Thèses sur le sujet « Malattia di Parkinson (MP) »

VEDIAMO COME LA MALATTIA DI PARKINSON COINVOLGA OLTRE CHE IL MALATO ANCHE I FAMILIARI CONDIZIONANDO NEL SUO CONTINUO EVOLVERE LA VITA IN TUTTI GLI AMBITI, LAVORATIVO, FAMILIARE E SOCIALE. CIO' LA RENDE UNA MALATTIA CHE SI PRESTA AD UNO STUDIO ANTROPOLOGICO.

Obiettivi: In accordo al modello biopsicosociale di Cloninger, la personalita' del parkinsoniano si caratterizza per un'alta Harm Avoidance (HA) e per una bassa Novelty Seeking (NS). A tutt'oggi non esistono dati di letteratura relativi alla presenza di Disturbi di Personalita' (Personality Disorders, PeDs), definiti in accordo ai criteri del DSM-IV TR nei soggetti affetti da Malattia di Parkinson (MP). Metodi: sono stati arruolati 100 soggetti affetti da MP (57 uomini e 43 donne; eta' media 59.0±10.2 anni) e 100 controlli sani (52 uomini e 48 donne; eta' media 58.1±11.4 anni). I tratti temperamentali sono stati investigati attraverso il Temperament e Character Inventory (TCI) mentre la presenza di PeDs stata valutata attraverso la Structured Clinical Interview for Personality Disorders- DSM- IV Axis II (SCID II). Risultati: dei 100 soggetti con MP, 80 (80%) soddisfacevano i criteri del DSM-IV per almeno un PeD mentre, tra i controlli sani, solo 24 soggetti erano affetti da almeno un PeD (OR 12.7; 95% CI 6.47-24.80; p-value <0.0001). Tra i casi,il PeD piu' frequente era il Disturbo Ossessivo Compulsivo di Personalita' che si presentava nel 40% dei soggetti, seguito dal Disturbo Depressivo di Personalita' (13.7%). Dei 100 pazienti arruolati nello studio, 72 hanno completato il TCI. Le sottoscale del TCI hanno mostrato livelli elevati di HA (74.5±25.0), bassa NS (24±19.7) e RD (35.1±25.1). A differenza di quanto avviene per l'HA, la presenza di PeDs non sembra esser correlata con la durata di malattia con la terapia dopaminergica. Conclusioni: in accordo con i nostri dati i PeDs potrebbero esser presenti sin dagli stadi iniziali della malattia se non addirittura precederne l'esordio clinico rappresentando quindi un sintomo non-motorio precoce.
Objectives: According to Cloninger's biopsychosocial model, parkinsonian personality is characterised by a high Harm Avoidance (HA) and a low Novelty Seeking (NS). Nowadays, data on Personality disorders (PeDs) according to DSM-IV TR criteria are not available in literature. Methods: 100 PD patients (57 M and 43 F; mean age 59.0± 10.2 years) and a group of sex and age frequency matched healthy controls (52 M and 48 F; mean age 58.1±11.4 year) were enrolled in the study. Presence of PeDs defined according to the Axis II of the DSM-IV TR was investigated using the Structured Clinical Interview for Personality Disorders-II (SCID-II). Temperament traits were investigated by the Temperament e Character Inventory (TCI). Results: out of the 100 PD patients, 80 (80%) fulfilled the DSM-IV TR criteria for at least one PeDs versus 24 (24%) of the control group (OR 12.7; 95% CI 6.47-24.80; p-value <0.0001). Among PD patients, the Obsessive Compulsive PeD (OC-PeD) was the most common (40%), followed by the Depressive PeD. Out of the 100 enrolled patients, 72 completed the TCI. A high HA (74.5± 25.0), a low NS (24± 19.7) and RD (35.1± 25.1) have been recorded. Contrary to what happens to HA, the presence of PeDs was not correlated neither with disease duration nor with dopaminergic therapy. Conclusion: according to our data, PeDs could be considered among the non-motor symptoms characterizing the early stage of PD.

Gli endocannabinoidi (eCB) sono lipidi endogeni bioattivi in grado di svolgere la loro funzione principalmente attraverso il legame con due recettori ben caratterizzati proteine G-dipendenti, denominati CB1 e CB2. N-arachidonoiletanolamide (anandamide, AEA) e il 2-arachidonoilglicerolo (2-AG), sono gli endocannabinoidi ad oggi meglio conosciuti. Il sistema degli endocannabinoidi, comprende gli endocannabinoidi, i loro recettori bersaglio, gli enzimi di sintesi e di degradazione e i trasportatori di membrana. Grande interesse ha suscitato solo di recente il possibile ruolo del sistema degli endocannabinoidi nella modulazione della neurotrasmissione dei gangli della base. In questo studio, sono stati misurati i livelli dell’endocannabinoide anandamide nel liquor cefalo-rachidiano di pazienti affetti da Malattia di Parkinson. I soggetti reclutati sono stati suddivisi in tre gruppi: pazienti de-novo alla prima diagnosi, soggetti con terapia dopaminergica sospesa e individui in trattamento farmacologico. I dati ottenuti da questi pazienti sono stati in seguito messi a confronto con quelli di soggetti sani di pari età. Lo studio ha evidenziato che i livelli di anandamide nei pazienti de-novo raggiungevano valori quasi duplicati rispetto a quelli rilevati nei soggetti sani e il trattamento cronico con farmaci dopaminergici era in grado di riportare i valori dell’endocannabinoide vicino alla normalità. Alla luce di questi risultati, l’anomalo incremento dell’anandamide potrebbe rappresentare un meccanismo compensatorio messo in atto in seguito alla carenza di dopamina.
Endocannabinoids (eCBs) are endogenous lipids that bind principally type-1 and type-2 cannabinoid (CB1 and CB2) receptors. N-Arachidonoylethanolamine (AEA, anandamide) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG) are the best characterized eCBs. Together with their receptors and metabolic enzymes, eCBs form the so-called “eCB system”. The latter has been involved in a wide variety of actions, including modulation of basal ganglia function. A correct balance between endocannabinoid and dopamine-dependent systems is believed to underlie physiological motor control. We measured the levels of the endocannabinoid anandamide in the cerebrospinal fluid of Parkinson’s disease (PD) patients. Subjects were divided into three groups: newly diagnosed de novo patients, subjects undergoing drug withdrawal, and patients under pharmacological therapy. These groups were compared to age-matched control subjects. Anandamide levels in untreated patients were more than doubled as compared to controls. However, chronic dopaminergic replacement restored control anandamide levels. Abnormal anandamide increase might reflect a compensatory mechanism occurring in course of PD, aimed at normalizing dopamine depletion.

I Gangli della Base svolgono un importante ruolo nel controllo del movimento volontario. I malfunzionamenti legati ad essi e le alterazioni nel sistema dopaminergico sono responsabili di una serie di disturbi cognitivi e disturbi motori nella malattia del Parkinson(PD). Nel presente lavoro di tesi si riproduce su Matlab il modello matematico neurocomputazionale presentato negli ultimi anni da Baston e Ursino (2016)[15] Nel modello sono rappresentati i principali percorsi dei BG includendo sia il sistema dopaminergico che il colinergico. Parallelamente a questo viene interfacciato un modello farmacodinamico della levodopa, in modo da simulare il trattamento farmacologico dei pazienti Parkinsoniani. In particolare, l’effetto della levodopa nello striato è simulato attraverso un modello compartimentale di farmacocinetica nel plasma, unito a un modello ad un solo compartimento che rappresenta l’effetto sui gangli alla base. Il fine di questa tesi è quello di riuscire a relazionare le performance motorie di pazienti PD con diversi livelli di concentrazione di Levodopa nel sangue attraverso modelli computazionali. A tale scopo , attraverso il modello è stato simulato il risultato del finger tapping, in un arco temporale in cui i pazienti sono sotto somministrazione del farmaco. Il modello analizzato può essere utile per pervenire ad una più profonda comprensione della farmacocinetica e della farmacodinamica della levodopa, e del modo in cui il farmaco viene sfruttato nei circuiti neurali dei gangli della base, in pazienti durante fasi diverse della malattia. In particolare, si è dimostrato che il modello è in grado di riprodurre diversi pattern di tapping nel tempo, distinguendo fra pazienti affetti da PD senza fluttuazioni motorie e che mostrano però fluttuazioni motorie. Inoltre, i risultati della stima di parametri hanno permesso di individuare alcune differenze statisticamente significative fra i parametri farmaco-dinamici nelle due classi.

La malattia di Parkinson è una malattia multifattoriale neurodegenerativa progressiva e cronica legata a fattori genetici, mitocondriali ed ambientali. In particolare, sembra esistere una forte correlazione tra l'insorgenza della malattia e l'accumulo nel Sistema Nervoso Centrale (SNC) e nei lisosomi di composti noti come steril-D-glucosidi (SG) provenienti da fonti endogene (malattie genetiche, Helicobacter pylori) o esogene (semi di alcune piante). Tuttavia, le informazioni sulla loro attività biologica sono scarse. Il nostro contributo prevede lo studio e quindi lo sviluppo di un'appropriata strategia sintetica che consenta di ottenere degli SG funzionalizzati con una catena steroidica recante un alchino terminale in grado di reagire via “click chemistry” con azidi organiche recanti gruppi fluorofori per formare sonde per imaging molecolare, da impiegare in matrici biologiche. Le sintesi totali sviluppate prevedono la realizzazione di tre sintoni separati: la parte glicosidica protetta, un derivato del deidroepiandrosterone opportunamente funzionalizzato, ed una catena alchilica con un alchino terminale. L’assemblaggio finale e la rimozione dei gruppi protettori è stata condotta in ambiente confinato a causa del potenziale pericolo causato dal prodotto finale biologicamente attivo.

Pramipexole (PPX) is a dopamine (DA) D3 and D2 receptors agonist widely used alone or in combination with levodopa as Dopamine Replacement Therapy in Parkinson’s disease. In clinical and preclinical studies, PPX improved motor deficits, this evidence led to lowering daily dose of levodopa, delaying the motor side effects associated with its use. Recently, PPX administration has been associated to the development of addictive-like behaviors related to the DA Dysregulation Syndrome, particularly in a subpopulation of treated patients, characterized by impulsive-compulsive personality traits as well as previous addiction’s experience. Based on these evidences, the aim of this study was twofold: first to investigate the pharmacological action of PPX, using a unilateral model of Parkinson’s disease in which 6-OHDA was injected in the medial forebrain bundle. After two weeks, we tested in primed and naive rats, the ability of three different doses of PPX (0,035; 0,1 and 0,35 mg/kg s.c.), to induce contralateral turning behavior as well c-fos expression after pretreatment of DA D1 antagonist SCH 39166. Next, we checked the ability of PPX to induce contralateral rotations after D2 (eticlopride) and D3 (S33084) DA antagonist pretreatment. In order to investigate the role of PPX (0,05 mg/kg s.c.) in behavioral sensitization, we tested its effect with S33084 pretreatment in levodopa sensitized rats. Second, we assessed the correlation between PPX treatment, Parkinson’s disease and the onset of DA Dysregulation Syndrome on Conditioned Place Preference (CPP) paradigm. To do this, 6-OHDA was injected bilaterally in DA striatal terminals, in three different strains of rat: the addiction prone Lewis (LEW), the addiction resistant Fisher 344 (F344) inbred strains, and the Sprague Dawley (SD) outbred strain. Furthermore, to test its rewarding properties, PPX was directly infused in the nucleus accumbens shell (NAc), a DA mesolimbic region known to be involved in the rewarding effects of drugs of abuse, in healthy rats belonging to the above mentioned strains. We discovered that in primed rats, PPX (0,35 mg/kg s.c.) induced turning behavior that was increased by SCH 39166 pretreatment (0,1 mg/kg s.c.). No effect was seen in naive rats both for turning behavior and c-fos expression. D2 receptors antagonist eticlopride (0,1 mg/kg s.c.) reduced PPX-induced turning behavior more than D3 receptors antagonist S33084 (0,5 mg/kg s.c.), also a previous levodopa sensitization increased PPX-induced turning behavior on its first administration. This suggests that PPX’s action could be related to D2 stimulation, and it seems to require a previous D1/D2 stimulation to observe a behavioral outcome. PPX (1 mg/kg s.c.) was able to induce a significant CPP in SD and LEW lesioned rats but not in F344 and control rats, and the persistence of preference was stronger in LEW than in SD rats. When injected into the NAc shell, PPX (5 μg/0.5 μl) induced CPP in all rat strains, but the persistence of its effect was more strong in LEW compared to SD and F344 rats. These results suggest that the parkinsonian state might be more sensitive to the rewarding properties of PPX, which do not seem entirely influenced by phenotype.

