Clinical applicability of an US model to calculate the head blood outflow through collateral vessels.

Le vene giugulari interne sembrano essere la via principale attraverso cui il sangue defluisce dal cervello verso il cuore, quando siamo in posizione supina. Nel 2008 il professor Paolo Zamboni ha scoperto che una diminuzione dell'attività giugulare può portare allo sviluppo di una condizione emodinamica chiamata CCSVI. Questa può causare ipossia, ritardi nella perfusione cerebrale e riduzione del drenaggio dei cataboliti, oltre ad un'attivazione infiammatoria delle piccole vene e dei tessuti vicini. Questa condizione è stata da subito associata alla sclerosi multipla e su questo argomento si sono dibattuti molti gruppi di ricerca. Inoltre, altre patologie sembrano essere associate alla CCSVI, come il morbo di Parkinson, l'Alzheimer e la sindrome di Meniere. Proprio quest'ultima è uno degli argomenti che attualmente interessa di più il gruppo di lavoro in cui mi sono inserita. Questa patologia comporta problemi uditivi, come sordità e tinnito, vertigini e nausea. Il gruppo Vascolar Disease Center (VDC) dell'Università di Ferrara ha previsto per l'anno 2015 uno studio multicentrico, in cui si cercherà di verificare la correlazione tra CCSVI e sindrome di Meniere. La mia tesi fa parte di un studio preliminare a quello multicentrico. All'inizio del lavoro mi sono dedicata ad un'analisi critica di un modello emodinamico per la quantificazione dei flussi sanguigni: il modello BMC, pubblicato nel 2013 dal gruppo VDC, effettuando in parallelo una ricerca bibliografica sullo stato dell'arte in materia. In seguito ho cominciato a studiare off-line diversi studi patologici e fisiologici, in modo da prendere confidenza con gli strumenti e con le metodologie da utilizzare. Sono stata poi coinvolta dal gruppo VDC per partecipare attivamente al miglioramento del protocollo legato al modello BMC. Infine ho analizzato, con due metodologie differenti, 35 studi effettuati su pazienti otorinolaringoiatrici. Con i risultati ottenuti ho potuto effettuare diverse analisi statistiche al fine di verificare l'equivalenza delle due metodologie. L'obiettivo ultimo era quello di stabilire quale delle due fosse la tecnica migliore da utilizzare, successivamente, nello studio multicentrico.

Il processo di compostaggio - studio di un metodo alternativo di screening e valutazione del compost

Il processo di compostaggio è il metodo più antico ed al tempo stesso innovativo di trasformazione dei rifiuti. La trasformazione in impianti di compostaggio industriale ricrea lo stesso processo semplice ma in scala maggiore processando molte tonnellate/anno di rifiuto con particolare riguardo a quello proveniente da raccolta differenziata. Il presente elaborato, oltre ad illustrare le nuove tecnologie di produzione nelle realtà locali della zona Romagnola, ha inteso indagare un aspetto alternativo ed innovativo di valutazione del compost. A supporto di quanto già previsto alla specifica normativa di settore e nell'ottica dell'ottimizzazione del processo, è stata valutata la possibilità di uso della tecnica analitica di microestrazione in fase solida (SPME) e della tecnica strumentale con naso elettronico. Si è inteso verificare anche come l'utilizzo di carbone vegetale, aggiunto alla fase di maturazione, possa apportare un contributo significativo nel controllo delle emissioni odorigene, problematica diffusa nelle aree limitrofe ad impianti di compostaggio. L'utilizzo delle tecniche di estrazione in fase solida (SPME) ha dimostrato che durante il processo le componenti odorigene tendono a ridursi notevolmente modificandosi in modo apprezzabile e valutabile mediante analisi GC-MS. L'aggiunta di carbone vegetale alla fase di maturazione contribuisce alla riduzione delle emissioni odorigene. I risultati ottenuti evidenziano come l'utilizzo dei sistemi proposti possa portare ad un'economicità qualora si riscontrassero tempi di maturazione variabili per le tipologie di materiale trattato, riducendo così i tempi di permanenza nei tunnel di maturazione e come le tecniche SPME e naso elettronico possano essere accoppiate per ottenere risultati complementari così da costruire un'informazione complessiva completa. Possibili sviluppi dello studio potrebbero essere improntati alla verifica puntuale del grado di maturazione in relazione alla tipologia del materiale in ingresso ed alla stagionalità nonché all'utilizzo di tali tecniche ad altre matrici e nell'ambito dell'individuazione della presenza di composti indesiderati in matrici ambientali.

