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Cellular and network mechanisms in neurodegenerative disorders : neurotoxicity and rescue strategies
No full textThe brain can be described as a complex network and its functioning depends on an efficient communication between all its components. Large-scale communication is made possible by neuronal-network oscillations. Oscillations in the gamma-frequency range (30-80 Hz) are associated with cognitive functions such as attention, working memory, sensory perception and long-term memory encoding and recall. These oscillations occur in the neocortex and hippocampus, and are known to be impaired in many diseases displaying cognitive-deficit symptoms, including neurodegenerative diseases. In the studies contained in this thesis we investigate basic neuronal mechanisms involved in the generation of gamma oscillations and their disruption in models of Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Moreover, acting pharmacologically on different pathways, we try to prevent and/or rescue the impairment of the cognition-relevant rhythm and its behavioral consequences.In paper I we investigate whether the deleterious effects of amyloid-β peptide on cellular, network and behavioral level can be either prevented or rescued by targeted activation of the proteasome through the modulation of calcium dynamics. The use of mouse hippocampal slices, Drosophila fly models and induced pluripotent stem cells from AD patients showed that the inhibition of T-type calcium channels could be an effective therapeutic approach for AD and, potentially, other amyloidogenic brain diseases. In paper II we study brain hypometabolism and insulin resistance, both known to be risk factors for and common outcomes of amyloid-β peptide accumulation. The synergistic use of pyruvate, as an alternative source of energy, and insulin, to counteract insulin resistance, is efficient in rescuing and preventing synaptic and network dysfunction induced by acute application of amyloid-β peptide on mice hippocampal slices. In paper III we examine the role of histamine as a potential rhythmogenic neurotransmitter. In rat hippocampal slices the perfusion of histamine generates transient dose-dependent gamma oscillations, and this action seems to be dependent on the H1 receptor. Our data suggest that the generation of gamma oscillations may depend on H1 receptor-mediated inhibition of KCNQ channels.Lastly, in paper IV we study network activity and behavior of a Parkinson’s disease mouse model. The striatal injection of 6-hydroxidopamine disrupts the endogenous circadian rhythm of mice, reduces their motor activity and degrades gamma oscillations. Systemic administration of a histamine H3 receptor antagonist rescues normal rest/activity cycle and memory impairment underlain by gamma oscillations disruption.List of scientific papersI. Papadia D, Marks C, Romero N, Balleza-Tapia H, Shahsavani M, Johansson J, Falk A, Acebes A, Altun M, Fisahn A. T-type calcium channel inhibition as a novel therapeutic target for amyloid diseases in the brain - Aβ aggregates clearance and rescue of neuronal function in animal and human models of Alzheimer’s disease. [Manuscript]II. Papadia D, Zilberter M, Domènech-Estevez E, Chen G, Chrast R, Johansson J, Fisahn A. Combination treatment for insulin resistance and hypometabolism rescues hippocampal neuron function and network gamma oscillations from Aβ-induced impairment. [Manuscript]III. Andersson R, Galter D, Papadia D, Fisahn A. (2017). Histamine induces KCNQ channel-dependent gamma oscillations in rat hippocampus via activation of the H1 receptor. Neuropharmacology. 118, 13-25. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2017.03.003 IV. Masini D, Lopes-Aguiar C, Bonito-Oliva A, Papadia D, Andersson R, Fisahn A, Fisone G. (2017). The histamine H3 receptor antagonist thioperamide rescues circadian rhythm and memory function in experimental parkinsonism. Translational Psychiatry. 7, e1088. https://doi.org/10.1038/tp.2017.58 </p
Democratici di sinistra. Dirigismo e occidentalizzazione della Repubblica (1956-1963) (p. 153-172)
No full text195Pt and 15N NMR Data in Square Planar Platinum(II) Complexes of the Type [Pt(NH3)aXb]n (Xb = Combination of Halides): “NMR Effective Molecular Radius” of Coordinated Ammonia