Starting from the consideration that the diagnosis of Parkinson's disease is an exquisitely clinical diagnosis, based on precise criteria of presentation and evolution of the symptoms, sometimes supported by the detection of genetic alterations that involve in a greater susceptibility to the disease but in the absence of a clear test that have the characteristics of sensitivity and specificity; the identification of biomarkers that can improve the accuracy of clinical diagnosis or help in identifying elements suggestive of prognosis and disease progression seems to be a very interesting research topic. In this regard, the perspectives offered by metabolomics are still poorly explored, since only part of informations existing in the metabolome is currently used to obtain significant data in relation to this specific neurodegenerative condition. On these assumptions, the object of this work was to explore the possibilities of use of metabolomics as a technique to research biomarkers in Parkinson's disease with the hope that the data that can be highlighted by this study may have a significant impact on clinical practice by the knowledge of the biochemical data intrinsic to this pathological condition, with the possible identification of new highly specific biomarkers for this disabling disorder of Movement.

La malattia di Parkinson si associa a sintomi disautonomici, sia in fase avanzata che precoce. Pochi sono gli studi che hanno avuto come oggetto la disfunzione autonomica pupillare nella malattia di Parkinson e nei parkinsonismi. In questo lavoro, abbiamo voluto esaminare la sensibilità pupillare alla somministrazione di pilocarpina (agente parasimpatico-mimetico) in soggetti affetti da malattia di Parkinson e con atrofia multisistemica. Sono stati arruolati 20 pazienti con malattia di Parkinson, 18 pazienti con atrofia multisistemica e 16 soggetti controllo. Il diametro pupillare basale era significativamente maggiore nel gruppo dei soggetti con MP rispetto sia al gruppo controllo (p value 0,03, Mann-Whitney U Test) che al gruppo AMS (p value 0,05). Inoltre, la riposta miotica alla pilocarpina era significativamente maggiore in termini di ampiezza nel gruppo MP rispetto ai controlli (p value 0,01) e ai pazienti con MSA (p-value 0.001). Questi dati supportano l'ipotesi di una disfunzione pupillare (sul versante parasimpatico) nella malattia di Parkinson oltre a fornire un interessante spunto nella diagnosi differenziale dei parkinsonismi.

Il morbo di Parkinson (PD) è una malattia neurodegenerativa caratterizzata da un progressivo declino delle funzionalità motorie. Esso è causato dalla degenerazione patologica dei neuroni dopaminergici nigrostriatali all’interno dei gangli della base (BG), un gruppo di nuclei sottocorticali coinvolti principalmente nel controllo del movimento. Il lavoro dei BG è fortemente influenzato dal livello di dopamina (DA), importante neurotrasmettitore che condiziona, inoltre, la plasticità sinaptica dei BG. La perdita di dopamina nel Parkinson è tipicamente compensata dalla somministrazione di levodopa. Questa indicazione terapeutica è inizialmente efficace nel mitigare i deficit motori, tuttavia la sua somministrazione a lungo termine può comportare complicazioni motorie come discinesie e fluttuazioni motorie. In questo elaborato, è stato utilizzato un modello neurocomputazionale biologicamente ispirato ai gangli della base per simularne il comportamento in condizioni sane e patologiche. Il modello include i tre principali percorsi del circuito BG: via diretta (Go), via indiretta (NoGo), via iperdiretta. Inoltre, usa la regola di Hebb per addestrare le sinapsi nello striato, sulla base della storia passata di ricompense e punizioni. Mediante la simulazione di un semplice task clinico, l’“alternate finger tapping”, è stata condotta un’analisi di sensitività sul ruolo di alcuni parametri coinvolti nello sviluppo di discinesie: il livello di dopamina, l’azione del nucleo sub-talamico, le connessioni sinaptiche corteccia-talamo, la forza delle sinapsi nelle vie Go e NoGo, i meccanismi competitivi nella corteccia. A seconda dei parametri assegnati, il modello riproduce una varietà di pattern motori clinicamente rilevanti, tra cui la normocinesia, la bradicinesia, diversi tentativi prima del movimento, il freezing, la ripetizione di uno stesso movimento, e anche fluttuazioni irregolari (discinesie).

Levodopa-induced dyskinesia (LID) is a disabling motor complication occurring in Parkinson's disease patients (PD) after long-term l-DOPA treatment. Although its etiology remains unclear, there is accumulating evidence that LID relies on an excessive dopamine receptor transmission, particularly at the downstream signaling of D1 receptors. We previously reported that the inhibition of 5-alpha reductase (5AR), the rate limiting enzyme in neurosteroids synthesis, rescued a number of behavioral aberrations induced by D1 receptor-selective and non-selective agonists, without inducing extrapyramidal symptoms. Thus, this study was aimed at investigating whether the pharmacological blockade of 5AR by the two prototypical irreversible inhibitors finasteride (FIN) and dutasteride (DUTA), might elicit antidyskinetic properties in a rodent model of Parkinson's disease. Specifically, we tested the effects of FIN and DUTA on dyskinesias induced by dopaminergic agonists in 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rats. Acute and chronic effect of different doses of FIN (30-60mg/kg) and DUTA (15-30 mg/Kg), was assessed on LID in male 6-OHDA-lesioned dyskinetic rats. Thereafter, to fully characterize the therapeutic potential of these inhibitors on LID and their impact on l-DOPA efficacy, we tested abnormal involuntary movements and forelimb use in hemiparkinsonian male rats chronically injected with FIN (30-60mg/kg/24days) and DUTA (30-60mg/kg/24days) either prior to- or concomitant with l-DOPA administration. In addition, to investigate whether the antidyskinetic properties on LID may be ascribed to a modulation of the D1- or D2/D3-receptor function, dyskinesias were assessed in l-DOPA-primed 6-OHDA-lesioned rats that received FIN in combination with selective direct dopaminergic agonists. Finally, we set to investigate whether FIN may produce similar effect in female hemiparkinsonian rats, as seen in males. The results indicated that both FIN and DUTA administrations significantly dampened LID in all tested treatment regimens, without interfering with the ability of l-DOPA to ameliorate forelimb use in the stepping test. The antidyskinetic effect appears to be due to modulation of both D1- and D2/D3-receptor function, as FIN also reduced abnormal involuntary movements induced by the selective D1 receptor agonist SKF-82958 and the D2/D3 receptor agonist ropinirole. Significant dampening of LID was also observed in female rats, although only at the higher tested dose. To our knowledge, these findings for the first time highlight 5AR enzyme as a new therapeutic target for the treatment of dyskinesia in PD. Clinical investigations are warranted to assess whether similar protection from dyskinesia might be reproduced also in PD patients.

La malattia di Parkinson (Parkinson’s Disease PD) è generalmente considerato un disturbo motorio, ma possono esserci caratteristiche non motorie e sensoriali associate. Per questo motivo, l’attenzione di questo progetto di dottorato è stata focalizzata sul ruolo che potrebbe avere l’attività fisica, la sensibilità gustativa e la composizione corporea nei pazienti affetti da PD. Lo scopo della prima parte della tesi è stato quello di indagare l’effetto che l’esercizio fisico può avere sull’α-syntot, in quanto marcatore di progressione della malattia, e su altri marcatori biologici di infiammazione quali il TNF-α e IL10 sia salivari che plasmatici, e il cortisolo salivare, in pazienti affetti da PD idiopatica. I pazienti reclutati sono stati suddivisi in due gruppi, gruppo controllo (CG) e gruppo sperimentale sottoposto a treadmill training (RehabG). Il miglioramento delle misure di outcome di performance motoria al termine delle quattro settimane di allenamento ha dimostrato l’efficacia del protocollo aerobico in quanto i pazienti trattati rispetto a quelli sedentari hanno ottenuto punteggi migliori ai tests di resistenza fisica, di valutazione dell’equilibrio e del rischio di caduta. Al termine delle settimane di allenamento aerobico è stato notato un impatto più significativo sui livelli di marcatori biologici testati, e soprattutto per le citochine salivari, TNF-α e IL10, sono risultate in concentrazioni diminuite nel gruppo RehabG rispetto al gruppo CG. Invece, è risultata meno significativa la correlazione con i livelli dell’α-syntot. Trattandosi di uno studio pilota, saranno necessarie ulteriori ricerche che permetteranno di chiarire quali protocolli di attività fisica potranno modulare la progressione della malattia, e inoltre chiarire anche il ruolo dei marcatori biologici nel monitoraggio del danno biologico nella PD. Lo scopo della seconda parte dello studio è stato quello di indagare meglio alcuni aspetti della correlazione esistente tra PD e la sensibilità gustativa e determinare in qualche modo una modificazione dell’assunzione dei nutrienti tale da provocare uno stato di malnutrizione, e se ci sia una modificazione della composizione corporea. Lo studio è stato condotto arruolando 56 pazienti affetti da PD idiopatico, confrontati con 88 controlli sani. Per la valutazione della sensibilità gustativa sono stati impiegati tamponi di cotone impregnati con una soluzione contenente una sostanza gustativa in 4 diverse concentrazioni per ciascuno dei 4 gusti base (salato, dolce, acido, amaro), con l’aggiunta di olio di colza puro e acqua deionizzata. È stata analizzata anche la composizione corporea. La popolazione appartenente al gruppo PD ha mostrato difficoltà nel discriminare il gusto in circa il 50% dei casi. Questo risultato sembrava in gran parte dipendente dall'età e dal sesso e non è significativamente diverso dai punteggi ottenuti dal gruppo controllo di pari età e sesso. La sensibilità gustativa non dipendeva inoltre dalla durata o dalla gravità della malattia. La composizione corporea del gruppo PD si discostava significativamente dai controlli: i pazienti del gruppo PD pesano meno dei soggetti del gruppo controllo di pari età e mostrano una massa magra (FFM) e acqua corporea totale (TBW) significativamente inferiore. Le abitudini alimentari affidate al caregiver non sono diverse dai controlli e la dieta seguita è quella Mediterranea. Non è emerso chiaramente che l’ageusia sia un biomarcatore candidato della malattia, ma il monitoraggio della composizione corporea e del peso possono essere delle misure semplici ed efficaci per seguire la progressione della malattia e il rischio di deterioramento funzionale nella fase avanzata.
Parkinson's disease (PD) is generally considered a motor disorder, but it can also involve non-motor and sensory symptoms. For this reason, this doctoral project was focused on the role that physical activity, taste perception and body composition could have in patients with PD. The aim of the first part of this thesis was to investigate the effect that physical exercise can have on α-syntot, as a marker of disease progression, and on other biological markers of inflammation such as both salivary and plasma TNF-α and IL10, and salivary cortisol, in patients with idiopathic PD. The recruited patients were divided into two groups, the control group (CG) and the experimental group undergoing treadmill training (RehabG). The improvement of the motor performance outcome measures at the end of the four weeks of training demonstrated the efficacy of the aerobic protocol in that the treated patients obtained better scores in physical endurance tests, balance and risk of falling compared to the sedentary ones. At the end of the weeks of aerobic training, more significant impact was noted on the levels of biological markers tested, and especially for the salivary cytokines, TNF-α and IL10, which resulted in decreased concentrations in the RehabG group compared to the CG group. However, the correlation with α-syntot levels was less significant. As this is a pilot study, further research will be needed which will allow to clarify which physical activity protocols can modulate the progression of the disease, and also to clarify the role of biological markers in monitoring biological damage in PD. The aim of the second part of the study was to better investigate some aspects of the correlation between PD and taste perception to clarify and somehow determine a modification of nutrient intake such as to cause a state of malnutrition, and whether there is a change in body composition. The study was conducted by enrolling 56 patients with idiopathic PD, compared with 88 healthy controls. For the evaluation of taste perception were used cotton swabs impregnated with a solution containing a tasting substance in 4 different concentrations for each of the 4 basic flavors (salty, sweet, sour, bitter), with the addition of pure rapeseed oil and deionized water. Body composition was also analysed. The population belonging to the PD group showed difficulty in discriminating taste in about 50% of cases. This result appeared to be largely age- and sex-related and did not differ significantly from the age- and sex-matched control group scores. Taste perception was also not dependent on the duration or severity of the disease. The body composition of the PD group differed significantly from the controls: PD patients weigh less than age-matched control subjects and show significantly lower free fat mass (FFM) and total body water (TBW). The eating habits entrusted to the caregiver are no different from the controls and patients follow a Mediterranean diet. Ageusia did not emerge clearly as a candidate to be a state-trait marker, but monitoring body composition and weight may be simple and effective to follow the disease progression and risk of functional deterioration in the advanced stage.