Sviluppo e validazione di una App Android per il riconoscimento dell'attivita motoria tramite Smartphones e Smartwatch

In questo progetto di tesi saranno applicate tecniche appartenenti al campo della bioingegneria, indirizzate al riconoscimento delle attività motorie e all’analisi del movimento umano. E' stato definito un protocollo di ricerca necessario per il raggiungimento degli obiettivi finali. Si è quindi implementata un’App Android per l’acquisizione e il salvataggio dei dati provenienti dai principali sensori di Smartwatch e Smartphone, utilizzati secondo le modalità indicate nel protocollo. Successivamente i dati immagazzinati nei dispositivi vengono trasferiti al Pc per effettuarne l’elaborazione off-line, in ambiente Matlab. Per facilitare la seguente procedura di sincronizzazione dei dati intra e inter-device, tutti i sensori sono stati salvati, dall’App Android, secondo uno schema logico definito. Si è perciò verificata la possibilità del riconoscimento del contesto e dell’attività nell’uso quotidiano dei dispositivi. Inoltre si è sviluppato un algoritmo per la corretta identificazione del numero dei passi, indipendentemente dall’orientamento del singolo dispositivo. Infatti è importante saper rilevare in maniera corretta il numero di passi effettuati, soprattutto nei pazienti che, a causa di diverse patologie, non riescono ad effettuare una camminata fluida, regolare. Si è visto come il contapassi integrato nei sistemi commerciali per il fitness più diffusi (Smartwatch), pecca soprattutto in questa valutazione, mentre l’algoritmo, appositamente sviluppato, è in grado di garantire un’analisi accettabile a prescindere dal tipo di attività svolta, soprattutto per i dispositivi posizionati in L5. Infine è stato implementato un algoritmo, che sfrutta il filtro di Kalman e un modello biomeccanico appositamente sviluppato, per estrapolare l’evoluzione dell’angolo Tronco-Coscia. Avere a disposizione tale informazione e perciò conoscere la biomeccanica e la cinematica del corpo umano, rende possibile l’applicazione di questa procedura in svariati campi in ambito clinico e non.

Attivita antimicrobica di oli essenziali incapsulati in chitosano in hamburger di bovino

La sperimentazione aveva il fine di valutare l’attività antimicrobica di oli essenziali di timo e cannella in hamburger di bovino. In primo luogo è stata fatta una caratterizzazione di questi oli mediante analisi GC-MS-SPME, da cui è emerso che le molecole a maggiore attività antimicrobica (rispettivamente timolo/carvacrolo ed aldeide cinnamica) erano presenti a concentrazioni piuttosto basse. Successivamente sono state valutate MIC e MBC nei confronti di microrganismi patogeni di interesse alimentare. Infine, tali oli sono stati incapsulati in chitosano per valutare un eventuale effetto sinergico e favorire un rilascio graduale degli oli. Il processo di incapsulazione ha mostrato una efficienza piuttosto bassa (solo il 25% dell’olio aggiunto veniva effettivamente incapsulato), per cui non è stato possibile utilizzare nanoparticelle “caricate” con quantità di olio tali da inibire significativamente lo sviluppo microbico in hamburger di carne bovina. Infatti, l’effetto sinergico chitosano/olio essenziale è stato in grado di ridurre solo lievemente il carico di enterobatteri durante la conservazione refrigerata, soprattutto nei campioni confezionati in atmosfera modificata. Una prova effettuata utilizzando i due oli in forma libera ad elevata concentrazione (1000 mg/kg), la cannella si è dimostrata molto più efficace del timo, riducendo il carico cellulare di enterobatteri a fine shelf-life, con effetto più evidente nei campioni di hamburger confezionati in atmosfera modificata (riduzione di un ciclo logaritmico). Inoltre, essa è risultata in grado di ridurre lievemente lo sviluppo di lieviti e funghi. Concludendo, gli oli essenziali usati in questa sperimentazione, poiché caratterizzati da una bassa concentrazione di molecole ad elevata attività antimicrobica (timolo/carvacrolo per il timo, aldeide cinnamica per la cannella), non sono stati in grado di prolungare in modo significativo la shelf-life di hamburger di bovino, nemmeno se incapsulati in chitosano.