No full textBy studying a model set of square-planar [Pt(NH3)aXb]n (a + b = 4; Xb = combination of b halido ligands; n = 2 – b) complexes, we found that their δ(195Pt) NMR chemical shift decreases proportionally to the platinum bonded halido ligands' ionic radii overall sum. This confirms also for these systems, the already observed NMR shielding attributed to pseudo ring currents, circulating around the M–X bond axis. Moreover, the present data show that also the NH3 ligands are characterized by a constant NMR shielding ability toward the central metal. This could be rationalized in term of a “NMR effective molecular radius” of the NH3 ligand, affecting the observed δ(195Pt) as previously found for halido ligands. Interestingly, a δ(15N) decrease is observed in Pt bonded NH3 ligands if the ionic radius of a cis halido ligand is increased. The opposite occurs if the ionic radius of a trans halido ligand is increased. The two contrasting effects stem from both shielding electric ring currents affecting the cis ligands and prevailing trans-influence due to coordinated halido ligands
General cooperative effects of single atom ligands on a metal: a (195)Pt NMR chemical shift as a function of coordinated halido ligands' ionic radii overall sum
No full textAn inverse linear relationship between the experimentally observed (195)Pt NMR signals and the overall sum of coordinated halido ligands' ionic radii was discovered in Pt(ii) and Pt(iv) complexes. The reduction of (195)Pt NMR frequencies parallels the increase of coordinated halido ligands' ionic radii sum. This suggests that each halido ligand may act as a conducting ring whose induced electric current shields the (195)Pt NMR signals proportionally to the ionic radius of the coordinated halido ligand
Insertion of alkynes into Pt–X bonds of square planar [PtX2(N^N)] (X = Cl, Br, I) complexes
No full textThe reactivity with acetylene of [PtX2(Me2phen)] (X = Cl, Br, I) complexes has been investigated. Whereas the chlorido species [PtCl2(Me2phen)] exhibits negligible reactivity at short reaction times, the bromido and iodido species [PtBr2(Me2phen)] and [PtI2(Me2phen)] lead initially to formation of Pt(II) five-coordinate complexes, [PtX2(η2-CHuCH)(Me2phen)], that evolve to four-coordinate alkenyl complexes of the type [PtX(η1-E-CHvCHX)(Me2phen)]. The alkenyl complexes, in the presence of excess acetylene, establish an equilibrium with the five-coordinate alkyne–alkenyl species [PtX(η1-E-CHvCHX)(η2-CHuCH)(Me2phen)] (X = Br, I). The π-bonded acetylene can be exchanged with free olefins or CuO, affording the new alkene–alkenyl or carbonyl–alkenyl complexes [PtX(η1-E-CHvCHX)(η2-olefin)(Me2phen)] and [PtX(η1E-CHvCHX)(CuO)(Me2phen)]. The five-coordinate geometry of the alkyne–alkenyl and alkene–alkenyl complexes was assessed from NMR data and is fully consistent with that of a previously determined X-ray structure of [PtBr(η1-E-CHvCHBr)(η2-CH2vCH2)(Me2phen)]
Sicurezza, diritti, libertà civili: appunti da una ricerca sul trattamento dei cittadini di nazionalità nemica durante la prima guerra mondiale
No full textIl saggio si occupa del problema del trattamento dei cittadini di nazionalità nemica durante la prima guerra mondiale
Valore diagnostico delle frazioni della Gamma-glutamiltransferasi nella patologia epatica
No full textRiassunto
La gamma-glutamiltransferasi (GGT) è l’unico enzima in grado di iniziare il catabolismo del glutatione, un tripeptide costituito da acido glutammico, cisteina e glicina, che è anche il principale antiossidante intracellulare dei mammiferi. Poiché tale enzima è localizzato sulla superficie esterna della membrana plasmatica, si ritiene che esso svolga un ruolo chiave nella captazione,da parte delle cellule, dei precursori per la sintesi di glutatione intracellulare. L’elevato gradiente trans membrana della concentrazione di glutatione (circa 1000 volte inferiore nel citosol rispetto ai fluidi extracellulari) renderebbe infatti estremamente dispendioso il trasporto dello stesso attraverso la membrana plasmatica, mentre l’idrolisi extracellulare del glutatione permetterebbe la facile captazione dei singoli amminoacidi necessari per la sua sintesi intracellulare.
