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A comparative study of Alzheimer’s demantia and Lewy body dementia
No full textLa presente dissertazione ha la finalità di valutare le differenze e le analogie di due tra le più comuni forme di demenza: la demenza di Alzheimer (AD) e la demenza a corpi di Lewy (LBD).
L’introduzione presenta una panoramica delle diverse forme di demenze: dai Disturbi Neurocognitivi lievi ai Disturbi Neurocognitivi maggiori, esaminandone le principali caratteristiche. Il capitolo 1 esplora la demenza di Alzheimer, analizzando i principali dati epidemiologici e le principali scoperte che si sono susseguite in un panorama storico. Inoltre, verranno discusse le principali teorie eziologiche ed infine descritta la sintomatologia clinica tipica. Il capitolo 2 esamina la demenza a corpi di Lewy discutendo diversi aspetti chiave di questa condizione, tra cui i principali fattori di rischio, la neuropatologia sottostante e le principali caratteristiche cliniche. Il capitolo 3 fornisce un’analisi approfondita della letteratura volta a far emergere le principali differenze e gli eventuali punti di sovrapposizione di queste due condizioni che talvolta rendono difficile una diagnosi appropriata. Inoltre, si esaminerà nel dettaglio l’iter diagnostico della demenza di Alzheimer e della demenza a corpi di Lewy, quale anamnesi, studi di neuroimmagini, analisi dei principali biomarcatori, ponendo un’attenzione particolare ai principali strumenti neuropsicologici che possono far emergere delle differenze significative tra le due condizioni. Infine, vengono descritti i principali trattamenti farmacologici e psicosociali che caratterizzano la strategia di gestione di persone affette da questa condizione
Influence of information processing speed on cognitive performance in Parkinson's disease
No full textBackground: La Malattia di Parkinson (MP) è un disturbo neurodegenerativo idiopatico che
determina sintomi motori, neuropsichiatrici e cognitivi. Tra quest’ultimi, in letteratura emerge
frequentemente un deficit di velocità di elaborazione delle informazioni o speed of processing (PS).
Obiettivi: Lo scopo del presente contributo è indagare il ruolo del rallentamento della velocità di
elaborazione delle informazioni sul livello di prestazioni cognitive in soggetti con Malattia di
Parkinson idiopatica affetti da disturbi cognitivi, per dare conferma all’ipotesi che il rallentamento
della velocità di elaborazione mentale si declini come uno dei sintomi cognitivi cardine più
rappresentativi del disturbo, che più di tutti differenzia i pazienti dalla popolazione sana. L’idea a
monte è pertanto che i soggetti presentino un effettivo decadimento della prestazione cognitiva
soltanto nei test cognitivi a tempo (che operazionalizzano la PS) e che, quindi, tolto l’effetto della
PS la prestazione dei soggetti con MP non dementi possa essere assimilabile a quella della
popolazione sana.
Metodo: E’ stato reclutato un campione composto da 18 soggetti affetti da MP idiopatica con mild
cognitive impairment (MCI) e 18 controlli sani. Per testare il ruolo predittivo del gruppo di
appartenenza sulla prestazione cognitiva in una serie di test neuropsicologici sono stati effettuati t test per campioni indipendenti e test robusti di U-Mann-Whitney. Per stimare la dimensione
dell’effetto si è analizzato il coefficiente delta di Cliff per le analisi non parametriche, e coefficienti
g di Hedges e delta di Glass per le parametriche. Tramite l’analisi della covarianza (ANCOVA) si è
indagato se le differenze risultate significative permanessero oppure no escludendo l’effetto di età e
scolarità sulla relazione Y~X.
Risultati: Si è riscontrata una differenza significativa nel Test di Stroop - Tempo (U= 62, p =
0.004894** , ES r= -0.5694444), Fluenze Semantiche (t=3.1058 p=0.0038**, ES g=1.03) e Matrici
Progressive Colorate di Raven (t=6.7455, p=3.487e-07***, ES Δ =1.91). In tutti e tre i casi l’effetto
significativo permane escludendo l’influenza di età e scolarità (rispettivamente p=0.00407 **,
p=0.000804 ***, p=2.26e-08 ***). Per tutti gli altri test neuropsicologici, seppur la prestazione dei
soggetti con MP sia generalmente peggiore, essa non raggiunge livelli significativamente diversi dal
gruppo di controllo. Ponendo il punteggio allo Stroop-Tempo come covariata tra Matrici e gruppo
di appartenenza e Fluenze semantiche e gruppo di appartenenza, l’effetto significativo permane per
le Matrici (p=1.33e-05), suggerendo una sofferenza cognitiva globale imputabile al disturbo di
neurotrasmissione.
Conclusioni: Nei pazienti con MP-MCI la scarsa velocità dei processi di pensiero pare influenzare
predittivamente le prestazioni cognitive, le quali risultano significativamente peggiori dei sani
soltanto nei test ad alta richiesta di PS. Tali risultati sembrano suggerire che il rallentato
processamento delle informazioni rappresenti un disturbo cognitivo primario nella popolazione con
MP-MCI.Background: Parkinson's disease (PD) is an idiopathic neurodegenerative disorder that manifests in
motor, neuropsychiatric and cognitive symptoms. Among the cognitive symptoms, a deficit in
information speed of processing (PS) frequently emerges in the literature.
