mesenchimali in modelli cellulari e animali di nefropatia

Background. Mesenchymal stem cells (MSC) may be of value in regeneration of renal tissue after damage, however lack of biological knowledge and variability of results in animal models limit their utilization. Methods. We studied the effects of MSC on podocytes ‘in vitro’ and ‘in vivo’ utilizing adriamycin (ADR) as a model of renal toxicity. The ‘in vivo’ experimental approach was carried out in male Sprague Dawley rats (overall 60 animals) treated with different ADR schemes to induce acute and chronic nephrosis. MSC were given a) concomitantly to ADR in tail vein or b) in aorta and c) in tail vein 60 days after ADR. Homing was assessed with PKH26-MSC. Results. MSC rescued podocytes from apoptosis induced by ADR ‘in vitro’. The maximal effect (80% rescue) was obtained with MSC/Podocytes co-culture ratio of 1:1 for 72 hours. All rats treated with ADR developed nephrosis. In no case MSC modified the clinical parameters (i.e. proteinuria, serum creatinine, lipids) but protected the kidney from severe glomerulosclerosis when given concomitantly to ADR. Rats given MSC 60 days after ADR developed the same severe renal damage. Only few MSC were found in renal tubule-interstitial areas after 1-24 hours from injection and no MSC was detected in glomeruli. Conclusions. MSC reduced apoptosis of podocytes treated with ADR ‘in vitro’. Early and repeated MSC infusion blunted glomerular damage in chronic ADR nephropathy. MSC did not modify proteinuria and progression to renal failure, that implies lack of regenerative potential in this model.

Computational methods for the analysis of protein structure and function

The vast majority of known proteins have not yet been experimentally characterized and little is known about their function. The design and implementation of computational tools can provide insight into the function of proteins based on their sequence, their structure, their evolutionary history and their association with other proteins. Knowledge of the three-dimensional (3D) structure of a protein can lead to a deep understanding of its mode of action and interaction, but currently the structures of <1% of sequences have been experimentally solved. For this reason, it became urgent to develop new methods that are able to computationally extract relevant information from protein sequence and structure. The starting point of my work has been the study of the properties of contacts between protein residues, since they constrain protein folding and characterize different protein structures. Prediction of residue contacts in proteins is an interesting problem whose solution may be useful in protein folding recognition and de novo design. The prediction of these contacts requires the study of the protein inter-residue distances related to the specific type of amino acid pair that are encoded in the so-called contact map. An interesting new way of analyzing those structures came out when network studies were introduced, with pivotal papers demonstrating that protein contact networks also exhibit small-world behavior. In order to highlight constraints for the prediction of protein contact maps and for applications in the field of protein structure prediction and/or reconstruction from experimentally determined contact maps, I studied to which extent the characteristic path length and clustering coefficient of the protein contacts network are values that reveal characteristic features of protein contact maps. Provided that residue contacts are known for a protein sequence, the major features of its 3D structure could be deduced by combining this knowledge with correctly predicted motifs of secondary structure. In the second part of my work I focused on a particular protein structural motif, the coiled-coil, known to mediate a variety of fundamental biological interactions. Coiled-coils are found in a variety of structural forms and in a wide range of proteins including, for example, small units such as leucine zippers that drive the dimerization of many transcription factors or more complex structures such as the family of viral proteins responsible for virus-host membrane fusion. The coiled-coil structural motif is estimated to account for 5-10% of the protein sequences in the various genomes. Given their biological importance, in my work I introduced a Hidden Markov Model (HMM) that exploits the evolutionary information derived from multiple sequence alignments, to predict coiled-coil regions and to discriminate coiled-coil sequences. The results indicate that the new HMM outperforms all the existing programs and can be adopted for the coiled-coil prediction and for large-scale genome annotation. Genome annotation is a key issue in modern computational biology, being the starting point towards the understanding of the complex processes involved in biological networks. The rapid growth in the number of protein sequences and structures available poses new fundamental problems that still deserve an interpretation. Nevertheless, these data are at the basis of the design of new strategies for tackling problems such as the prediction of protein structure and function. Experimental determination of the functions of all these proteins would be a hugely time-consuming and costly task and, in most instances, has not been carried out. As an example, currently, approximately only 20% of annotated proteins in the Homo sapiens genome have been experimentally characterized. A commonly adopted procedure for annotating protein sequences relies on the "inheritance through homology" based on the notion that similar sequences share similar functions and structures. This procedure consists in the assignment of sequences to a specific group of functionally related sequences which had been grouped through clustering techniques. The clustering procedure is based on suitable similarity rules, since predicting protein structure and function from sequence largely depends on the value of sequence identity. However, additional levels of complexity are due to multi-domain proteins, to proteins that share common domains but that do not necessarily share the same function, to the finding that different combinations of shared domains can lead to different biological roles. In the last part of this study I developed and validate a system that contributes to sequence annotation by taking advantage of a validated transfer through inheritance procedure of the molecular functions and of the structural templates. After a cross-genome comparison with the BLAST program, clusters were built on the basis of two stringent constraints on sequence identity and coverage of the alignment. The adopted measure explicity answers to the problem of multi-domain proteins annotation and allows a fine grain division of the whole set of proteomes used, that ensures cluster homogeneity in terms of sequence length. A high level of coverage of structure templates on the length of protein sequences within clusters ensures that multi-domain proteins when present can be templates for sequences of similar length. This annotation procedure includes the possibility of reliably transferring statistically validated functions and structures to sequences considering information available in the present data bases of molecular functions and structures.