In clinica, la determinazione dell’attività della gamma-glutamiltransferasi (GGT) nel siero è un esame di laboratorio utilizzato per valutare la funzionalità epatica, poiché il suo innalzamento è stato osservato in seguito a colestasi, steatosi, abuso di alcol, ma anche in casi di epatopatie virali ed epatocarcinoma. Nell’ultimo decennio, studi epidemiologici di popolazione, incluso quello di Framingham, hanno evidenziato che, in aggiunta alla sua connessione con le malattie epatiche, la GGT sierica rappresenta un fattore indipendente di rischio di mortalità per l’incidenza di malattie cardiovascolari, quali infarto del miocardio e morte cardiaca, di insorgenza di sindrome metabolica, di diabete di tipo II e di insufficienza renale cronica; questo per valori elevati di GGT ma ancora all’interno del “ range” di normalità.
La gamma-glutamiltransferasi sembra quindi essere un biomarcatore estremamente sensibile, ma molto poco specifico, giacchè diversi fattori sia genetici, sia ambientali, come ad esempio genere, età, frequenza cardiaca, ipertensione, colesterolemia, trigliceridemia, glicemia, impiego di contraccettivi orali, abitudini al fumo ed attività fisica ne influenzano i valori. Numerosi studi hanno evidenziato l’eterogeneità della GGT sierica, dovuta alla presenza di diverse forme con caratteristiche chimico-fisiche diverse non ancora ben definite. Lo studio delle caratteristiche biologiche della GGT sierica e delle sue diverse frazioni (b-,m-, s-, ed f-GGT) sta acquisendo maggiore rilevanza non solo per il diverso significato fisiopatologico,diagnostico e prognostico che ogni singola frazione di GGT potenzialmente può esprimere, ma anche per poter migliorare la comprensione delle malattie ad essa connesse (epatiche, metaboliche, cardiovascolari).
Per permettere la separazione delle quattro frazioni di GGT plasmatica è stata messa a punto una procedura nella quale una cromatografia per esclusione molecolare è stata associata all’iniezione post-colonna di un substrato fluorescente specifico per l’enzima GGT (gamma-glutamil-7-amido-4-metilcumarina); le condizioni della reazione post-colonna permettono di individuare in modo selettivo e sensibile le quattro frazioni di GGT, delle quali tre sono complessi ad alto peso molecolare dotati di attività GGT, nominati big-GGT (b-GGT; PM=2000 kDa), medium-GGT (m-GGT, PM=1000 kDa), small-GGT (s-GGT, PM=250 kDa) e una quarta frazione, free-GGT (f-GGT, PM=70 kDa) con un peso molecolare compatibile all’enzima libero. Recentemente è emerso che una di queste frazioni, la b-GGT, costituisce un buon biomarcatore per la diagnosi della NAFLD, steatosi epatica non-alcol correlata, nella quale si riscontra un aumento di GGT sierica dovuta al proporzionale aumento delle frazioni b-GGT ed s-GGT. La frazione b-GGT mostra inoltre un alto grado di correlazione con altri fattori di rischio cardiovascolari già noti, come i livelli di trigliceridi nel siero, LDL-colesterolo, proteina C-reattiva, livelli di pressione diastolica nel sangue. Interessante è stata difatti la scoperta della presenza della frazione b-GGT all’interno di placche aterosclerotiche in stretta associazione con prodotti derivanti da reazioni pro-ossidanti catalizzati dall’enzima GGT stesso, suggerendo che solo la frazione b-GGT e non i livelli totali di GGT sierica, sia responsabile dell’associazione tra concentrazione totale di GGT sierica e patologie cardiovascolari nelle popolazioni. b-GGT è quindi un biomarcatore emergente di rischio cardiovascolare e di diabete mellito nell’adulto.