Objectives: This study aims to investigate the role of the slowing down of information processing
speed on cognitive performance levels in individuals with idiopathic Parkinson's disease
experiencing cognitive disorders, to confirm the hypothesis that slow PS is a key cognitive
symptom of the disorder, which most of all distinguishes patients from the healthy population. The
underlying idea is that individuals with PD exhibit an effective decline in cognitive performance
only in timed cognitive tests (which operationalize PS); thus, once the effect of PS is removed, the
performance of non-demented PD subjects can be comparable to that of the healthy population.
Method: The sample included 18 subjects with idiopathic PD and mild cognitive impairment (MCI)
and 18 healthy controls. To assess the predictive role of group membership on cognitive
performance in a series of neuropsychological tests, t-tests for independent samples and robust U-Mann-Whitney tests were conducted. Effect size was estimated using Cliff's delta coefficient for
non-parametric analyses, and Hedges' g coefficients and Glass's delta for parametric ones. Analysis
of covariance (ANCOVA) was used to investigate whether significant differences persisted after
accounting for the effects of age and education on the Y~X relationship.
Results: Significant differences were found in the Stroop Test - Time (U= 62, p = 0.004894**, ES
r= -0.5694444), Semantic Fluencies (t=3.1058 p=0.0038**, ES g=1.03) and Raven's Colored
Progressive Matrices (t=6.7455, p=3.487e-07***, ES Δ =1.91). In all three cases, significant effects
remained after excluding the influence of age and education (p=0.00407 **, p=0.000804 ***,
p=2.26e-08 *** respectively). For all other neuropsychological tests, although the performance of
PD subjects was generally worse, it did not significantly differ from that of the control group.
Including the Stroop-Time score as a covariate between Matrices and group membership and
Semantic Fluencies and group membership revealed a still significant effect for Matrices (p=1.33e 05), suggesting a global cognitive impairment attributable to a disorder of neurotransmission.
Conclusions: In patients with PD-MCI, slow PS appears to influence predictively cognitive
performance, which is significantly poorer than that of healthy individuals only in tests with high
PS demand. These results suggest that slowed information processing represents a primary
cognitive disorder in the PD-MCI population
Evaluation of Hyperlipidemia in Patients Undergoing Phenobarbital Therapy
No full textL'epilessia idiopatica nel cane è una patologia ampiamente diffusa, ma presenta ancora molti aspetti che richiedono chiarimenti. Attualmente, i farmaci disponibili per il controllo delle crisi epilettiche sono limitati. Uno dei più studiati è il fenobarbitale, che ha dimostrato un'efficacia significativa in un buon numero di casi. Tuttavia, come tutti i farmaci, anche il fenobarbitale non è privo di effetti collaterali, uno tra questi è l’iperlipidemia.
L'iperlipidemia si riferisce all'aumento delle concentrazioni di lipidi nel sangue, quali colesterolo totale, trigliceridi o entrambi. Questo disturbo può essere classificato come primario, di origine genetica o familiare, o secondario, causato da malattie o dalla somministrazione di farmaci. Tra le cause secondarie, più comuni rispetto alla forma primaria, vi sono endocrinopatie (ad esempio diabete mellito, ipotiroidismo, iperadrenocorticismo), pancreatite, obesità, nefropatie proteino-disperdenti, colestasi e l'uso di farmaci come corticosteroidi e fenobarbitale.
Nel cane, l'iperlipidemia è associata a diverse complicanze cliniche, tra cui pancreatite, insulino-resistenza, aumento delle attività enzimatiche epatiche, mucocele della cistifellea, convulsioni, alterazioni comportamentali, neuropatie periferiche e anomalie oculari. A causa delle potenziali complicanze legate all'iperlipidemia, è fondamentale instaurare una terapia mirata a ridurre o normalizzare le concentrazioni sieriche di trigliceridi e colesterolo.
L'iperlipidemia può predisporre il paziente a ulteriori complicanze, come la pancreatite o eventi cerebrovascolari, e interferire con la misurazione di diversi analiti.
Il trattamento dell’iperlipemia si basa primariamente sull’adozione di una dieta a basso tenore lipidico, la quale sembra essere efficacie nel ridurre le concentrazioni sieriche di trigliceridi.
Nel caso in cui sia persistente l’iperlipidemia si può considerare l’utilizzo del bezafibrato, un derivato dell'acido fibrico, il quale viene utilizzato nell'uomo come farmaco ipolipemizzante per il trattamento dell'ipertrigliceridemia. I fibrati agiscono inducendo l'assorbimento epatico degli acidi grassi, riducendo la sintesi dei trigliceridi e delle lipoproteine a bassa densità (VLDL), aumentando l'attività della lipoproteina lipasi e favorendo l'escrezione del colesterolo epatico tramite la cistifellea. Il risultato è una significativa riduzione della concentrazione circolante di trigliceridi (sotto forma di VLDL) e una leggera diminuzione del colesterolo.