Reconstruction from image correspondences

A single picture provides a largely incomplete representation of the scene one is looking at. Usually it reproduces only a limited spatial portion of the scene according to the standpoint and the viewing angle, besides it contains only instantaneous information. Thus very little can be understood on the geometrical structure of the scene, the position and orientation of the observer with respect to it remaining also hard to guess. When multiple views, taken from different positions in space and time, observe the same scene, then a much deeper knowledge is potentially achievable. Understanding inter-views relations enables construction of a collective representation by fusing the information contained in every single image. Visual reconstruction methods confront with the formidable, and still unanswered, challenge of delivering a comprehensive representation of structure, motion and appearance of a scene from visual information. Multi-view visual reconstruction deals with the inference of relations among multiple views and the exploitation of revealed connections to attain the best possible representation. This thesis investigates novel methods and applications in the field of visual reconstruction from multiple views. Three main threads of research have been pursued: dense geometric reconstruction, camera pose reconstruction, sparse geometric reconstruction of deformable surfaces. Dense geometric reconstruction aims at delivering the appearance of a scene at every single point. The construction of a large panoramic image from a set of traditional pictures has been extensively studied in the context of image mosaicing techniques. An original algorithm for sequential registration suitable for real-time applications has been conceived. The integration of the algorithm into a visual surveillance system has lead to robust and efficient motion detection with Pan-Tilt-Zoom cameras. Moreover, an evaluation methodology for quantitatively assessing and comparing image mosaicing algorithms has been devised and made available to the community. Camera pose reconstruction deals with the recovery of the camera trajectory across an image sequence. A novel mosaic-based pose reconstruction algorithm has been conceived that exploit image-mosaics and traditional pose estimation algorithms to deliver more accurate estimates. An innovative markerless vision-based human-machine interface has also been proposed, so as to allow a user to interact with a gaming applications by moving a hand held consumer grade camera in unstructured environments. Finally, sparse geometric reconstruction refers to the computation of the coarse geometry of an object at few preset points. In this thesis, an innovative shape reconstruction algorithm for deformable objects has been designed. A cooperation with the Solar Impulse project allowed to deploy the algorithm in a very challenging real-world scenario, i.e. the accurate measurements of airplane wings deformations.