Il morbo di Parkinson è un disturbo motorio degenerativo e progressivo classificato come malattia cerebrale. Tale sintomatologia provoca spesso alterazioni nei parametri temporali del cammino, grazie allo studio dei quali è possibile operare la stadiazione e il monitoraggio della patologia. Al fine di ricavare questi parametri, è necessario disporre di strumenti che possano identificare correttamente gli eventi del cammino. Ad oggi, grazie allo sviluppo dei sensori inerziali, sono stati implementati molteplici algoritmi per la segmentazione del passo su soggetti sani. Nei soggetti con Parkinson il pattern del cammino potrebbe risultare alterato, perciò non è assicurata la corretta identificazione degli eventi del cammino da parte dell’algoritmo. Uno studio precedente ha analizzato le performance di questi algoritmi su soggetti con Parkinson su tratti rettilinei di cammino, senza considerare eventuali fenomeni di freezing. Lo scopo di questa tesi è valutare le performance degli algoritmi di segmentazione del passo presenti in letteratura applicati ai dati inerziali di cammino di soggetti Parkinsoniani lasciati deambulare in condizioni ecologiche. 20 pazienti sono stati equipaggiati con 5 sensori inerziali posti su tronco, piedi e caviglie, ed è stata eseguita una six-minute walking. È stato poi sviluppato un algoritmo che elimina i momenti di pausa e svolta durante il task motorio e lascia inalterati i momenti di freezing, se presenti. Il segnale risultante è stato poi applicato agli algoritmi alcuni dei quali non sono risultati utilizzabili per la determinazione degli eventi del cammino. Grazie ad un’analisi di ripetibilità del pattern del cammino tramite ICC intrasoggetto e rispetto sani, si possono definire le linee guida di utilizzo dell’algoritmo migliore da utilizzare.

La "paralisi agitante", come �e stata de�finita da James Parkinson nel 1817, �è la seconda malattia neurodegenerativa pi�ù comune dopo la malattia di Alzheimer, con una frequenza che varia tra 8 e 18 per 100000 persone all'anno. L'esordio è raro prima dei 50 anni con un aumento dell'incidenza attorno ai 60. Ad oggi, non esiste una cura per la malattia di Parkinson ed una via, assieme al trattamento farmacologico, per fornire un sollievo dai sintomi è la riabilitazione. Nel primo capitolo dell'elaborato vengono descritti l'eziopatogenesi e i sintomi principali della malattia; nel secondo viene presentata una descrizione sistematica delle tecnologie applicate oggi a fini riabilitativi. La terza parte unisce le prime due e rappresenta l'obiettivo della tesi: vengono presi in considerazione i principali sintomi della malattia e, per ognuno di essi, viene mostrato come le tecnologie vengono impiegate per fornire un supporto ed un aiuto alla rieducazione motoria e cognitiva

Il Morbo di Parkinson è una malattia neurodegenerativa la cui diagnosi avviene dopo anni dal suo inizio effettivo, di solito dopo la comparsa dei primi sintomi motori di tremore agli arti. La contrazione involontaria dei muscoli interessa anche l’arto inferiore, delineando il conosciuto profilo motorio del soggetto affetto da Parkinson. Il cammino rappresenta uno dei task motori maggiormente influenzati dalla patologia ed è caratterizzato da piccoli passi strascicati, arresti improvvisi dati dall’impossibilità di alzare il piede dal suolo, perdita di equilibrio e postura incurvata. Recenti studi hanno mostrato un’alta variabilità inter-passo nei profili EMG dei muscoli flessori ed estensori della gamba durante il cammino di soggetti sani. La variabilità osservata non comprende solo un numero di attivazioni muscolari e un timing differente della singola attivazione all’interno di cicli del passo provenienti dal cammino di soggetti differenti, ma anche derivanti dallo stesso task motorio nel singolo soggetto. Questo elaborato di tesi si è proposto di studiare e valutare la variabilità dell’attivazione muscolare durante il cammino a secco di soggetti affetti da Parkinson, tramite l’analisi del segnale elettromiografico bilaterale di gastrocnemio mediale e tibiale anteriore. Sono risultate numerose differenze tra il gruppo di soggetti sani preso come riferimento (dallo studio di Di Nardo del 2015) e la popolazione di soggetti con Parkinson studiato in questo elaborato, per quanto riguarda il timing di attivazione delle attivazioni muscolari dei soggetti con Parkinson e le co-attivazioni muscolari di tibiale anteriore e gastrocnemio mediale all'interno del ciclo del passo. Questo alterato pattern per i soggetti con Parkinson probabilmente è dovuto a sistemi di compensazione muscolare per sopperire ad anticipate o ritardate attivazioni di tibiale anteriore e gastrocnemio mediale all'interno del ciclo del passo.

Il morbo di Parkinson è una comune malattia neurodegenerativa. I disturbi nella camminata sono per le persone affette da questa patologia una delle più frequenti cause di disabilità e limitazione all’indipendenza nello svolgimento delle attività della vita quotidiana. La camminata nei soggetti che presentano questa malattia è caratterizzata da bassa velocità, produzione di shuffling, passi corti, e alta cadenza del passo. Recenti studi hanno dimostrato che i soggetti con la malattia di Parkinson possono ricevere benefici da una terapia motoria basata su sistemi stand alone in grado di fornire stimoli audio e feedback. Lo scopo di questo studio è stato quello di esaminare se i soggetti con la malattia di Parkinson miglioravano la loro camminata in risposta a due tipi di stimoli audio: istruzioni verbali e metronomo. Undici soggetti con la malattia di Parkinson sono stati testati utilizzando un sistema indossabile finalizzato alla fornitura di un feedback uditivo. Il sistema è in grado di estrarre in tempo reale i parametri spazio-temporali(cadenza, lunghezza del passo e velocità) della camminata e, confrontandoli con parametri di riferimento ottenuti da una camminata del soggetto stesso supervisionata dal clinico, è in grado di restituire all’utente un feedback sotto forma di messaggio vocale o di metronomo finalizzato a correggere, qualora la camminata attuale non risulti efficace e clinicamente corretta, lo schema della camminata.

Pochi studi hanno indagato il profilo dei sintomi non-motori nella malattia di Parkinson associata al gene glucocerebrosidasi (GBA). Questo studio è mirato alla caratterizzazione dei sintomi non-motori, con particolare attenzione alla valutazione delle funzioni neurovegetativa, cognitiva e comportamentale, nel parkinsonismo associato a mutazione del gene GBA con la finalità di verificare se tali sintomi non-motori siano parte dello spettro clinico di questi pazienti. E’ stato condotto su una coorte di pazienti affetti da malattia di Parkinson che erano stati tutti sottoposti ad una analisi genetica per la ricerca di mutazioni in uno dei geni finora associati alla malattia di Parkinson. All’interno di questa coorte omogenea sono stati identificati due gruppi diversi in relazione al genotipo (pazienti portatori della mutazione GBA e pazienti non portatori di nessuna mutazione) e le caratteristiche non-motorie sono state confrontate nei due gruppi. Sono state pertanto indagati il sistema nervoso autonomo, mediante studio dei riflessi cardiovascolari e analisi dei sintomi disautonomici, e le funzioni cognitivo-comportamentali in pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA. I risultati sono stati messi a confronto con il gruppo di controllo. Lo studio ha mostrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA presentavano maggiore frequenza di disfunzioni ortosimpatiche, depressione, ansia, apatia, impulsività, oltre che di disturbi del controllo degli impulsi rispetto ai pazienti non portatori. In conclusione, i pazienti GBA positivi possono esprimere una sintomatologia non-motoria multidominio con sintomi autonomici, cognitivi e comportamentali in primo piano. Pertanto l’impostazione terapeutica in questi pazienti dovrebbe includere una accurata valutazione dei sintomi non-motori e un loro monitoraggio nel follow up clinico, allo scopo di ottimizzare i risultati e ridurre i rischi di complicazioni.
Few studies have investigated the non-motor symptoms profile in Parkinson disease (PD) associated with the glucocerebrosidase gene (GBA). This study is aimed at characterizing non-motor features, with particular attention to the evaluation of autonomic, cognitive and behavioral functions, in PD associated with mutations in the GBA gene with the aim to verify if these symptoms are part of the clinical spectrum of these patients. A study has been conducted on a cohort of patients with PD who had all been subjected to genetic analysis for the detection of mutations in one of the genes so far associated with PD. Within this homogeneous cohort, two different groups were identified in relation to the genotype (patients carriers of GBA mutation and patients noncarriers of genes associated with PD) and the non-motor characteristics were compared in the two groups. We have therefore investigated the autonomic nervous system, through the study of cardiovascular reflexes and analysis of autonomic symptoms, and cognitive-behavioral functions in patients with PD associated with mutations in the GBA gene. The results were compared with the control group. The study showed that patients with PD associated with mutations in the GBA gene had higher frequency of sympathetic dysfunction, depression, anxiety, apathy, impulsivity, as well as disorders of impulse control compared to noncarriers patients. In conclusion, patients GBA positive can manifest a multidomain non-motor symptom profile with autonomic, cognitive and behavioral symptoms. Therefore, the therapeutic approach in these patients should include a thorough assessment of non-motor symptoms and their monitoring in the follow-up, in order to optimize the results and reduce the risk of complications.

Pochi studi hanno indagato il profilo dei sintomi non-motori nella malattia di Parkinson associata al gene glucocerebrosidasi (GBA). Questo studio è mirato alla caratterizzazione dei sintomi non-motori, con particolare attenzione alla valutazione delle funzioni neurovegetativa, cognitiva e comportamentale, nel parkinsonismo associato a mutazione del gene GBA con la finalità di verificare se tali sintomi non-motori siano parte dello spettro clinico di questi pazienti. E’ stato condotto su una coorte di pazienti affetti da malattia di Parkinson che erano stati tutti sottoposti ad una analisi genetica per la ricerca di mutazioni in uno dei geni finora associati alla malattia di Parkinson. All’interno di questa coorte omogenea sono stati identificati due gruppi diversi in relazione al genotipo (pazienti portatori della mutazione GBA e pazienti non portatori di nessuna mutazione) e le caratteristiche non-motorie sono state confrontate nei due gruppi. Sono state pertanto indagati il sistema nervoso autonomo, mediante studio dei riflessi cardiovascolari e analisi dei sintomi disautonomici, e le funzioni cognitivo-comportamentali in pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA. I risultati sono stati messi a confronto con il gruppo di controllo. Lo studio ha mostrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA presentavano maggiore frequenza di disfunzioni ortosimpatiche, depressione, ansia, apatia, impulsività, oltre che di disturbi del controllo degli impulsi rispetto ai pazienti non portatori. In conclusione, i pazienti GBA positivi possono esprimere una sintomatologia non-motoria multidominio con sintomi autonomici, cognitivi e comportamentali in primo piano. Pertanto l’impostazione terapeutica in questi pazienti dovrebbe includere una accurata valutazione dei sintomi non-motori e un loro monitoraggio nel follow up clinico, allo scopo di ottimizzare i risultati e ridurre i rischi di complicazioni.
Few studies have investigated the non-motor symptoms profile in Parkinson disease (PD) associated with the glucocerebrosidase gene (GBA). This study is aimed at characterizing non-motor features, with particular attention to the evaluation of autonomic, cognitive and behavioral functions, in PD associated with mutations in the GBA gene with the aim to verify if these symptoms are part of the clinical spectrum of these patients. A study has been conducted on a cohort of patients with PD who had all been subjected to genetic analysis for the detection of mutations in one of the genes so far associated with PD. Within this homogeneous cohort, two different groups were identified in relation to the genotype (patients carriers of GBA mutation and patients noncarriers of genes associated with PD) and the non-motor characteristics were compared in the two groups. We have therefore investigated the autonomic nervous system, through the study of cardiovascular reflexes and analysis of autonomic symptoms, and cognitive-behavioral functions in patients with PD associated with mutations in the GBA gene. The results were compared with the control group. The study showed that patients with PD associated with mutations in the GBA gene had higher frequency of sympathetic dysfunction, depression, anxiety, apathy, impulsivity, as well as disorders of impulse control compared to noncarriers patients. In conclusion, patients GBA positive can manifest a multidomain non-motor symptom profile with autonomic, cognitive and behavioral symptoms. Therefore, the therapeutic approach in these patients should include a thorough assessment of non-motor symptoms and their monitoring in the follow-up, in order to optimize the results and reduce the risk of complications.