Nell'uomo, i fibrati rappresentano la terapia di scelta per l'iperlipidemia moderata o grave. Tuttavia, l'efficacia e la sicurezza del bezafibrato nei cani necessitano di ulteriori studi per poter essere valutate adeguatamente e stabilire il suo impiego clinico nelle forme di iperlipidemia associate a patologie o trattamenti farmacologici come l'uso di fenobarbitale.
Idiopathic epilepsy in dogs is a widely prevalent condition, but many aspects of it still require clarification. Currently, the available medications for controlling epileptic seizures are limited. One of the most studied drugs is phenobarbital, which has demonstrated significant efficacy in a good number of cases. However, like all medications, phenobarbital is not without side effects, one of which is hyperlipidemia.
Hyperlipidemia refers to an increase in blood lipid concentrations, such as total cholesterol, triglycerides, or both. This condition can be classified as primary, due to genetic or familial lipid metabolism disorders, or secondary, caused by diseases or medication use. Among the secondary causes, which are more common than the primary form, are endocrine disorders (such as diabetes mellitus, hypothyroidism, hyperadrenocorticism), pancreatitis, obesity, protein-losing nephropathy, cholestasis, and the use of drugs such as corticosteroids and phenobarbital.
In dogs, hyperlipidemia is associated with various clinical complications, including pancreatitis, insulin resistance, elevated liver enzyme activity, gallbladder mucocele, seizures, behavioral changes, peripheral neuropathies, and ocular abnormalities. Due to the potential complications associated with hyperlipidemia, it is crucial to implement a targeted therapy to reduce or normalize serum triglyceride and cholesterol concentrations.
Hyperlipidemia may predispose patients to further complications, such as pancreatitis or cerebrovascular events, and interfere with the measurement of various analytes. The treatment of hyperlipidemia primarily involves adopting a low-fat diet, which appears to be effective in lowering serum triglyceride levels.
If hyperlipidemia persists, the use of bezafibrate, a fibrate derivative, can be considered. Bezafibrate is used in humans as a lipid-lowering drug for the treatment of hypertriglyceridemia. Fibrates work by inducing hepatic absorption of fatty acids, reducing the synthesis of triglycerides and very low-density lipoproteins (VLDL), increasing lipoprotein lipase activity, and promoting the excretion of hepatic cholesterol via the gallbladder. The result is a significant reduction in circulating triglycerides (in the form of VLDL) and a slight decrease in cholesterol levels.
In humans, fibrates are the treatment of choice for moderate to severe hyperlipidemia. However, the efficacy and safety of bezafibrate in dogs require further studies to be adequately evaluated and to establish its clinical use in hyperlipidemia cases associated with diseases or drug treatments, such as phenobarbital use
Leveraging lactic acid bacteria for new sustainable processes
No full textI microrganismi sono presenti in ogni ecosistema, influenzandone fortemente l’equilibrio e le funzionalità. La biodiversità sta subendo modificazioni a livello globale a causa di fattori antropici e naturali con diverse conseguenze sul benessere del nostro pianeta e sull’esistenza umana stessa. Considerata l'importanza della biodiversità, anche nel mondo microscopico, sono state create Collezioni Microbiche e Centri di Risorse Biologiche per preservare la diversità microbica e facilitare il raggiungimento di scopi sia scientifici che industriali. La Collezione Microbica dell'Università di Parma (UPCC-University Parma Culture Collection) è costituita principalmente da batteri lattici (LAB) isolati da varie matrici alimentari. I LAB rappresentano un ampio gruppo di batteri Gram-positivi ubiquitari notevolmente versatili e rilevanti, soprattutto in ambito alimentare e sanitario, grazie alla loro diversità metabolica e adattabilità alle diverse condizioni ambientali. I cambiamenti fenotipici dipendono dalle complesse interazioni tra fattori ambientali e genotipo, e la comprensione delle caratteristiche fenotipiche dei LAB è cruciale per sfruttarne il potenziale in diversi settori. Le attuali tecnologie di sequenziamento del genoma, bioinformatica e tecniche di screening ad alto rendimento applicate a grandi collezioni microbiche ci offrono nuove opportunità per muoverci verso un sistema economico sostenibile. Produrre composti ad alto valore aggiunto di interesse industriale grazie all’impiego di microrganismi è una delle strategie dell'economia circolare. L'implementazione di un modello di economia circolare consente il recupero, mediante approcci biotecnologici, di scarti e sottoprodotti generati a livello globale ogni giorno, fornendo così benefici sia economici che ambientali.