La frazione s-GGT mostra invece un prominente incremento in soggetti affetti da epatocarcinoma CHC ed epatite virale HCV, in quest’ultimi non si registra però un aumento significativo della frazione b-GGT. S-GGT sembra dunque essere un buon biomarcatore di danno apatocellulare. Per questa ragione s-GGT e il rapporto b/s risultano essere altamente specifiche per la diagnosi differenziale tra NAFLD e CHC. La giusta interpretazione del valore diagnostico e prognostico di ciascuna delle frazioni di GGT potrebbe migliorare il suo utilizzo e facilitare la comprensione della patogenesi delle malattie associate con il suo incremento.
Per questo motivo, allo scopo di stabilire una precisa correlazione tra istopatologia epatica, valori di GGT sierica e delle sue relative frazioni, sono stati presi in esame 170 fegati espiantati a seguito di trapianto epatico, relativi a 90 pazienti affetti da NAFLD, diagnosticata mediante un’ecografia del fegato dopo l’esclusione di altre altre possibili cause di danno epatico, 45 affetti da CHC, 21 affetti da HCV, l’infezione virale è confermata attraverso la rilevazione di HCV-RNA in soggetti con anticorpi anti-HCV; e 14 da altre patologie di origine non epatica che, precedentemente al trapianto avevano depositato un campione di plasma a scopo di studio. In accordo con l’ Organizzazione Mondiale della Sanità concernente i limiti di riferimento d’assunzione di alcol giornaliero, sono stati esclusi dallo studio uomini che assumono più di 45 g/day di alcol e donne con più di 30 g/day. La determinazione dei valori delle frazioni di GGT relative a questi pazienti sono stati confrontati con quelle ottenute da un campione di 200 soggetti sani, in modo da ottenere una coorte di riferimento simile per età e genere ai pazienti con NAFLD e CHC
PRIN 2010-2011 (D.M. 1152/ric del 27/12/2011) Nanotecnologie molecolari per il rilascio controllato di farmaci / NANO Molecular tEchnologies for Drug delivery NANOMED prot. 2010FPTBSH, CUP: F81J12000380001
No full textIl presente progetto ha come obiettivo lo sviluppo di nuovi farmaci antitumorali basati su un promettente approccio nanotecnologico. Questa iniziativa è fortemente
orientata verso la chimica dei materiali nano, e tuttavia necessita di una intensa interazione con chimici organici e farmaceutici, con biologi ed oncologi, per
coadiuvare i nanotecnologi nella progettazione di vettori multifunzionali. I nanocarriers (nCs) consentirebbero accumulo rapido e selettivo nei tessuti malati,
permettendo una terapia efficace, sarebbero sicuri e biodegradabili con prodotti di degradazione non tossici, e non avrebbero immunogenicità. Dimensione, forma,
rigidità, carica, e chimica delle superfici hanno mostrato avere un profondo effetto sul comportamento di una data formulazione di nanoparticelle. Dal momento che la
trasposizione clinica di questi materiali “singolari” non è una operazione banale, la complessità intrinseca può essere superata solo nel caso si adotti un approccio
multidisciplinare. Dieci Unità di Ricerca (UR), con doveri e capacità specifiche, opereranno a cinque diversi livelli, (Obiettivi Strategici OS). Ogni OS rappresenta un
fattore chiave per il completamento del progetto, e allo stesso tempo contiene risultati scientifici “auto consistenti”. L'appropriato abbinamento degli OS (Figura 15.1)
permetterà alle UR la collaborazione in più stadi progettuali.