Le sinapsi e, in particolare, le spine dendritiche (SD) sono elementi capaci di rimodellarsi in risposta agli stimoli ambientali, permettendo un’efficiente comunicazione neuronale. La vulnerabilità sinaptica è stata riportata in diverse malattie neurodegenerative, fra cui quella di Parkinson (MP). Questi è caratterizzata dalla morte dei neuroni dopaminergici (ND) della substantia nigra pars compacta (SNpc) che raggiungono lo striato. La perdita delle fibre dopaminergiche nello striato precede quella dei corpi cellulari nella SNpc, suggerendo che la vulnerabilità sinaptica agisca come innesco della degenerazione assonale. Le mutazioni della proteina Leucine-rich-repeat-kinase-2 (LRRK2) rappresentano la causa più comune del Parkinson familiare. Tra queste, la più frequente (G2019S) è sita nel dominio chinasico e porta ad un’aumentata attività enzimatica associata a tossicità cellulare. In particolare, LRRK2 è implicata nel rimodellamento e nel traffico delle membrane, processi chiave nei compartimenti sinaptici. A livello post-sinaptico, tuttavia, la sua funzione rimane poco esplorata. Eppure LRRK2 è molto espressa a livello dei neuroni medi spinosi (NMS) dello striato dorsale, costituenti l’elemento post-sinaptico della via nigro-striatale. Essi possiedono molte SD, la cui morfologia dipende dal citoscheletro di actina e dal suo rimodellamento. Interessante è come LRRK2 sia associata fisicamente e funzionalmente alle componenti del citoscheletro. In questo scenario, la prima parte del progetto si è focalizzata sullo studio del ruolo fisiologico di LRRK2 nella plasticità strutturale delle SD. Nello specifico, abbiamo confermato che LRRK2 è molto espressa nei NMS e che interagisce con proteine actin-related. Abbiamo così ipotizzato che essa possa influenzare le dinamiche strutturali del citoscheletro di actina a livello post-sinaptico. L’analisi delle sinapsi striatali di topi Lrrk2 wildtype (WT) e knockout (KO) ha rivelato come la proteina influenzi il numero di contatti sinaptici e la maturazione delle SD durante i primi stadi post-natali. In seguito, sfruttando il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF), abbiamo investigato in vitro il coinvolgimento di LRRK2 nello sviluppo di nuove SD. Dopo aver osservato che LRRK2 promuove la formazione di quest’ultime in seguito a trattamento con il BDNF, abbiamo indagato come il suo interattoma venga rimodellato in risposta alla stimolazione. Tale analisi ha evidenziato un’aumentata interazione di LRRK2 con proteine coinvolte nella dinamica del citoscheletro. In particolare, abbiamo convalidato l’interazione di LRRK2 con drebrin, proteina importante nella dinamica dell’actina ed altamente arricchita nelle SD. In parallelo, abbiamo osservato che la fosforilazione di LRRK2 a livello della Ser935 aumenta dopo il trattamento con il BDNF, il quale ne stimola anche la rilocalizzazione in strutture puntiformi insieme al recettore della neurotrofina, TrKB. Inoltre, in cellule SH-SY5Y LRRK2 KO, TrKB si accumula in compartimenti vescicolari. Questi risultati suggeriscono che LRRK2 risponda al BDNF regolando la dinamica del citoscheletro di actina e il traffico del recettore TrKB. In secondo luogo, abbiamo valutato se la mutazione patologica G2019S influisca sulla plasticità strutturale della post-sinapsi. Nello striato di topi Lrrk2 G2019S di 18 mesi (knockin e BAC overexpressors), abbiamo osservato un aumento del numero di spine mature e una diminuzione del numero di sinapsi, corroborando l'ipotesi che l'attività di LRRK2 sia rilevante a livello post-sinaptico. Complessivamente, i nostri dati rivelano che LRRK2 è un importante regolatore della plasticità strutturale delle DS. Proponiamo dunque che essa sia al centro del rimodellamento del citoscheletro di actina tramite l’interazione con proteine actin-related e la modulazione del traffico recettoriale, in accordo con il suo ben noto ruolo all’interfaccia tra traffico vescicolare e citoscheletro.
Synapses and their highly specialized structures named dendritic spines (DS) are very plastic elements that continually reshape in response to environmental cues allowing efficient neuronal communication. Synaptic vulnerability is a common feature in multiple neurodegenerative disorders, including in Parkinson’s disease (PD). PD is characterized by the degeneration of dopaminergic neurons (DAN) in the substantia nigra pars compacta (SNpc) projecting to the striatum. The loss of striatal DAN fibers precedes the degeneration of DAN cell bodies in SNpc and synaptic failure may be an early igniter of axonal degeneration. Mutations in Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) represent the most common cause of familial PD. The most frequent mutation (G2019S) located in the kinase domain results in a protein with a gain of kinase activity, associated with increased cellular toxicity. LRRK2 has been linked to membrane remodeling and trafficking events, all key processes at the synaptic compartments. In contrast, the involvement of LRRK2 at the postsynaptic element has been only marginally explored. Of note, LRRK2 is highly expressed in medium spiny neurons (MSNs) of the dorsal striatum, rich in DS and representing the postsynaptic element of the nigrostriatal pathway. DS architecture is shaped by the actin cytoskeleton, whose remodeling is at the base of synaptic plasticity. Interestingly, LRRK2 was shown to be physically and functionally associated with cytoskeletal-related components. In this scenario, the first part of this PhD project aimed to investigate the physiological role of LRRK2 in orchestrating DS structural plasticity. Specifically, we confirmed that LRRK2 is highly expressed in striatal MSNs and we found that it mainly interacts with actin- and myosin- related proteins. We thus hypothesized that it may orchestrate postsynaptic dynamics by regulating the actin cytoskeleton. To this end, we analyzed striatal synapses of developing, mature and aged brains from Lrrk2 wildtype (WT) and knockout (KO) mice. We observed that LRRK2 influences striatal synaptic contacts number and DS maturation during the first post-natal stages. We then investigated the involvement of LRRK2 in development of new spines, exploiting brain derived neurotrophic factor (BDNF) as a model to study this process in vitro, given its well-established role in DS plasticity. After observing that LRRK2 promotes DS formation upon BDNF treatment, we investigated how its interactome is reshaped in response to stimulation. Our findings uncovered that BDNF increases the interaction of LRRK2 with proteins involved in cytoskeletal dynamics and remodeling. We further pursued the functional validation of LRRK2 interaction with drebrin, an actin binding protein highly enriched in DS. In parallel, we observed that LRRK2 phosphorylation at Ser935 is increased upon BDNF treatment, which also stimulated its relocalization with the BDNF receptor TrkB within punctate structures. Moreover, in LRRK2 KO SH-SY5Y cells the receptor accumulates in vesicular-like compartments. These lines of evidence suggest that LRRK2 responds to BDNF stimulation to regulate actin-cytoskeleton dynamics and TrkB trafficking. Second, we evaluated whether the common LRRK2 pathological mutation G2019S affects the structural plasticity of the postsynaptic compartment. We observed an increased number of branched spines in the striata of 18 month-old Lrrk2 G2019S mice (knockin and BAC overexpressors), while the number of synapses is reduced, corroborating the hypothesis that LRRK2 activity is relevant at the postsynaptic compartment, impacting on DS dynamics. Taken together, our data reveal that LRRK2 is an important regulator of DS structural plasticity. We propose that LRRK2 acts as a hub for actin cytoskeleton remodeling via interaction with actin-related proteins and receptor trafficking modulation, in agreement with its established role at the interface between vesicular and cytoskeletal pathways.

Il morbo di Parkinson è una delle malattie neurodegenerative più diffuse ed è estremamente invalidante perché comporta deficit psicologici e motori. Uno dei sintomi più problematici è il freezing degli arti inferiori che compromette la deambulazione dei soggetti che ne sono affetti ed è la causa più frequente di cadute nei Parkinsoniani. Data la gravità del fenomeno e grazie al crescente uso di sensoristica indossabile in campo clinico, molteplici algoritmi sono stati implementati per identificare automaticamente gli istanti di freezing a partire da misure inerziali. Tuttavia, nessuno studio ha comparato le performance dei diversi algoritmi al fine di fornire istruzioni pratiche di utilizzo. L’obiettivo di questa tesi è quello di individuare i lavori presenti in letteratura per la detezione del freezing del cammino su soggetti Parkinsoniani tramite sensori inerziali, implementarli e confrontarne tra loro le performance. Per questo lavoro sono stati considerati 5 pazienti, cui è stato chiesto di camminare per 6 minuti con 5 sensori inerziali applicati su tronco, caviglie e piedi. A valle di una revisione sistematica della letteratura inerente agli algoritmi di identificazione del freezing a partire da misure inerziali sono stati identificati e implementati 8 algoritmi. Le performance degli algoritmi sono state valutate in termini di sensitività, falsi positivi, accuratezza e ripetibilità in relazione al diverso criterio implementativo, ovvero posizione del sensore, variabile analizzata e dominio. Dai risultati si evince che, nell’identificazione degli eventi di FOG il posizionamento dei sensori posti su caviglia e piede danno performance migliori, rispetto a quando vengono posizionati sul tronco. Per quanto riguarda la variabile analizzata, invece, gli algoritmi che sfruttano l’accelerazione sono da preferire a quelli che usano la velocità angolare. In base al dominio, performance differenti si osservano nel dominio del tempo e in quello della frequenza.

La malattia di Parkinson è una malattia neurodegenerativa che colpisce attualmente 10 milioni di persone in tutto il mondo. Circa il 50% delle persone con il morbo di Parkinson sperimenta il freezing dell'andatura (FoG), una breve, episodica assenza o marcata riduzione della progressione in avanti dei piedi, nonostante l'intenzione di camminare. Il freezing rappresenta una delle principali cause di cadute e scarsa qualità della vita in suddetti soggetti. L'occorrenza episodica e piuttosto imprevedibile degli eventi di freezing, insieme alla risposta variabile alla terapia farmacologica, rende la valutazione obiettiva della gravità del FoG una delle principali sfide cliniche nella gestione terapeutica dei pazienti con malattia di Parkinson. Per l’identificazione del FoG vengono principalmente proposti metodi basati su unità di misura inerziali (IMU) indossabili, soluzioni ottimali per il monitoraggio oggettivo a lungo termine dei pazienti data l’indossabilità, il basso costo e il facile utilizzo. In questa tesi è stata eseguita una revisione sistematica della letteratura degli algoritmi per l’identificazione automatica del FoG in soggetti con la malattia di Parkinson, basati sui dati registrati dai sensori inerziali.

ABSTRACT Background: La malattia di Parkinson è il più comune disturbo neurodegenerativo del movimento. Essa si manifesta attraverso un quadro clinico molto complesso ed è perciò auspicabile una presa in carico multidisciplinare del paziente. L’acqua possiede peculiarità intrinseche che potrebbero rendere questo setting l’ambiente adatto in cui situare un programma di esercizio terapeutico al fine di contenere la disabilità correlata alle manifestazioni cliniche della patologia. Obiettivo: Ricercare prove di efficacia nella letteratura biomedica esistente sulla validità dell’idrokinesiterapia nel migliorare le funzioni motorie, l’equilibrio, il cammino, la postura statica e dinamica, la qualità della vita e nel ridurre la disabilità correlata alla patologia ed il rischio di caduta in pazienti affetti da malattia di Parkinson. Disegno dello studio: Revisione Sistematica Criteri di eleggibilità: Gli studi inclusi sono Trials Clinici Randomizzati Controllati con partecipanti adulti affetti da malattia di Parkinson, in uno stadio compreso tra 2 e 4 nella classificazione di Hoehn & Yahr. I metodi di intervento da valutare sono inerenti all’esercizio terapeutico in acqua. Fonti di ricerca: La ricerca è stata effettuata nelle banche dati PubMed e PEDro. Risultati: Sono stati inclusi 6 studi. La loro validità interna è stata valutata tramite la PEDro Scale. Possono essere considerati di alta qualità metodologica, avendo tutti ottenuto un punteggio ≥ a 7. Conclusioni: I risultati indicano un effetto positivo dell’idrokinesiterapia come approccio riabilitativo per pazienti affetti da malattia di Parkinson. Tuttavia, non si è in grado di affermare con certezza che essa rechi benefici superiori rispetto al solo trattamento sulla terraferma. Data l’eterogeneità degli studi ed il numero esiguo di partecipanti, è chiaro come sia necessaria la realizzazione di ulteriori studi primari sull’argomento al fine di ottenere dati maggiormente univoci e generalizzabili.