All’interno di questo scenario, la presente tesi di Dottorato si è concentrata sulla caratterizzazione fenotipica dei batteri lattici dalla Collezione Microbica dell'Università di Parma. Questo approccio ha permesso di descrivere oggettivamente la diversità microbica e ottenere modelli predittivi al fine di ideare processi mirati. Inoltre, la fenotipizzazione ha permesso di esplorare il potenziale tecnologico dei LAB concentrandosi sulla produzione di acido lattico come precursore di bioplastiche e la valorizzazione dei sottoprodotti del biodiesel.Microorganisms are present in every ecosystem, whose balance and functionality might strongly depend on microbial diversity. Biodiversity is changing worldwide because of anthropogenic and natural drivers with several consequences on our planet's well-being and human existence itself. Recognising the importance of biodiversity, Culture Collections and microbial Biological Resource Centres have been created to preserve microbial diversity and facilitate research and industrial purposes. The University of Parma's Culture Collection is mainly composed of lactic acid bacteria (LAB) isolated from various food matrices. LAB are a wide group of ubiquitous Gram-positive bacteria with remarkable versatility and relevance, especially in food and health, thanks to their metabolic diversity and adaptability to different environmental conditions. Changes in phenotype depend on the complex interactions between environmental factors and genotype, and the understanding of LAB's phenotypic features is crucial for exploiting their potential in diverse industries. Current technologies in genome sequencing, bioinformatics, and high-throughput screening techniques applied to large collections of microbial strains give us new opportunities to move towards a sustainable economic system. Producing value-added compounds of industrial interest by biological methods is one of the strategies of the circular economy. The implementation of a circular economy model enables the recovery of waste and by-products globally generated every day, thus providing both economic and environmental benefits.
Within this scenario, the present Ph.D. thesis focused on the phenotypic characterisation of a representative selection of LAB from the University of Parma’s Culture Collection. This approach allowed us to objectively describe the microbial diversity and obtain predictive machine learning models to design targeted processes. Furthermore, the phenotyping enabled the exploration of LAB’s technological potential focusing on lactic acid production for bioplastics and biodiesel by-products' valorisation
Meccanismi di tolleranza al cromo in alghe verdi unicellulari d’acqua dolce: ruolo del metabolismo del solfato
No full textLa disponibilità di zolfo e il suo metabolismo, in particolare i prodotti terminali del pathway come cisteina e glutatione giocano un importante ruolo nella tolleranza da metalli pesanti, cromo compreso, svolgendo un ruolo in particolare nella detossificazione dello stress ossidativo che la riduzione dei metalli pesanti spesso comporta, fenomeno noto come Sulfur Enhanced Defence (SED).
Nella prima parte di questo progetto abbiamo investigato il ruolo degli enzimi coinvolti nella sintesi di cisteina in due ceppi con differente tolleranza al Cr(VI) di Scenedesmus acutus. Infatti, in seguito ad un periodo di deprivazione di zolfo seguito da un ripristino dei nutrienti, entrambi i ceppi mostrano un aumentata tolleranza al cromo e concentrazione più alte di cisteina libera, aumento particolarmente forte nel ceppo Cr-tollerante. L’aumento dell’attività di sintesi di cisteina trovato è in linea con l’aumentata espressione dei geni coinvolti nel complesso cisteina sintasi, in particolare SaSAT1, SaOAS-TL2 e SaOAS-TL4. L’analisi delle possibili fonti di solfuro ha evidenziato una differenza nei livelli di espressione dell’enzima D-cisteina desulfidrasi fra i due ceppi, inoltre questa attività è maggiore in tutte le condizioni testate rispetto all’attività L-cisteina desulfidrasica, differenza particolarmente accentuata nel ceppo cromo tollerante.Una differente regolazione fra i due ceppi dei livelli di D-cisteina potrebbe essere alla base del grande aumento dei livelli di questo aminoacido al ripristino dei nutrienti dopo un periodo di deprivazione di zolfo, dal momento che la forma D è, al contrario della forma L, esclusa dai sistemi di regolazione a feedback negativo del pathway del solfato.
La seconda parte del progetto si proponeva di verificare se l’aumento della produzione di cisteina fosse un meccanismo comune anche in altre specie algali adattate ad ambienti sottoposti a stress da cromo. Per fare ciò abbiamo isolato e identificato differenti specie di microalghe dalle sorgenti del monte Prinzera, montagna di origine ofiolitica vicino a Parma, Italia, dove le concentrazioni medie di cromo esavalente registrate durante l’anno sono pari a 12 Cr(VI) µg/L. L’analisi di tolleranza al cromo effettuata su alcune delle specie isolate ha confermato una tolleranza a concentrazioni di cromo superiori a quelle presenti nelle acque campionate. Comparando la tolleranza al cromo di due ceppi dell’alga Chromochloris zofingiensis (ceppo isolato dalla sorgente del monte Prinzera e ceppo commerciale CCAP 211/14) abbiamo verificato come, per quanto questa specie sembri naturalmente poco sensibile ai metalli pesanti, l’ecotipo isolato mostri una maggiore tolleranza, e sia quindi un organismo adatto per espandere gli studi sulla tolleranza al cromo esavalente.The availability of sulfur and its metabolism, particularly the terminal products of the pathway such as cysteine and glutathione, play an important role in the tolerance to heavy metals, including chromium, by playing a particular role in the detoxification of oxidative stress that the reduction of heavy metals often entails, a phenomenon known as Sulfur Enhanced Defence (SED).