Aberrant lipid metabolism in hepatocellular carcinoma revealed by plasma metabolomics and lipid profiling

There has been limited analysis of the effects of hepatocellular carcinoma (HCC) on liver metabolism and circulating endogenous metabolites. Here, we report the findings of a plasma metabolomic investigation of HCC patients by ultraperformance liquid chromatography-electrospray ionization-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-ESI-QTOFMS), random forests machine learning algorithm, and multivariate data analysis. Control subjects included healthy individuals as well as patients with liver cirrhosis or acute myeloid leukemia. We found that HCC was associated with increased plasma levels of glycodeoxycholate, deoxycholate 3-sulfate, and bilirubin. Accurate mass measurement also indicated upregulation of biliverdin and the fetal bile acids 7α-hydroxy-3-oxochol-4-en-24-oic acid and 3-oxochol-4,6-dien-24-oic acid in HCC patients. A quantitative lipid profiling of patient plasma was also conducted by ultraperformance liquid chromatography-electrospray ionization-triple quadrupole mass spectrometry (UPLC-ESI-TQMS). By this method, we found that HCC was also associated with reduced levels of lysophosphocholines and in 4 of 20 patients with increased levels of lysophosphatidic acid [LPA(16:0)], where it correlated with plasma α-fetoprotein levels. Interestingly, when fatty acids were quantitatively profiled by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), we found that lignoceric acid (24:0) and nervonic acid (24:1) were virtually absent from HCC plasma. Overall, this investigation illustrates the power of the new discovery technologies represented in the UPLC-ESI-QTOFMS platform combined with the targeted, quantitative platforms of UPLC-ESI-TQMS and GC-MS for conducting metabolomic investigations that can engender new insights into cancer pathobiology.

Characterization of Halyomorpha halys (brown marmorated stink bug) biogenic volatile organic compound emissions and their role in secondary organic aerosol formation.

The formation of aerosols is a key component in understanding cloud formation in the context of radiative forcings and global climate modeling. Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) are a significant source of aerosols, yet there is still much to be learned about their structures, sources, and interactions. The aims of this project were to identify the BVOCs found in the defense chemicals of the brown marmorated stink bug Halymorpha halys and quantify them using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) and test whether oxidation of these compounds by ozone-promoted aerosol and cloud seed formation. The bugs were tested under two conditions: agitation by asphyxiation and direct glandular exposure. Tridecane, 2(5H)-furanone 5-ethyl, and (E)-2-decenal were identified as the three most abundant compounds. H. halys were also tested in the agitated condition in a smog chamber. It was found that in the presence of 100-180 ppm ozone, secondary aerosols do form. A scanning mobility particle sizer (SMPS) and a cloud condensation nuclei counter (CCNC) were used to characterize the secondary aerosols that formed. This reaction resulted in 0.23 microg/ bug of particulate mass. It was also found that these secondary organic aerosol particles could act as cloud condensation nuclei. At a supersaturation of 1%, we found a kappa value of 0.09. Once regional populations of these stink bugs stabilize and the populations estimates can be made, the additional impacts of their contribution to regional air quality can be calculated.