ABSTRACT Objectives: To obtain preliminary data on the effects of specific physiotherapy in Parkinson Disease (PD) and to determine whether improved performance is accompanied by reduction of disability, improvement of the quality of life, improvement of mood, reduction of pain, improvement of walk (speed and number of footsteps), reduction of falls. Design: randomised controlled trial Setting: Melegnano Hospital – Neurology Departement Participants:40 patients with PD, 2 years or more since diagnosis, with Hoehn and Yahr stage 2 or 3 Interventions: Subjects were randomised to physiotherapy according to KNGF guide-lines or motor activity not finalized to rehabilitative purposes. Patients completed 28 + 4 sessions over 4 months. Main outcome measures: UPDRS, FIM, TEN METER WALK TEST, VNS, TUG TEST, HRSD, QL-INDEX, FALL’S DIARY. Results: Improvement in the autonomy, in the motor clinical conditions and in functional mobility, increase of the speed and reduction of the number of footsteps, reduction of depressive symptoms was observed in patients that have followed the specific program of physiotherapy.

Il tema di ricerca si inquadra nello studio di soluzioni ICT per il monitoraggio remoto di parametri fisiologici, sia su persone con deficit motori, che su persone sane in ambito sportivo e non. Tali soluzioni si basano sulla progettazione di sistemi di video-conferenza che, grazie alla tecnologia WebRTC, permettano ad ogni soggetto di dialogare con il medico di riferimento ed inviare report forniti da dispositivi biomedicali custom. Nella prima fase è stato implementato il sistema di comunicazione peer-to-peer tra client browser in grado, oltre a realizzare la normale video/conferenza, anche di inviare i dati acquisiti da sensori biomedicali. Il primo contesto applicativo, basato sul sistema WebRTC, nasce grazie alla collaborazione con il DAN, “Divers Alert Network”, organizzazione mondiale che opera da anni nella prevenzione e sicurezza dei subacquei durante le loro campagne di immersione. Lo scopo è stato quello di realizzare dispositivi in grado di analizzare eco Doppler audio ed identificare in real-time il numero di bolle gassose contenute in essi ed il relativo grado di rischio e livello di Spencer associato. I dispositivi possono inviare i report generati, mediante il sistema peer-to-peer realizzato, ad una centrale di pronto intervento, dove un operatore, da una veloce analisi del report fornito, è in grado di determinare il tipo di intervento e la tempistica da attuare sul subacqueo. Successivamente lo studio si è spostato su soggetti affetti da deficit motori come tremore, freezing e fluttuazioni, dovuti alla presenza della malattia del Parkinson. A partire da dati grezzi provenienti da sensori inerziali, algoritmi di data fusion hanno permesso di rilevare, in maniera del tutto automatica, manifestazioni dei sintomi del Parkinson. Opportune GUI permettono di generare report ed inviarli, con la tecnologia WebRTC, al team medico, che è in grado di personalizzare la terapia farmacologica in relazione alle manifestazioni e al progredire della malattia stessa.
The research topic is based on the study of ICT solutions for the remote monitoring of physiological parameters, both on people with motor deficits and on healthy people in sports and non-sports activities. The design of video-conferencing systems, based on WebRTC technology, allows each user to communicate with the reference physician and send reports provided by custom biomedical devices. In the first phase, the peer-to-peer communication system was implemented between client browsers, also able, in addition to realizing the normal video / conference, to send the data acquired from biomedical sensors. The first application context, based on the WebRTC system, was provided in collaboration with the DAN, "Divers Alert Network", a worldwide organization that has been operating for years in divers prevention and safety during their diving campaigns. The aim was to realize devices able to analyze echo Doppler audio and identify in real-time the number of gaseous bubbles trapped in the veins and the relative degree of risk and associated Spencer level. The devices can send the generated reports, through the peer-to-peer system implemented to an emergency response center, where an operator, from a quick analysis of the received report, can determine the type and timing of intervention on the diver. Subsequently, the study moved onto subjects affected by motor deficits such as tremors, freezing and fluctuations, due to the presence of Parkinson's disease. Starting from raw data acquired from inertial sensors, data fusion algorithms has been implemented for detecting, in a completely automatic way, manifestations of Parkinson's symptoms. Appropriate GUIs allow to generate reports and send them, with WebRTC technology, to the medical team, which is able to customize the drug therapy in relation to the manifestations and the progress of the disease itself.

Introduction: Parkinson’s disease (PD) is spread worldwide; the incidence rapidly increases over the age of 60 years. The cause for the neuronal degeneration tipical of Parkinson disease is not known, nor there are any effective treatment; at the moment only symptomatic treatments are available. Among them there is foot mechanical stimulation which, in a preliminary study, showed an improvement of motor function and performance, enhancement of vagal modulation and reduction of sympathetic modulation, with a concurrent reduction of clinostatic blood pressure after one session of stimulation. The purpose of this study was to evaluate the effects of repeated foot mechanical stimulation on the autonomic, hemodinamic and motor assesment in patients affected by idiopathic PD Material and methods: We enrolled 23 patients with idiopatic PD, from 50 and 80 years old. Each patient underwent a cardiovascular assessment, autonomic status, neurologic and motor profile assessment on the first day, on the second day and on the sixteenth day (the last day of the study). Foot mechanical stimulation was performed the first day, the second day and three times per 72 hours distance. Data were then collected and analyzed. Results: Our study showed how repeated foot stimulation on two specific points on the sole of the foot can lead to a significant reduction of sympathetic modulation and to an enhancement, albeit not statistically significant, of vagal modulation - revealed by both spectral analysis and by symbolic analysis. Moreover, between the start and the end of the study, there was a statistically significant reduction of both SAP and DAP measured in clinostatic position and a clear motor improvement. Conclusions: Repeated foot stimulation may be used in patients affected by Parkinson disease, coupled with the usual treatments, to improve motor function (and so patients’ quality of life), and to treat clinostatic hypertension. That can lead to a reduction in pharmacological antihypertensive therapies and to a better management of orthostatic hypotension, reducing the risk of falls and of disabilities.

Background: la Malattia di Parkinson è una condizione complessa caratterizzata da sintomi motori e non motori. A fronte di questo quadro eterogeneo per aiutare i professionisti coinvolti nella gestione di questi pazienti sono state elaborate diverse scale di valutazione clinica per valutare la varietà delle manifestazioni e complicazioni che possono essere presenti. Tuttavia, tra questi molteplici strumenti c'è la necessità di individuare quelli che possono valutare rapidamente e in modo affidabile le più rilevanti affezioni motorie e non, al fine di condurre una corretta consultazione clinica. Obiettivo: l’obiettivo della presente Scoping Review è riportare e identificare i principali strumenti di valutazione per le limitazioni motorie in pazienti con Malattia di Parkinson reperibili in letteratura. Metodi: la ricerca è stata condotta nelle banche dati di PubMed, PEDro, e Cochrane Library. La selezione è avvenuta secondo specifici criteri di inclusione/esclusione, considerando studi primari, secondari e studi di altra tipologia. Non sono state applicate restrizioni di lingua, disegno dello studio e tipo di pubblicazione. Risultati: con il processo di identificazione degli studi sono stati individuati 12663 risultati. Il numero totale di record inclusi è stato di 41, pubblicati in un arco temporale tra il 1987 e il 2021. Conclusioni: attualmente gli strumenti di valutazione considerati presentano solo in parte le caratteristiche di validità idonee a valutare in modo completo e adeguato la disabilità motoria in persone con Malattia di Parkinson. Da ciò si conclude come sia necessario un impegno nella ricerca al fine di individuarli.

Background: Although Parkinson’s disease (PD) is commonly described as a motor disorder, non-motor symptoms and cardiovascular dysautonomia are important factors of disability and impaired quality of life in PD patients. To date, the definite correlation of cardiovascular symptoms with motor and other non-motor symptoms of PD are still largely unclear. Besides, the discovery of genetic mutations related to PD, such as LRRK2 mutations, provides better possibility to identify specific phenotypes both for motor and non-motor symptoms. Obiectives: The main objective of our study was directed to investigate the presence and the correlation of cardiovascular dysautonomia with other non-motor symptoms in PD patients, with with or without LRRK2 mutations. Finally, we performed a study of heart rate variability (HRV) and exercise stress echocardiography with the attempt to investigate dysautonomia in these groups of patients. Methods: Forty fifteen Sardinian PD patients (240 men and 165 women) were included in the study. PD patients were screened for the presence of LRRK2 mutations. Motor impairment and disability were assessed using the Hoehn & Yahr staging and the Unified PD Rating Scale (UPDRS) part-III. Cardiovascular symptoms and other non-motor symptoms were assessed with the Non-Motor Symptoms Scale (NMSS). Correlations between cardiovascular symptoms and other PD features were studied. Heart rate variability (HRV) and exercise stress echocardiography were performed in two subgroups of patients (with or without LRRK2 mutations) and in a control group, matched for age and gender. Results: Cardiovascular symptoms were among the five non-motor symptoms more reported and were correlated with multiple non motor symptoms, especially with fatigue and loss of weight. PD patients with LRRK2 mutations reported less severity of cardiovascular symptoms. HRV revealed reduced LF/HF ratio both in PD patients with or without LRKK2 mutations, with enhancement of HF in LRRK2 patients. Cardiovascular symptoms detected at NMSS correlated with LF/HF ratio. Echocardiography show a Δ Strain rate reduced in parkinsonian patients. Δ Strain rate was also correlated with the LF/HF ratio in the LRRK2 group. Discussion: The better assessment of non-motor and cardiovascular symptoms in PD patients with and without LRRK2 mutation, both with the systematic administration of symptomatic scales, such as the NMSS, and with a combined approach with HRV and exercise stress echocardiography, might lead to the detection of better monitoring systems and to the possible improvement of current strategies used in the treatment of these disabling conditions.