In the first part of this project, we investigated the role of enzymes involved in the synthesis of cysteine in two strains with different tolerance to Cr(VI) of Scenedesmus acutus. Indeed, following a period of sulfur deprivation followed by nutrient restoration, both strains show increased chromium tolerance and higher concentrations of free cysteine, with the increase being particularly pronounced in the Cr-tolerant strain
The increase in cysteine synthesis activity found is in line with the increased expression of genes involved in the cysteine synthase complex, in particular SaSAT1, SaOAS-TL2, and SaOAS-TL4. The analysis of possible sources of sulfur highlighted a difference in the expression levels of the D-cysteine desulfhydrase enzyme between the two strains, and this activity is greater in all tested conditions compared to L-cysteine desulfhydrase activity, a difference particularly accentuated in the chromium-tolerant strain.
A different regulation between the two strains of D-cysteine levels could be the basis of the large increase in this amino acid upon nutrient restoration after a period of sulfur deprivation, since the D form, unlike the L form, is excluded from the negative feedback regulation systems of the sulfate pathway.
The second part of the project aimed to verify if the increase in cysteine production was a common mechanism also in other algal species adapted to environments subjected to chromium stress. To do this, we isolated and identified different species of microalgae from the sources of Mount Prinzera, an ophiolitic origin mountain near Parma, Italy, where the average concentrations of hexavalent chromium recorded during the year are 12 Cr(VI) µg/L.
The chromium tolerance analysis carried out on some of the isolated species confirmed a tolerance to chromium concentrations higher than those present in the sampled waters. By comparing the chromium tolerance of two strains of the alga Chromochloris zofingiensis (strain isolated from the source of Mount Prinzera and commercial strain CCAP 211/14), we found that, although this species seems naturally insensitive to heavy metals, the isolated ecotype shows greater tolerance, and is therefore a suitable organism to expand studies on hexavalent chromium tolerance
Engineered vectors for single-domain antibody selection from immune and synthetic libraries
No full textThe revolutionary and serendipitous discovery of heavy chain antibodies in the blood of camelids in 1993 aroused great interest. This discovery has marked a breakthrough in the field of antibodies because the variable domain of this class of antibodies, known as VHH or nanobody or single-domain antibodies, has unique properties. This variable domain is very small (~15 kDa) compared to conventional antibodies (~150 kDa), it is soluble due to the absence of exposed hydrophobic amino acid residues, and it can be expressed individually in bacteria as a recombinant protein while retaining target affinity comparable to that of the whole antibody. These distinctive properties have made single-domain antibodies a versatile tool with a wide range of applications, from basic research to diagnostics and therapy.
During my PhD, I focused on engineering vectors suitable for displaying nanobodies on phages and bacteria. I systematically tested the functionality of these vectors by generating libraries encompassing both synthetic and immune nanobodies.
To get this research project started, I chose an efficient cloning system that could guarantee the creation of highly complex libraries: Gateway® technology.
Commercially available vectors for ligand selection by phage display do not support the use of this cloning method and, as they are mostly phagemid-based, require long times to perform repeated selection steps. I strategically modified an existing phage vector, already adapted for phage display technology, to take advantages of Gateway cloning. This cloning system enabled the construction of a phage library of synthetic humanized nanobodies, using a synthetic sequence encoding a nanobody with a humanized scaffold framework (hCFW) as a template. Despite achieving a sufficiently complex library and enriching it with nanobodies targeting the thioredoxin protein from the bacterium Pyrococcus furiosus (PfTrx), subsequent attempts to isolate individual clones specifically directed against the target proved challenging. This limitation may be due to the low binding affinity of the nanobodies in the initial library, which probably requires the inclusion of maturation steps.
The destination genetic cassette (DEST) proposed by Invitrogen for modifying vectors used with the Gateway cloning system is unsuitable for classical phagemid vectors used in phage display. Counter-selection of the destination cassette, which contains the gene encoding the toxin CcdB, proves ineffective in the bacterial strains used for phage display beacause they also carry the gene for the antitoxin (CcdA) on the F plasmid, which can neutralise the toxin. To overcome this issue, I designed and implemented the modification of a phagemid vector by mutagenizing the classic destination cassette. This modification allowed overexpression of the ccdB gene upon induction with the IPTG. Under toxin overexpression conditions, the resulting vector facilitated the selection of recombinant clones, even in normally resistant bacterial strains. To validate the functionality of this new vector, I constructed an immune nanobody library from a llama vaccinated with PfTrx and isolated a specific ligand for this target protein.