Characterization of Halyomorpha Halys (Brown Marmorated Stink Bug) Biogenic Volatile Organic Compound Emissions and Their Role in Secondary Organic Aerosol Formation

The formation of aerosols is a key component in understanding cloud formation in the context of radiative forcings and global climate modeling. Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) are a significant source of aerosols, yet there is still much to be learned about their structures, sources, and interactions. The aims of this project were to identify the BVOCs found in the defense chemicals of the brown marmorated stink bug Halymorpha halys and quantify them using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) and test whether oxidation of these compounds by ozone-promoted aerosol and cloud seed formation. The bugs were tested under two conditions: agitation by asphyxiation and direct glandular exposure. Tridecane, 2(5H)-furanone 5-ethyl, and (E)-2-decenal were identified as the three most abundant compounds. H. halys were also tested in the agitated condition in a smog chamber. It was found that in the presence of 100-180 ppm ozone, secondary aerosols do form. A scanning mobility particle sizer (SMPS) and a cloud condensation nuclei counter (CCNC) were used to characterize the secondary aerosols that formed. This reaction resulted in 0.23 mu g/bug of particulate mass. It was also found that these secondary organic aerosol particles could act as cloud condensation nuclei. At a supersaturation of 1%, we found a kappa value of 0.09. Once regional populations of these stink bugs stablilize and the populations estimates can be made, the additional impacts of their contribution to regional air quality can be calculated. Implications: Halymorpha halys (brown marmorated stink bugs) are a relatively new invasive species introduced in the United States near Allentown, Pennsylvania. The authors chemically speciated the bugs' defense pheromones and found that tridecane, 5-ethyl-2(5H)-furanone, and (E)-2-decenal dominated their emissions. Their defense emissions were reacted with atmospherically relevant concentrations of ozone and resulted in 0.23 g of particulate matter per emission per bug. Due to the large population of these bugs in some regions, these emissions could contribute appreciably to a region's PM2.5 (particulate matter with an aerodynamic diameter 2.5 m) levels.

Endocannabinoid content in fetal bovine sera - unexpected effects on mononuclear cells and osteoclastogenesis

The major endocannabinoids (ECs) arachidonoylethanolamide (AEA) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG) and related N-ethanolamines act as full and partial agonists at CB(1), CB(2), GPR55, PPAR and TRPV1 receptors to various degrees. These receptors are also expressed in immune cells like monocytes/macrophages where they regulate different cellular processes. In this study, potentially bioactive lipids in fetal bovine sera (FBS) were quantified by GC/MS. We found that several commercial FBS contain ECs and bioactive amounts of 2-AG (250-700 nM). We show that residual 2-AG from FBS can activate primary macrophages and increase migration and RANKL-stimulated osteoclastogenesis. Furthermore, 2-AG high-content sera specifically upregulated LPS-stimulated IL-6 expression in U937 cells. Polymyxin B beads may be used to selectively and efficiently remove 2-AG from sera, but not arachidonic acid and N-ethanolamines. In conclusion, 2-AG in cell culture media may significantly influence cellular experiments. CD14+ mononuclear cells which strongly express surface CB receptors may be particularly sensitive towards residual 2-AG from FBS. Therefore, the EC content in culture media should be controlled in biological experiments involving monocytes/macrophages.

Enzymatic Activity of Soybean Lipoxygenase-1 on Linoleoyl-Derivatized Agarose

Soybean lipoxygenase-1 (SBLO-1) catalyzes the oxygenation of linoleic acid to form 13(S) and 9(R) hydroperoxides. The manner in which substrates bind to the lipoxygenase family of enzymes is not known. It is believed fatty acid substrates may bind either with the aliphatic end first or with the carboxylate group facing the interior of the protein. This thesis tested a potential methyl-end first substrate binding mechanism by studying the activity of SBLO-1 to oxygenate immobilized linoleoyl residues attached to an insoluble polymer. Linoleic acid was attached to aminohexyl agarose in the presence of N-(3- dimethylaminopropyl)-N’-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) and Nhydroxysuccinimide (NHS). The concentration of the covalently attached residues was facilitated by enriching linoleic acid with a small amount of the radioactive 14C-isotope. Functionalization yields of 3% available primary amines on the resin were obtained. Enzymatic oxygenation of the linoleoyl-residues was verified using the ferrous oxidation in xylenol orange (FOX) assay. Approximately 30% of the attached linoleoyl moieties were converted to hydroperoxides in the presence of SBLO-1. A disulfide-containing cleavable linker, cystamine, was used as part of an improved method to isolate the product in a facile manner. Cystamine was attached to NHS-activated agarose with approximately 5% overall functionalization yield of available functional groups. 14C-linoleic acid was successfully covalently linked to the cystamine moieties in the presence of EDC and NHS. The FOX assay verified the enzymatic oxygenation of the linoleoyl residues attached to cystamine-derivatized agarose. The isolation of the peroxide product was attempted in a series of extractions in organic solvents. The product was analyzed using GC/MS which did not show a new peak indicative of product. Further work is needed to successfully analyze the stereoand regiochemistry of the oxygenated product. The presence of the peroxides in this study indicated the linoleoyl residues behave as substrates of SBLO-1. It is unknown how bulky substrates bind to the active site; however, it is difficult to rationalize a carboxylate group-first binding mode. Discovery of the 13(S)-hydroperoxide product on the linoleoyl-agarose would support the claim of a potential methyl-end first binding mechanism.