La malattia di Parkinson è un disturbo neurodegenerativo con eziologia sconosciuta che colpisce in particolare le aree del cervello che sono coinvolte nel controllo del movimento. Tale disturbo neurologico causa anomalie sull’andatura del soggetto portandolo ad esempio a strisciare i piedi e flettere il busto più del necessario; anomalie che causano una camminata insicura che può sfociare in inciampi e cadute. Lo scopo di questo studio è disegnare e sviluppare algoritmi in grado di stimare la clearance dei piedi e l’inclinazione del tronco, al fine di essere inseriti nel progetto CuPiD, il quale fornisce un feedback vocale ogni volta in cui il soggetto parkinsoniano presenti valori dei parametri monitorati al di fuori di un range fisiologico. Sono stati reclutati 20 soggetti, 10 a cui è stata diagnosticata la malattia di Parkinson idiopatica e 10 asintomatici.
Nella valutazione sperimentale si è acquisita la camminata dei soggetti coinvolti nell’esperimento, utilizzando un sistema inerziale ed un sistema stereofotogrammetrico come gold standard. Ogni soggetto ha eseguito 4 camminate, ciascuna della durata di 2 minuti, nelle seguenti diverse condizioni: camminata normale, focus sui piedi, focus sul tronco, audio stroop. Inoltre si è valutata l’entità delle differenze cliniche dei due parametri stimati, tra il gruppo dei soggetti malati di Parkinson ed il gruppo dei soggetti sani. Dallo studio effettuato si propone un algoritmo per la stima della clearance che presenta un errore relativamente alto

La disconnessione frontostriatale è considerata il correlato neurale della disfunzione esecutiva nei pazienti con malattia di Parkinson (MP), una patologia neurodegenerativa che si presenta nella fase iniziale come una sindrome clinica asimmetrica con sintomi predominanti nel lato destro o sinistro associati alla perdita neuronale nella sostanza grigia profonda dell'emisfero cerebrale controlaterale. Nella tesi, è stato indagato un particolare aspetto della disfunzione esecutiva nella MP espressa quando è richiesto di selezionare le parole nel contesto di alternative in competizione, cercando differenze in relazione all'insorgenza clinica dei sintomi motori. A livello neurostrutturale, sono state esplorate le alterazioni della sostanza grigia e bianca nelle sottopopolazioni di MP, verificando se la capacità di selezionare le parole è associata ad indici di integrità della materia sostanza grigia e bianca nelle sottopopolazioni di PD. Infine, a livello neurofunzionale, è stato esplorato se la connettività delle regioni cerebrali associate alla disfunzione esecutiva in MP è modulata dalla riserva cognitiva, un fattore di efficienza cognitiva dovuto ad esperienze di vita cognitivamente stimolanti che possono contribuire alla resilienza nel fronteggiare al meglio la neurodegenerazione. Le evidenze raccolte indicano che la lateralità di insorgenza dei sintomi motori e la riserva cognitiva dovrebbero essere prese in considerazione nella valutazione delle funzioni cognitive nei pazienti con MP.
Frontostriatal disconnection is considered the neural correlate of executive dysfunction in patients with Parkinson’s disease (PD), a neurodegenerative pathology that exhibits at the initial phase as an asymmetric clinical syndrome with right or left sided predominant symptoms associated with neuronal loss in the deep grey matter of the contralateral cerebral hemisphere. In the current thesis, it was investigated a particular aspect of the executive dysfunction in PD expressed when it is required to select words in the context of competing alternatives, looking for differences according to the clinical onset of motor symptoms. At the neurostructural level, grey and white matter alterations were explored in PD subpopulations, testing if the ability to select words is associated with indices of grey and white matter integrity in PD subpopulations. Finally, at the neurofunctional level, it was explored if the connectivity of brain regions associated with the executive dysfunction in PD is modulated by the cognitive reserve, a factor of cognitive efficiency due to lifelong experiences that may contribute to the resilience against neurodegeneration. The evidence collected indicates that laterality of clinical motor symptom onset and cognitive reserve should be taken into account in the assessment of cognitive functions in patients with PD.

The leucine-rich repeat kinase 2 mutation (LRRK2) G2019S in the kinase-domain is the most common genetic cause of late-onset autosomal dominant Parkinson’s Disease (PD), occurring in >85% of patients carrying this LRRK2 mutation. LRRK2-related PD is clinically indistinguishable from the classic idiopathic form, being characterized by classic neuropathological hallmarks such as progressive degeneration of the substantia nigra pars compacta (SNpc) dopaminergic neurons, gliosis and α-synuclein and ubiquitine-positive intraneuronal cytoplasmic inclusions. The main goal of this thesis work was to evaluate the role played by the kinase function of LRRK2 in the expression of motor phenotype and dopamine transmission in mice, since transgenic models reported so far failed to recapitulate the parkinsonian phenotype and its neuropathology. To directly explore the impact of the kinase-enhancing G2019S mutation on motor activity in vivo, a longitudinal phenotyping approach was developed. We enrolled two cohorts of G2019S knock-in (KI) mice and wild-type littermates (WT) and analyzed their motor activity at different ages (3, 6, 10, 15 and 19 months) using a set of complementary behavioral tests, specific for akinesia, bradykinesia and overall gait ability. Our study revealed that G2019S KI mice motor performance remained stable up to the age of 19 months and did not show the typical age-related decline in immobility time and stepping activity of WT. To confirm that enhanced kinase activity accounts for this phenotype, we adopted a combined genetic and pharmacological approach. On one hand we performed a parallel longitudinal study in mice carrying a LRRK2 mutation (D1994S) that impairs kinase activity (kinase-dead, D1994S KD), on the other hand we administered two LRRK2 kinase inhibitors (H-1152 and Nov-LRRK2-11) in G2019S mice. We found that i) KD mice were not phenotypic and ii) LRRK2 inhibitors reversed the hyperkinetic phenotype of G2019S KI mice, while being ineffective in WT or in D1994S KD animals. In vivo LRRK2 targeting of kinase inhibitors was further substantiated by the reduction of LRRK2 phosphorylation at Ser935 in the striatum and/or cortex at efficacious doses of LRRK2 inhibitors. In order to investigate whether the hyperkinetic phenotype of G2019S mice was associated with dysfunction of striatal dopamine neurotransmission, we carried out a series of behavioral, biochemical, and neurochemical experiments. No changes in nigral dopamine cell counts or dopamine striatal density were observed in G2019S mice. However, the overall pattern of responses to a D2/D3 receptor agonist or antagonists and to D1/D5 receptor antagonists suggested an elevated tonic activation of dopamine receptors in G2019S KI mice. Furthermore, blockade of the dopamine transporter (DAT) resulted in an enhancement of motor performance of WT but not G2019S KI mice. Results from in vitro binding assays revealed a reduction in the DAT protein levels which was associated with an increased dopamine reuptake in G2019S KI mice. In vivo microdialysis showed a reduced metabolites/dopamine ratio in in the striatum of G2019S mice, suggesting a reduced dopamine turnover. Overall the data provide genetic and pharmacological evidence that the kinase activity of LRRK2 is highly implicated in the modulation of motor activity along with the striatal dopaminergic system. However, whether and how the observed changes in motor phenotype and dopamine transmission translate into the overt parkinsonian pathology remains a matter for speculation. It is also possible that G2019S KI mice reflect a pre-symptomatic stage of the disease, as observed in other genetic models of PD. Nonetheless, the present thesis work proposes G2019S KI mice as a valuable in vivo model to investigate the effects of LRRK2 inhibitors.

BACKGROUND: La malattia di Parkinson è la seconda malattia neurodegenerativa più diffusa, si calcola che in Italia ci siano circa 400 mila persone colpite. Influenza la Qualità della Vita e l’indipendenza del paziente, in particolare la deambulazione e l’equilibrio. Negli ultimi anni si è sviluppata la tecnologia Virtual Reality come strumento terapeutico. La realtà virtuale consiste in un sistema computerizzato che simula un ambiente in cui il paziente può muoversi e interagire. Questo nuovo tipo di tecnologia necessiterebbe di studi approfonditi, le poche revisioni presenti in letteratura forniscono dati contrastanti e evidenze di bassa qualità e non sono chiari i vantaggi o gli svantaggi della riabilitazione VR confrontata con il trattamento tradizionale. OBIETTIVI: Lo scopo di questa revisione sistematica è quello di valutare l’utilizzo della realtà virtuale per il trattamento riabilitativo, nel paziente con malattia di Parkinson, negli outcome di cammino e equilibrio. METODI: È stata condotta una ricerca nelle banche dati PubMed (MEDLINE), PEDro e CINAHL Complete. Sono stati selezionati solo Studi Randomizzati Controllati che presentassero interventi di riabilitazione con l’ausilio di realtà virtuale con confronto alla terapia tradizionale che avevano come obiettivi principali di studio il cammino e l’equilibrio. RISULTATI: Dei sei studi inclusi, uno solo studio ha mostrato un miglioramento significativo rispetto alla terapia tradizionale negli outcome primari presi in considerazione per questa revisione. I risultati suggeriscono che la riabilitazione con l’utilizzo di Tecnologia Virtual Reality non porti a miglioramenti statisticamente significativi rispetto alla riabilitazione tradizionale. CONCLUSIONI: La realtà aumentata nel trattamento fisioterapico della malattia di Parkinson risulta avere effetti paragonabili alla terapia tradizionale negli outcome di cammino e equilibrio. Può essere un’alternativa valida in alcuni casi ma necessita ulteriori studi.

Introduzione La stimolazione cerebrale profonda del nucleo subtalamico (STN-DBS) rappresenta un trattamento efficace a lungo termine nella malattia di Parkinson (MP) in fase avanzata. La STN-DBS consente un miglioramento duraturo di complicanze motorie, tremore e rigidità tuttavia con un effetto ridotto sui sintomi assiali (disturbi del cammino, dell'equilibrio, dell’eloquio e della deglutizione) e declino cognitivo, che rappresentano le principali cause di disabilità a lungo termine. Molti studi hanno analizzato i sintomi assiali nella MP con un approccio strumentale focalizzato unicamente su alterazioni del cammino o dell’eloquio. Dati anatomopatologici hanno confermato che la neurodegenerazione delle vie dopaminergiche centrali, considerata il segno distintivo del MP, è accompagnata da un coinvolgimento di altre vie neurotrasmettitoriali (colinergiche, serotoninergiche). Il coinvolgimento prevalente del sistema colinergico si assocerebbe ad un fenotipo clinico "colinergico" dominato da sintomi assiali, alterazioni cognitive e deposizione di amiloide-β (Aβ) cerebrale. Obiettivi - Confrontare l'efficacia della STN-DBS e della levodopa sui sintomi assiali in una coorte di pazienti affetti da MP sottoposti a STN-DBS bilaterale. - Valutare la correlazione tra sintomi assiali, alterazioni cognitive e deposizione di Aβ cerebrale. - Valutare l'evoluzione dei sintomi assiali nel tempo. - Valutare l'influenza della localizzazione anatomica del contatto attivo STN-DBS sui sintomi assiali. Metodi Sono stati raccolti retrospettivamente dati clinici e strumentali di 30 pazienti con MP sottoposti ad STN-DBS bilaterale da gennaio 2012 a dicembre 2018. Ogni paziente è stato rivalutato da tre a sette anni dopo l'intervento: i sintomi assiali sono stati studiati con un approccio clinico-strumentale standardizzato analizzando contemporaneamente i parametri di eloquio, cammino e posturali. La gravità di malattia è stata valutata con la Unified Parkinson's Disease Rating Scale. Ogni paziente è stato studiato in diverse condizioni di stimolazione e farmaco: condizioni preoperatorie off-farmaco e on-farmaco; condizioni postoperatorie on-stimolazione/off-farmaco, off-stimolazione/off-farmaco e on-stimolazione/on-farmaco (single e dual-task). Ogni paziente è stato sottoposto ad una valutazione neuropsicologica e una tomografia a emissione di positroni (PET) con [18F]flutemetamolo. La posizione anatomica del contatto attivo sarà calcolata fondendo la tomografia computerizzata postoperatoria con la risonanza magnetica preoperatoria attraverso un software dedicato. Risultati 25 pazienti sono stati reclutati da settembre 2019 a ottobre 2021. Confrontando le tre condizioni postoperatorie, sia la sola stimolazione che la combinazione di stimolazione e levodopa hanno portato a un miglioramento dei punteggi motori e del cammino. Sia la stimolazione che la levodopa hanno avuto un effetto eterogeneo sull’eloquio. Sette pazienti sono stati sottoposti a PET con [18F] flutemetamolo e solo in uno di essi è stata rilevata la deposizione di Aβ cerebrale. La valutazione neuropsicologica è stata eseguita in 13 pazienti: in 8 di essi è stato riscontrato un netto peggioramento della funzione cognitiva rispetto al preoperatorio mentre nei restanti 5 pazienti la valutazione è risultata paragonabile alla valutazione preoperatoria. Conclusioni Anche se parte di un'analisi preliminare, i dati raccolti evidenziano come l’STN-DBS possa migliorare i punteggi motori ed i parametri del cammino a lungo termine dopo l'intervento, con effetti eterogenei sui parametri dell’eloquio. Il peggioramento cognitivo è risultato variabile all'interno del gruppo. Sono necessari ulteriori dati per la valutazione della possibile correlazione tra deposizione di Aβ cerebrale e alterazioni assiali e cognitive.
Background Subthalamic nucleus deep brain stimulation (STN-DBS) represents a long-term effective treatment in advanced Parkinson's disease (PD). STN-DBS allows a stable improvement of motor complications, tremor and rigidity with a less relevant effect on axial symptoms (i.e. gait and balance symptoms, speech and swallowing troubles) and cognitive decline, which are the main causes of long-term disability. Many studies have analysed axial symptoms in PD patients with an instrumental approach focusing only on gait and postural alterations or speech disturbances. The very few studies that have instrumentally assessed the whole spectrum of axial symptoms in PD have showed the presence of similarities between spatial-temporal gait and speech parameters. Anatomopathological data have confirmed that the neurodegeneration of central dopaminergic pathways, considered the hallmark of PD, is accompanied by a contemporary involvement of other neurotransmitter pathways (i.e. cholinergic, serotoninergic). Prevalent involvement of cholinergic system is associated with a clinical “cholinergic” phenotype dominated by axial symptoms, early cognitive deterioration and cerebral Amyloid-β (Aβ) deposition. Objectives - To compare the efficacy of STN-DBS and levodopa on axial symptoms. - To evaluate the correlation between axial symptoms, cognitive alterations and brain Aβ deposition in a cohort of PD patients operated on with bilateral STN-DBS. - To assess the evolution over time of axial symptoms. - To evaluate the influence of anatomical location of the active STN-DBS contact on axial symptoms. Methods Retrospectively clinical and instrumental data from 30 PD patients operated on with bilateral STN-DBS from January 2012 to December 2018 were collected. Each patient has been reevaluated three to seven years after surgery: axial symptoms have been studied applying a standardized clinical-instrumental approach with the contemporary analysis of speech, gait and postural parameters. Disease severity was assessed using the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS). Each patient has been studied in different stimulation and drug conditions: preoperative off-medication and on-medication conditions; postoperative on-stimulation/off-medication, off-stimulation/off-medication and on-stimulation/on-medication conditions (single and dual task). Each patient underwent a complete neuropsychological assessment and a [18F]flutemetamol positron emission tomography (PET). The anatomical location of the active STN-DBS contact will be calculated merging postoperative computed tomography (CT) imaging with preoperative magnetic resonance imaging (MRI) through a dedicated planning software. Results 25 patients were recruited from September 2019 to October 2021. Comparing the three postoperative conditions, both stimulation alone and the combination of stimulation and medications led to an improvement of motor score and gait parameters. Both stimulation and levodopa had an heterogenous effect on speech. Seven patients undergone [18F] flutemetamol PET and only in one of them brain Aβ deposition was detected. The complete neuropsychological assessment was performed in 13 patients: in 8 of them a clear worsening of cognitive function was found compared to the preoperative values while in the remaining five patients the assessment was comparable to the preoperative evaluation. Conclusions Even if in a preliminary analysis, our data highlights that STN-DBS could improve motor scores and gait parameters in the long-term after surgery, with mixed effect on speech parameters. Cognitive worsening was variable within the group. More data are needed for the evaluation of the possible correlation between brain Aβ deposition and axial and cognitive alterations.