Finally, I investigated the potential of the bacterial display system by evaluating three different Escherichia coli surface proteins for their suitability in this selection process. I prepared three expression vectors capable of producing and transporting the three proteins to the bacterial outer membrane. These proteins were fused to a passenger protein, specifically a domain of the FbaB protein from Streptococcus pyogenes (SpyCatcher). This setup allowed for the evaluation of the effectiveness of the three autotransporters in delivering a foreign protein to the outer membrane of E. coli using the SpyTag-SpyCatcher binding system. After identifying the most effective autotransporter, I transformed the corresponding expression vector into a destination vector by incorporating our modified cassette that overexpressing the CcdB toxin to ensure compatibility with the Gateway technology. Using this Gateway cloning approach, I demonstrated the ability of the vector to display a specific nanobody on the bacterial surface. The next step is to use this vector to generate a nanobody library and perform selection through bacterial display methodology
Mechanical Behavior of Human Skin: Testing, Modeling and Simulations
No full textSkin is the largest and one of the most complex organs of the human body, representing the first interface between the inner physiology and the external environment. It is not merely a protective envelope but a dynamic and multifaceted structure that plays a crucial role in various physiological functions, including temperature regulation, D vitamin synthesis, and haptic sensation. Its microstructure, mainly composed of elastin and collagen fibers, confers the tissue its characteristic non-linear anisotropic mechanical response, which guarantee the integrity of the membrane while allowing for the mobility of the body. Understanding the mechanical properties of skin is fundamental for enhancing surgical outcomes, improving wound healing, aiding in the design of prosthetics and wearable devices, and advancing dermatological treatments. This knowledge is crucial for both medical innovation and patient care.
In this thesis the complex mechanical behavior of skin is modeled by means of advanced constitutive models which can account for the non-uniform dispersion of the collagen fibers. Experimental tests on human skin samples were conducted to determine the parameters required to inform such models. In particular, microstructural parameters related to the collagen fiber dispersion are obtained from Second Harmonic Generation (SHG) images of the collagen fibers using a novel algorithm capable of measuring the the three-dimensional orientation distribution of the fibers.
Based on the experimental mechanical and microstructural data, the constitutive models implemented in the commercial Finite Element (FE) software ABAQUS are used to simulate skin corrective surgeries, specifically focusing on the Z-plasty, the triple Z-plasty, and the rhombic flap transposition. These simulations provide mechanical insights into the expected outcomes of surgical interventions, allowing us to define optimized configurations that minimizes deformations and stresses, thus contributing to improved surgical planning and outcomes.
The results achieved, beside confirming the effectiveness of mechanical simulations in biomedical applications, represent a step forward in the pursuit of more effective and tailored approaches to skin corrective surgeries. Moreover, the developed algorithms, as well as the experimental results of human skin, are not limited to the scope of the present thesis, but can be exploited in further biomechanical analyses.La pelle è il più esteso e uno dei più complessi organi del corpo umano e rappresenta la prima interfaccia tra la fisiologia interna al corpo umano e l'ambiente esterno. Essa non costituisce solamente una semplice barriera protettiva, ma una struttura dinamica e multifunzionale che svolge un ruolo cruciale in varie funzioni fisiologiche, tra cui la regolazione della temperatura, la sintesi della vitamina D e la sensazione tattile. La sua microstruttura, composta principalmente da fibre di elastina e collagene, conferisce al tessuto la sua caratteristica risposta meccanica non lineare e anisotropa, garantendo l'integrità della membrana pur consentendo la mobilità del corpo.
La comprensione delle proprietà meccaniche della pelle è fondamentale per migliorare i risultati chirurgici, accelerare la guarigione delle ferite, aiutare nella progettazione di protesi e dispositivi indossabili, e progredire nei trattamenti dermatologici.
Nella presente tesi, il complesso comportamento meccanico della pelle è modellato attraverso modelli costitutivi avanzati che possono tenere conto della dispersione non uniforme delle fibre di collagene. Per determinare i parametri necessari a caratterizzare tali modelli sono state condotte prove sperimentali su campioni di pelle umana. In particolare, i parametri microstrutturali legati alla dispersione delle fibre di collagene sono ottenuti dalle immagini SHG, Second Harmonic Generation, delle fibre di collagene utilizzando un nuovo algoritmo capace di misurare la distribuzione dell'orientamento tridimensionale delle fibre.
Sulla base dei dati meccanici e microstrutturali sperimentali, i modelli costitutivi implementati nel software commerciale a elementi finiti ABAQUS sono poi stati utilizzati per simulare interventi chirurgici correttivi della pelle. In particolare sono state analizzate la Z-plasty, la tripla Z-plasty e la rhombic flap transposition. Queste simulazioni forniscono utili informazioni meccaniche circa i risultati attesi degli interventi chirurgici, consentendo di definire configurazioni ottimizzate che minimizzano deformazioni e stress, contribuendo così a migliorare la pianificazione e i risultati chirurgici.
I risultati ottenuti, oltre a confermare l'efficacia delle simulazioni meccaniche nelle applicazioni biomediche, rappresentano un passo avanti nella ricerca di approcci più efficaci e personalizzati per le chirurgie correttive della pelle. Inoltre, gli algoritmi sviluppati, così come i risultati sperimentali della pelle umana, non sono limitati all'ambito della presente tesi, ma possono essere efficacemente utilizzati in ulteriori analisi biomeccaniche
Decision Making, Jumping to Conclusion and psychopathology : a study in healthy subjects.