OS1:Sviluppo dei nC
Tre UR produrranno nanocapsule multifunzionali, altamente biodegradabili e biocompatibili, basate su (1) nuclei di CaCO3 puro come template oppure (1-Pt) già
caricati con cisplatino (o suoi analoghi). (1) e (1-Pt) saranno rivestiti con polielettroliti commerciali e saranno pronti per essere caricati con molecole bioattive. Il
tipo(1-Pt) consentirà il loading con più farmaci, dal momento che il core avrà già al suo interno il farmaco a base di platino (UniLE1).
Allo stesso tempo, le unità UniLE1 e UniPA sintetizzerano nanogel di polimeri (2-3), mentre UniBO svilupperà nanotubi di Halloysite modificati (4).
I sistemi core-shell, (1)-(2) e (4), saranno anche rivestiti con polimeri sintetizzati “su misura” per migliorarne la stabilità, la biocompatibilità e la biodegradabilità
(UniBO, PoliMI).
L'assemblaggio appropriato con i protocolli “layer by layer” verrà anche effettuata da UniBO, in modo tale che UniUD e PoliMI possano coadiuvare gli assemblatori
nel comprendere le interazioni tra i componenti nella fase soluzione e nella fase gel, tramite nano calorimetria e tecniche spettroscopiche (HR-MAS).
OS2: Sviluppo di nuove metodologie sintetiche per molecole biologicamente attive
La necessità di nuovi potenti agenti antitumorali è generata da problemi di tossicità, mancanza di specificità ed efficacia. Molecole bioattive progettate appositamente
per i nCs verranno investigate. L'unità UniBA eseguirà molecular modeling e sintesi di arilossialchilammine, antagoniste della calmodulina (CaM). UniGE sintetizzerà nuove e promettenti molecole
bioattive. Verranno esplorate diverse categorie di sostanze, come (6) nitrobutadieni; (7) composti eterociclici semplici o complessi, ottenuti da precursori
polifunzionalizzati appropriati (8) acidi idrossistearici e (9) alcol omoallilici a lunga catena, enantimericamente puri.
Per via del suo potenziale emergente, anche la Terapia FotoDinamica sarà esplorata, con l'uso di nuovi dyes, aventi strutture di tipo cianine, ftalocianine e squaraine
(10)
OS3: Screening tossicologici preclinici
I materiali e i composti (1-10) saranno esaminati da UniMORE al fine di valutarne la sicurezza, la tossicità e la biocompatibilità. Questa validazione sarà il requisito
per l'ammissione dei prodotti della OS1 e 2 al livello superiore (OS4)
OS4: Assemblaggio dei nanofarmaci e valutazione delle loro proprietà chimico-fisiche
Loading e release del farmaco saranno effettuati da UniBO. PoliMI e UniUD approfondiranno lo studio della termodinamica di tali sistemi. I parametri TD relativi ai
farmaci e alle loro interazioni con i nanocarriers sono di importanza fondamentale per compredere le specie molecolari e le interazioni nanostrutturali. A questo fine,
verranno utilizzate le tecniche di spettroscopia HR-MAS NMR, calorimetria di titolazione isoterma e EPR.
OS5:Screening In Vitro/Vivo per l'attività antitumorale dei nanofarmaci
La resistenza multifarmaco delel cellule cancerose sarà valutata dall'unità UniLE2. Le interazioni “in vivo” verranno analizzate con studi di tossicità su zebrafish, e la
neurotossicità verrà studiata in modelli murini con tecniche MRI. UniMORE sarà incaricata di identificare i possibili effetti dei nanovettori sulla segnalazione
cellulare e la loro localizzazione cellulare, di studiarne la farmacocinetica e la concentrazione finale nei tessuti bersaglio principali, sia da soli che combinati con
agenti anti-neoplastici, così come in modelli murini in vivo di linfoma. Si valuteranno trial clinici di fase I per i nanofarmaci che avranno superato i suddetti test