Abstract Parkinson's disease (PD) is a degenerative neurological syndrome characterized by the preferential loss of dopaminergic (DAergic) neurons in the Substantia Nigra pars compacta. PD is still incurable and conventional therapies treat only symptoms to improve the quality of life. Therefore, there is a impelling need to find out new therapeutic strategies that not only provide symptomatic relief but also halt or reverse the neuronal damage hampering PD progression. Even though the pathogenesis of this disorder remains poorly understood, oxidative stress has been identified as one of the major contributors for the nigral loss in both sporadic and genetic forms of the disease. In particular, the selective vulnerability of DAergic neurons to oxidative stress might be ascribed to dopamine (DA) metabolism, which occurs in the cytosol and represents in itself a relevant pathway for superoxide radicals production. The main hypothesis of this thesis is that the inhibition of reactive oxygen species (ROS) overproduction might delay, block or prevent the degenerative process that occurs in PD patients. In this scenario, our project was addressed to study in vitro and in vivo the potential protective role of the superoxide dismutase (SOD) enzymes and SOD mimetic compounds against oxidative injury, related to PD, adopting two experimental paradigms. We focused on SODs because they exert a crucial function in cellular antioxidant defense, promoting the elimination of superoxide anion. The first experimental paradigm was represented by the herbicide paraquat (PQ) whose mechanism of action relies on the production of oxidative stress and it is epidemiologically linked to sporadic PD. The second one, which has been used to model a familial form of PD, was based on PINK1 deficiency. Indeed, PINK1 gene mutations have been identified as cause of recessive early-onset parkinsonism. This gene encodes for a serine/threonine kinase that is involved in the mitochondrial quality control and in the regulation of cellular oxidative status. To evaluate whether SODs might have a protective activity against PQ toxicity or PINK1 deficiency, the cytosolic and mitochondrial SODs, respectively SOD1 and SOD2, were overexpressed in the human neuroblastoma SH-SY5Y cells and in Drosophila melanogaster. In cells and flies, the overexpression of the mitochondrial isoform rescued acute PQ toxicity. The selective effect observed seems to be associated to an intrinsic mechanism of acute treatment, which strongly compromise mitochondria, increasing ROS in these organelles and promoting their fragmentation. On the contrary, in flies the cytosolic isoform ameliorated motor dysfunctions induced by a chronic PQ exposure, even when SOD1 was overexpressed exclusively into the DAergic neurons. These observations indicate that the cytosolic compartment is particularly affected by chronic PQ treatment suggesting that other oxidative processes in the cytosol of DAergic cells, such as DA metabolism, might amplify PQ-induced oxidative stress making them particularly vulnerable. In SH-SY5Y cells, PINK1 deficiency resulted in mitochondrial fragmentation. Even in this case, SODs appeared protective rescuing the phenotype. However, while SOD1 overexpression slightly reduced these mitochondrial alterations, SOD2 seemed to reverse mitochondrial fragmentation allowing the maintenance of a healthy mitochondrial network. In flies, loss of PINK1 induced a severe motor impairment, which was rescued only by the overexpression of the cytosolic isoform suggesting that the protein might be involved in other pathways that are not strictly correlated with mitochondrial functioning. Once the beneficial activity of SODs has been demonstrated, we then investigated the therapeutic potential use of a SOD-mimetic compound, M40403. We found that the molecule was able to protect cells and flies against the oxidative damage induced by both acute and chronic PQ exposure. In addition, the SOD mimetic was effective also in PINK1 deficient cells and flies reducing, respectively, mitochondrial fragmentation and locomotor defects. Finally, M40403 administration in SOD1 and SOD2 deficient flies partially replaced the loss of both isoforms suggesting that it can act at cytosolic and mitochondrial level. Overall, these findings demonstrate that specific SOD-mimetic compounds can be efficacious in reducing oxidative stress and should be further explored as therapeutic agents to hamper the progression of PD. In parallel, we developed a second research line which was aimed to the characterization of two human neuroblastoma cell lines in order to identify, between them, the most reliable cellular model for PD studies. Cellular models are largely used to study in vitro the molecular mechanisms underlying DAergic degeneration in PD. Although their use presents several advantages, cell lines do not always recapitulate morphological and neurochemical properties of DAergic neuronal cells. Considering the relevance of DA metabolism in the pathogenesis of PD, the DAergic phenotype is an important requirement. Human neuroblastoma cell lines are commonly used as models in PD research, although they are undifferentiated, do not exhibit markers of mature neurons and appear able to synthetize different neurotransmitter, in particular the catecholamines DA and noradrenaline (NA). For this reason, we studied the ability of three different agents, phorbol ester 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA), retinoic acid (RA) and staurosporine to drive neuronal differentiation toward a DAergic phenotype in SH-SY5Y and BE(2)-M17 cells. The first cell line is largely adopted and studied, even though the phenotype acquired upon differentiation is still a debated issue. In contrast, the second one is poorly characterized and might represent a valid alternative cellular system. In this thesis, we first investigated the acquisition of neuronal-like features in terms of growth inhibition, cell morphology and neuronal markers expression. Our results indicated that staurosporine and RA were the most efficient treatments to inhibit cell growth, respectively in SH-SY5Y and BE(2)-M17. Furthermore, in both cell lines, RA and staurosporine promoted the formation a complex network of neuritic extensions and the expression of mature neuronal markers. To evaluate whether the differentiation promotes a DAergic or NAergic phenotype in these cell lines, we analyzed the expression profile of the major genes involved in DA and NA metabolism and the intracellular content of these neurotransmitters. In SH-SY5Y cells, RA and TPA induced the down-regulation of DA- and NA-related genes as well as a decrease of neurotransmitter amounts compared to undifferentiated cells, indicating the loss of the catecholaminergic phenotype. On the contrary, staurosporine treatment resulted in the up-regulation of all these genes and an increase of NA content, enhancing the NAergic phenotype. Surprisingly, in BE(2)-M17, DA and NA levels detected in undifferentiated cells were considerably more elevated than in SH-SY5Y which suggests that these cells presents a more pronounced catecholaminergic phenotype. The latter was not affected by TPA and RA treatments, which did not substantially alter gene expression and the amount of neurotransmitters. In contrast, staurosporine promoted the up-regulation of the genes involved in metabolism of DA and NA and an increase of their intracellular amounts, indicating a relevant enhancement of the observed phenotype. These results indicate that the BE(2)-M17 cell line emerges as a new experimental model with a catecholaminergic phenotype that differs substantially from those of SH-SY5Y cells, suggesting different fields of application for the two cell lines
Riassunto La malattia di Parkinson è una sindrome neurologica degenerativa, caratterizzata dalla perdita preferenziale dei neuroni dopaminergici della Substantia Nigra pars compacta. Questa patologia è attualmente incurabile e le terapie convenzionali agiscono esclusivamente sui sintomi migliorando la qualità della vita. Pertanto, è necessario identificare nuove strategie terapeutiche che non solo forniscano un efficacie trattamento della sintomatologia ma agiscano anche ritardando i danni neuronali e arrestando la progressione della malattia. Sebbene l'eziologia è tuttora sconosciuta, lo stress ossidativo sembra svolgere un ruolo chiave nella degenerazione dopaminergica sia nella forme sporadiche che familiari della patologia. In particolare, la selettiva vulnerabilità di tali neuroni allo stress ossidativo potrebbe essere associata al metabolismo della dopamina (DA), evento molecolare citosolico responsabile, esso stesso, della sovrapproduzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) L'ipotesi principale alla base di questa tesi è che l'inibizione della produzione di ROS possa ritardare, arrestare o prevenire il processo neurodegenerativo che si verifica nei pazienti affetti dal morbo di Parkinson. In questo scenario, il nostro progetto si propone di studiare in vitro e in vivo il potenziale ruolo protettivo delle superossido dismutasi (SOD) e di composti che ne mimano l'attività (SOD mimetici) contro i danni ossidativi, correlati a tale patologia, utilizzando due diversi paradigmi sperimentali. La scelta di studiare questi enzimi è legata alla loro funzione cellulare antiossidante, cruciale nel promuovere l'eliminazione dell'anione superossido, radicale capostipite nella produzione a valle di specie molto pi๠tossiche e reattive. In questo studio, il primo paradigma utilizzato è l'erbicida paraquat (PQ), il cui meccanismo di tossicità si basa sulla produzione di stress ossidativo. L'esposizione cronica a tale molecola è stata correlata epidemiologicamente all'insorgenza delle forme sporadiche di Parkinson. Il secondo modello adottato si basa sulla deficienza della chinasi PINK1, responsabile di una forma familiare della malattia. Infatti, mutazioni a carico del gene PINK1 sono state identificate come causa di parkinsonismo giovanile precoce. Questa proteina sembra svolgere un ruolo chiave nel mitochondrial quality control e nella regolazione dello stress ossidativo. Al fine di studiare la potenziale azione protettiva delle SOD contro la tossicità esercitata dal PQ o indotta dall'assenza di PINK1, l'isoforma citosolica e quella mitocondriale, rispettivamente SOD1 e SOD2, sono state sovraespresse nelle cellule di neuroblastoma umano SH-SY5Y e in Drosophila melanogaster. In vitro e in vivo, esclusivamente la sovraespressione dell'isoforma mitocondriale ha evidenziato un effetto protettivo contro l'esposizione acuta al PQ. La selettività osservata potrebbe essere associata ad un meccanismo di tossicità intrinseco dell'erbicida che, ad elevate dosi, comprometterebbe fortemente i mitocondri, aumentando la produzione di ROS in questi organelli e promuovendone la frammentazione. Al contrario, in Drososphila, l'enzima citosolico SOD1 è in grado di migliorare le performance motorie, alterate dall'esposizione cronica al PQ. Tale effetto è stato rilevato anche quando la sovraespressione era indotta esclusivamente a livello dei neuroni dopaminergici. Le nostre osservazioni indicano che in tali condizioni il compartimento citosolico potrebbe essere particolarmente compromesso, suggerendo che nei neuroni dopaminergici il citosol possa essere la sede di altri meccanismi ossidativi, tra i quali il metabolismo della DA, in grado di amplificare o esacerbare lo stress ossidativo indotto dal PQ, rendendo tali cellule particolarmente vulnerabili. In cellule SH-SY5Y, la deficienza di PINK1 ha causato un fenotipo mitocondriale caratterizzato dalla frammentazione del network di questi organelli. Anche in questo caso, le SOD hanno svolto una funzione protettiva contrastando la frammentazione mitocondriale osservata. Tuttavia, mentre la sovraespressione della SOD1 ha ridotto solo parzialmente il danno, la SOD2 è apparsa in grado di garantire il mantenimento di un corretto network mitocondriale. In Drosophila, la perdita di PINK1 promuove una severa disabilità motoria, la quale puಠessere migliorata dall'attività dell'isoforma citosolica SOD1, suggerendo che PINK1 possa essere coinvolta in altri processi molecolari non strettamente correlati col mantenimento del funzionamento mitocondriale. Dimostrata l'azione protettiva delle SOD, abbiamo deciso di studiare il potenziale utilizzo terapeutico del SOD mimetico M40403. I risultati delle nostre analisi hanno evidenziato che tale molecola svolga un'attività antiossidante, in vitro e in vivo, proteggendo dal danno ossidativo indotto dal trattamento acuto e cronico con l'erbicida PQ. Inoltre, il composto M40403 è stato testato in modelli cellullari e animali privi di PINKI1 nei quali ha migliorato, rispettivamente, il fenotipo mitocondriale e i difetti nell'apparato locomotore. Infine la somministrazione di questo SOD mimetico in linee di Drosophila deficienti per SOD1 o SOD2, ha rivelato che la molecola possa sopperire parzialmente all'assenza di ciascun enzima, supportando l'ipotesi che possa agire sia a livello citosolico che mitocondriale. Complessivamente, i dati ottenuti finora hanno dimostrato che l'utilizzo di specifici composti SOD mimetici, in particolare M40403, possa essere efficacie nel contrastare danni ossidativi. Questi composti dovrebbero essere ulteriormente studiati al fine di identificare un possibile agente terapeutico per la malattia di Parkinson. Parallelamente al progetto appena descritto, ci siamo focalizzati su un seconda linea di ricerca volta alla caratterizzazione dei due linee di neuroblastoma umano al fine di definire quali, tra queste, rappresenti il modello cellulare pi๠attendibile per lo studio della malattia di Parkinson. I modelli cellulari sono largamente utilizzati nello studio in vitro dei meccanismi molecolari alla base della degenerazione dei neuroni dopaminergici. Nonostante il loro utilizzo presenti grandi vantaggi, queste linee cellulari non sempre ricapitolano le proprietà morfologiche e neurochimiche dei suddetti neuroni. Pertanto, considerando il ruolo del metabolismo della DA nell'eziologia del morbo di Parkinson, l'acquisizione del fenotipo dopaminergico risulta essere un requisito importante. In particolare, le linee cellulari di neuroblastoma sono spesso usate come modello, nonostante siano proliferanti, non esprimano markers caratteristici dei neuroni maturi e siano in grado di sintetizzare diversi neurotrasmettitori, in particolare le catecolamine DA e noradrenalina (NA). Per queste ragioni, abbiamo studiato l'abilità di tre differenti agenti, il 12-O-tetradecanoilforbolo-13-acetato (TPA), l'acido retinoico (RA) e la staurosporina, nel guidare il differenziamento delle cellule SH-SY5Y e BE(2)-M17 verso un fenotipo dopaminergico. La prima di queste linee cellulari è ampiamente utilizzata e studiata, nonostante il fenotipo acuisito dopo il differenziamento sia ancora un argomento dibattuto. Al contrario, la seconda è stata finora poco caratterizzata e potrebbe rappresentare un valido sistema cellulare alternativo. In questa tesi, al fine di valutare l'acquisizione delle caratteristiche neuronali, abbiamo inizialmente analizzato l'effetto indotto dai tre agenti sull'inibizione della crescita, morfologia cellulare e espressione di markers neuronali. I nostri risultati hanno dimostrato che il trattamento con staurosporina e RA siano i pi๠efficienti nell'arrestare la proliferazione cellulare rispettivamente nelle cellule SH-SY5Y e BE(2)-M17. Inoltre, in entrambe le linee, RA e staurosporina promuovono la formazione di un compresso network di ramificazioni neuritiche e l'espressione di specifici markers neuronali citoscheletrici. Per studiare l'effetto del differenziamento nell'acquisizione di un fenotipo dopaminergico o noradrenergico nei due modelli cellulari, abbiamo valutato il profilo di espressione dei geni principalmente coinvolti nella sintesi di entrambi i neurotrasmettitori e i loro contenuto intracellulare. In cellule SH-SY5Y, il trattamento con RA e TPA è risultato in grado di promuovere non solo la down-regolazione dei geni analizzati ma anche una consistente riduzione del contenuto di DA e NA, suggerendo la perdita del fenotipo catecolaminergico. Al contrario, la staurosporina ha evidenziato la capacità di up-regolare l'espressione genica degli enzimi coinvolti nella sintesi dei due neurotrasmettitori e di incrementare il contenuto di NA, amplificando il fenotipo noradrenergico di questo modello. Nella linea cellulare BE(2)-M17, i livelli di DA and NA rilevati prima del differenziamento risultano essere considerevolmente elevati rispetto a quelli misurati nelle SH-SY5Y, evidenziando che la prima abbia un fenotipo catecolaminergico molto pi๠pronunciato della seconda. Quest'ultimo non viene sostanzialmente alterato dai trattamenti con TPA e RA, mentre il differenziamento con staurosporina è nuovamente in grado di up-regolare il profilo di espressione analizzato e di promuovere un'ulteriore sintesi di DA e NA, determinando l'acquisizione di un fenotipo ulteriormente marcato. Concludendo, i risultati di questo studio indicano che la linea BE(2)-M17 possa essere un modello sperimentale alternativo con proprietà neurochimiche differenti dalle SH-SY5Y, suggerendo l'applicazione delle due line cellulari in differenti campi di ricerca.