No full textIn ambito psicologico e psichiatrico il concetto di "pensiero” fa riferimento al
risultato di manipolazione, organizzazione ed interpretazione delle informazioni
efferenti dal mondo esterno che, interagendo con i processi interni, permettono di
produrre una comprensione degli eventi a cui possiamo applicare delle inferenze.
Si tratta di un fenomeno multidimensionale che comprende diverse componenti, tra
cui la percezione, l'attenzione, la memoria, il ragionamento e la risoluzione dei
problemi tramite strategie di coping; tali attività sono possibili grazie all’attività
combinata di differenti sostrati neurali.
In questo studio si prendono in analisi i bias, descritti a livello computazionale come
fallacia delle euristiche, ovvero “scorciatoie cognitive” che hanno lo scopo di
adattare il comportamento individuale in maniera economica in termini di risorse
cognitive in contesti di decision making.
Il bias in questione analizzato dalla letteratura è il “Jumping To Conclusion” (lett.
saltare a conclusioni) ed il suo collegamento con l’insorgenza ed il mantenimento
di forme di psicopatologia quali disturbo ossessivo compulsivo, delirio, schizotipie
e psicosi; può essere descritto come un'alterazione nella valutazione razionale delle
informazioni, dunque l'individuo tende a formulare giudizi o conclusioni in modo
affrettato senza l’utilizzo adeguato delle informazioni disponibili relative ad un
evento.
Obiettivi
L'obiettivo principale di questo studio è stato esaminare la relazione tra la tendenza
a trarre conclusioni affrettate riguardo ad un evento e la presenza di sintomatologia
psicopatologica in un campione di soggetti sani.
Materiali e Metodi
Lo studio ha preso in analisi i risultati ottenuti da un campione di soggetti sani. La
modalità di somministrazione è avvenuta grazie l’ausilio della versione
computerizzate del task relativa al jumping to conclusion, uJTC Computer based
behavioural task.In questa sezione dello studio i soggetti sono tenuti a svolgere dei task di natura
pratica, nello specifico: comprendere a quale delle due matrici di pixel colorati
appartengono le caselle somministrate singolarmente, ogni prova è composta dalla
presentazione continua di 10 quadrati, per ogni quadrato viene valutato il grado di
certezza della risposta. Nella seconda parte dello studio, i partecipanti hanno
completato tre questionari relativi alla valutazione dimensionale dell'assetto
psicopatologico (SCID-5-PD; SCL-90; FCQ), utilizzati per valutare la presenza di
sintomi di dimensione psicopatologica (sintomi di base), componenti di stato e di
tratto.
Analisi dei dati e Risultati
Sono state eseguite analisi preliminari su un campione di 257 al fine di valutare
alcune misure predittive, inclusi i trials, le conditions e i sintomi SCL-90 relativi al
compito JTC (Jumping to Conclusions), e come queste misure potessero influenzare
le misure di outcome, come la confidence e la correctedness. Le analisi descrittive
sono state condotte per esaminare la distribuzione e le relazioni tra le variabili
coinvolte, tra cui le matrici di correlazione ed il Network Approach.
Successivamente, sono stati creati modelli statistici per valutare l'interazione tra le
variabili predittive e gli outcome considerati, al fine di ottenere una comprensione
più approfondita della natura dei legami che intercorrono tra di esse.
Conclusioni
Dalle analisi descrittive è stato osservato che il fenomeno del JTC bias mostra delle
fluttuazioni dipendenti dalla complessità del compito e dalla presenza di differenti
profili psicopatologici specialmente profili schizo-paranoidi, ossessivi compulsivi
e psicotici. Come ci si attendeva, man mano che il numero di prove aumenta e la
difficoltà del compito diminuisce, il soggetto oltre che rispondere sempre più
accuratamente, manifesta congruentemente una progressiva fiducia nelle proprie
risposte. Ad esclusione dei profili menzionati pocanzi, essi manifestavano una
confidence stabile durante lo svolgimento delle prove, a causa dei livelli elevati già nelle prime osservazioni. Ciò rispecchierebbe la presenza del Jumping to Conclusion in soggetti sani
Mirror neuron systems and intersubjectivity : from the mirroring of action to the possible implications for neuropsychological and psychiatric conditions.