Primary male osteoporosis is associated with enhanced glucocorticoid availability

OBJECTIVE: While systemic glucocorticoids compromise bone metabolism, altered intracellular cortisol availability may also contribute to the pathogenesis of primary male osteoporosis (MO). The objective of this study was to assess whether intracellular cortisol availability is increased in MO due to a distorted local cortisol metabolism. METHODS: Forty-one patients with MO were compared with age- and BMI-matched non-osteoporotic subjects after excluding overt systemic hypercortisolism (N = 41). Cortisol, cortisone and the respective tetrahydro-, 5α-tetrahydro- and total cortisol metabolites were analysed by GC-MS in 24 h urine. Apparent 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSD) enzyme activities, excretion of cortisol metabolites and calcium, and fractional urinary calcium excretion were assessed and related to BMD. RESULTS: Fractional and total urinary calcium excretion negatively correlated with BMD at all (P < 0.05) and at three of five (P < 0.05) measurement sites, respectively. While systemic cortisol was unchanged, apparent 11β-HSD enzyme activity in MO patients (P < 0.01) suggested increased intracellular cortisol availability. Total and fractional urinary calcium excretion was higher, with apparent 11β-HSD enzyme activities consistent with an enhanced intracellular cortisol availability (P < 0.05). CONCLUSION: Apparent 11β-HSD enzyme activities consistent with increased intracellular cortisol availability correlated with urinary calcium loss and reduced bone mineral density in MO. The changes in 11β-HSD activity were associated with both the fractional calcium excretion, suggesting altered renal calcium handling, and the absolute urinary calcium excretion. Both mechanisms could result in a marked bone calcium deficiency if insufficiently compensated for by intestinal calcium uptake.

Urinary metabolites and antioxidant products of exogenous melatonin in the mouse

Exogenous melatonin is widely used for sleep disorders and has potential value in neuroprotection, cardioprotection and as an antioxidant. Here, a novel method is described for the determination of melatonin and six metabolites in mouse urine by use of LC-MS/MS and GC-MS. LC-MS/MS is used for the measurement of melatonin, N1-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK), N1-acetyl-N2-formyl-5-methoxykynuramine (AFMK) and 6-hydroxymelatonin (6-HMEL), while GC/MS is used for the determination of N-[2-(5-methoxy-2-oxo-2,3-dihydro-1H-indol-3-yl)-ethyl]-acetamide (2-OMEL) and cyclic 3-hydroxymelatonin (3-HMEL) with detection limits on column of 0.02-0.5 pmol, depending on the metabolite. Following oral administration of melatonin to mice, a 0-24 hr urine collection revealed the presence of melatonin (0.2% dose), 6-HMEL (37.1%) and NAS (3.1%) comprising >90% of the total metabolites; AMK and AFMK were also detected at 0.01% each; 2-OMEL was found at 2.2% of the dose, which is >100 times more than the AMK/AFMK pathway, and comprises >5% of the melatonin-related material detected in mouse urine. 3-HMEL was largely found as a sulfate conjugate. These studies establish sensitive assays for determination of six melatonin metabolites in mouse urine and confirm the potential for antioxidant activity of melatonin through the identification in vivo of AMK and AFMK, ring-opened metabolites with a high capacity for scavenging reactive oxygen species.