The opioid peptide receptors encompass three major “classical” subclasses, namely, μ, δ and κ (MOP, DOP and KOP receptors respectively) and a more recently identified subclass, the NOP receptor. The endogenous opioid and dopaminergic systems are known to interact in the modulation of motor functions under physio-pathological conditions. In particular, degeneration of dopamine (DA) neurons and loss of DA innervation in Parkinson’s disease (PD) is known to trigger adaptive changes in opioid systems in the basal ganglia (BG), which may be viewed either as pathogenic or compensatory. In the present thesis we investigated the role of DA, and specifically the role of D2 receptor-mediated transmission, in the motor effects exerted by DOP and NOP receptors ligands. Nociceptin/orphanin FQ (N/OFQ), the endogenous ligand of the NOP receptor, exerts a dual control over motor function, low doses being facilitating and high ones being inhibitory. Since the same dual response has been observed after administration of NOP receptor antagonists, we hypothesized that the motor effects exerted by NOP receptors ligands might involve different DA receptor subtypes. To test our hypothesis we used both pharmacological (i.e. DA receptor selective ligands) and genetic (i.e. mice lacking the D2 receptor (D2R-/-) or its long isoform (D2L-/-)) tools. The D2/D3 antagonist raclopride prevented the motor facilitation induced by low doses of N/OFQ or the NOP antagonist J-113397, but was ineffective in preventing the motor impairment induced by high doses of J-113397. These effects suggest that motor facilitation and motor inhibition might rely on different D2 receptor subpopulations. Therefore to dissect out the contribution of pre- and post-synaptic D2 receptors, D2 knockout mice were used. We observed that the motor facilitation induced by low doses of N/OFQ or J-113397 was lost in D2R-/- and D2L-/- mice. The inhibitory effect of high doses of J-113397 was retained in D2L-/- mice, but disappeared in D2R-/- mice, whereas motor inhibition induced by high doses of N/OFQ occurs even in the absence of D2 receptors. Our results demonstrate that motor stimulation induced by low doses of N/OFQ or J-113397 is mediated by D2L receptors whereas motor inhibition induced by J-113397 involves D2S, possibly pre-synaptic, receptors. N/OFQ-induced hypolocomotion is independent from D2 receptors, and possibly due to direct inhibition of nigral DA cells. The same combined approach was followed to study the role of D2 transmission in DOP receptor-mediated motor effects. Evidence that DOP receptor is an attractive target for the treatment of neuropsychiatric disorders, among which PD, has been growing in recent years. The DOP receptor agonist SNC-80 did not increase motor activity in C57BL naïve mice. However, it restored motor activity in mice rendered hypokinetic with raclopride, or emiparkinsonian 6-OHDA lesioning. This finding corroborates the hypothesis that the DOP receptor system plays a compensatory role under conditions where DA transmission and, consequently, motor function is impaired. To further confirm the involvement of D2 receptors in the motor action exerted by DOP receptor agonist, SNC-80 was administered to D2R-/- and D2L-/- mice, and wild-type controls. SNC-80 was ineffective in D2R+/+ and D2L+/+ mice but improved motor function in D2R-/- and D2L-/- mice. These results show that the absence of post-synaptic D2 receptors discloses a motor promoting action of DOP receptor ligands, suggesting the existence of a D2/DOP receptor interaction both at the membrane and network level. Receptor signalling is typically accompanied by desensitization, a complex feedback regulatory process whereby receptor responsiveness decreases on continued agonist stimulation. Signaling of opioid receptors is regulated negatively by regulators of G protein signalling (RGS) proteins and in vitro studies provided evidence for a DOP receptor-specific effect of RGS4. Small molecule inhibitors of RGS-box-Gα interactions should serve to enhance G-protein signals and act as adjuvants or “potentiators” of GPCR agonists. Therefore, we tested the hypothesis that the coapplication of SNC-80 and CCG-203769, a small molecule inhibitor of RGS4, developed by R. Neubig at the University of Michigan, could potentiate the effects of SNC-80 on motor activity, both under physiological and parkinsonian conditions. We showed that the coapplication of sub-threshold doses of CCG-203769 disclosed a mild, but significant, effect of SNC-80 on motor activity in naïve mice. In addition, it synergized with SNC-80 in restoring motor activity in raclopride-treated, or 6-OHDA hemilesioned rats. These data show that RGS4 contribute to extinguish DOP-triggered motor responses, opening the way to the use of RGS4 inhibitors as adjuncts to DOP agonists in PD. Overall, the data provide evidence for an opposite role of DA transmission in the modulation of N/OFQergic and enkephalinergic opioid systems. Moreover, these results demonstrate that endogenous RGS4 exerts a regulatory role on DOP receptor signalling and that the inhibition of RGS4 might be beneficial in modulating DOP transmission in pathological conditions. Finally, this study proposes new possible targets to regulate motor activity, which may translate into new drugs useful in the treatment of PD and other brain disorders.

The aims of this study were to assess the ability of 16 gait indices to identify gait instability and recurrent fallers in persons with Parkinson’s disease (pwPD), regardless of age and gait speed, and to investigate their correlation with clinical and kinematic variables. The trunk acceleration patterns were acquired during the gait of 55 pwPD and 55 age-and-speed matched healthy subjects using an inertial measurement unit. We calculated the harmonic ratios (HR), percent recurrence, and percent determinism (RQAdet), coefficient of variation, normalized jerk score, and the largest Lyapunov exponent for each participant. A value of ≤1.50 for the HR in the antero-posterior direction discriminated between pwPD at Hoehn and Yahr (HY) stage 3 and healthy subjects with a 67% probability, between pwPD at HY 3 and pwPD at lower HY stages with a 73% probability, and it characterized recurrent fallers with a 77% probability. Additionally, HR in the antero-posterior direction was correlated with pelvic obliquity and rotation. RQAdet in the antero-posterior direction discriminated between pwPD and healthy subjects with 67% probability, regardless of the HY stage, and was correlated with stride duration and cadence. Therefore, HR and RQAdet in the antero-posterior direction can both be used as age- and-speed-independent markers of gait instability.