No full textLa scoperta dei neuroni specchio rappresenta un punto di svolta nelle neuroscienze. Questi neuroni, inizialmente identificati nella corteccia premotoria ventrale della scimmia, si attivano sia quando l’individuo esegue un'azione motoria sia quando osserva un altro compiere la stessa. Questo fenomeno, noto come meccanismo mirror, è stato ritenuto alla base della comprensione delle azioni altrui e riscontrato anche negli esseri umani, attraverso varie metodologie come l’elettroencefalografia (EEG), la risonanza magnetica funzionale (fMRI), e altre tecniche non invasive, ma anche, per quanto rari, attraverso studi a livello di singolo neurone. L’importanza dei neuroni specchio sembra andare oltre la semplice comprensione delle azioni svolte da altri individui; infatti, si ipotizza che siano coinvolti in molteplici aspetti del pensiero e del comportamento umano, inclusi, ad esempio, l'apprendimento del linguaggio, l’empatia, il riconoscimento delle emozioni e la comunicazione. Inoltre, numerose evidenze hanno permesso di ipotizzare che disfunzioni dei sistemi mirror abbiano un contributo sostanziale ai disturbi delle dinamiche intersoggettive riscontrati in varie condizioni psichiatriche e neuropsicologiche. Il tentativo del presente elaborato è quello di riordinare i principali dati, presenti nell’immensa letteratura sui neuroni specchio, relativi al coinvolgimento di questi ultimi nei diversi aspetti dell’intersoggettività, focalizzando l’attenzione anche su una questione nodale: questi neuroni permettono esclusivamente una risonanza motoria pura o anche una risonanza emotiva? Nel fare questo, si propone una nuova visione del costrutto di intersoggettività, sottolineandone gli aspetti intrinsecamente corporei e, pertanto, inestricabili dai meccanismi di risonanza, o simulazione, incarnata. Si discute inoltre il possibile legame tra disfunzioni dei sistemi mirror e disturbi psichiatrici e neuropsicologici, quali la psicopatia, il disturbo borderline di personalità, la schizofrenia e i disturbi dello spettro autistico, con un duplice scopo: in primo luogo, per fare il punto sullo stato dell’arte, scoprendo, con rammarico, che la letteratura al riguardo è ancora poco sistematizzata e in una fase piuttosto preliminare; in secondo luogo, per corroborare l’ipotesi intersoggettiva del ruolo funzionale dei sistemi mirror. Se la visione tradizionale dei sistemi specchio si concentra sulla percezione sociale, si analizzano anche le nuove prospettive che, alla luce dei dati che nel tempo sono stati acquisiti, suggeriscono un ruolo basilare dei meccanismi mirror per l'interazione sociale. Infine, si propongono spunti di riflessione per successive ricerche nel tentativo di aggiungere definizione e risoluzione sia in alcuni aspetti fisiologici che in quelli patologici, al fine anche di delineare nuove linee e procedure di intervento terapeutico, ma anche nuovi profili diagnostici.The discovery of mirror neurons represents a turning point in neuroscience. First identified in the monkey’s ventral premotor cortex, these neurons are activated both when performing a motor action and observing another person performing the same action. This phenomenon, known as the mirror mechanism, has been considered the basis of understanding the actions of others and has also been found in humans using a variety of methods, including electroencephalography (EEG), functional magnetic resonance imaging (fMRI), and other non-invasive techniques, as well as, although rarely, studies at the single neuron level. The importance of mirror neurons goes beyond simply understanding of others’ actions; they are thought to be involved in many aspects of human thought and behavior, including language learning, empathy, emotion recognition, and communication. However, many evidence suggested that dysfunction of mirror systems have a crucial role to the disruptions in intersubjective dynamics characterizing some well-known psychiatric and neuropsychological conditions. The present dissertation aims to reorganize the most important data in the huge literature concerning mirror neurons and how they are involved in different aspects of intersubjectivity, also brings up a nodal question: do these neurons exclusively allow pure motor resonance or also emotional resonance? A new view of the construct of intersubjectivity is proposed, emphasizing its inherently bodily aspects and thus inseparable from mechanisms of embodied resonance or simulation. Next, the possible link between mirror system dysfunction and psychiatric and neuropsychological disorders, such as psychopathy, borderline personality disorder, schizophrenia, and autism spectrum disorder, is discussed with a twofold purpose: first, to take an overview of the state of the art in this regard, regrettably finding that the literature on this subject is still poorly systematized and in a rather preliminary stage; second, to substantiate the intersubjective hypothesis of the functional role of mirror systems. Whether the classical view of mirror systems focuses on social perception, new perspectives, in light of data collected over time, suggest that mirror mechanisms may have a crucial role in social interaction. Finally, insights are proposed for subsequent research, in attempt to add definition and resolution to some physiological and pathological aspects, also in order to outline new lines and procedures of therapeutic intervention as well as new diagnostic profiles
Critical and annotated edition of the letters of Ludovico Ariosto
No full textLa tesi consiste in una nuova edizione critica e commentata delle lettere di Ludovico Ariosto, un corpus di 219 documenti non concepiti per una pubblicazione, inviati dal poeta principalmente in veste di funzionario estense e commissario ducale in Garfagnana (in buona parte durante il triennio 1522-1525 che trascorse sul territorio su incarico di Alfonso d'Este). Il commento è principalmente storico-referenziale, allestito sulla base di una serie di documenti collaterali, schedati e se inediti pubblicati in appendice. Completano il lavoro una nota linguistica e un glossario