Littérature scientifique sur le sujet « Stimolazione termica »

La stimolazione termica è una tecnica esplorata negli ultimi anni in quanto promettente per il differenziamento cellulare. Studi precedenti hanno dimostrato che questo metodo può indurre il differenziamento di diverse tipologie cellulari, dalle staminali alle tumorali, probabilmente attraverso cambiamenti della capacità della membrana e delle proprietà biofisiche dei canali ionici. Tuttavia, i meccanismi che sostengono questo processo restano a oggi sconosciuti. Il presente progetto ha l’obiettivo di studiare gli effetti della stimolazione termica sul comportamento di un modello in vitro di neuroni dei gangli delle radici dorsali (DRG), la linea cellulare F-11, caratterizzata nel nostro laboratorio. Queste cellule possono esprimere canali ionici e recettori di membrana, caratteristici dei neuroni sensoriali, e possono essere impiegate come modello per studiare i meccanismi coinvolti nella proliferazione e nel differenziamento neuronale. Inizialmente, per valutare gli effetti della tecnica di riscaldamento sul modello cellulare scelto, abbiamo effettuato esperimenti di stimolazione “in bulk” utilizzando un incubatore. Le cellule sono state poste nell’incubatore ed esposte a temperature diverse per intervalli di tempo differenti, per due giorni consecutivi. Analisi morfologiche e funzionali sono state condotte a partire dalla semina fino a 8 giorni. I risultati hanno mostrato una differenza significativa nella lunghezza dei neuriti e nelle proprietà elettrofisiologiche (potenziale di membrana, densità di corrente di Na+ e K+, e frequenza della scarica dei potenziali d’azione) nei campioni mantenuti a 41,5°C per 30 minuti rispetto al controllo (mantenuto a 37°C). È stata inoltre condotta un’analisi dei segnali intracellulari di Ca2+ indotti da capsaicina, per verificare l’eventuale coinvolgimento dei canali TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) negli effetti indotti dal calore. I risultati hanno mostrato segnali intracellulari di Ca2+ maggiori nelle cellule riscaldate rispetto al controllo, suggerendo che l’esposizione al calore potrebbe influenzare l’espressione e/o le proprietà dei canali TRPV1, permeabili al Ca2+. Inoltre, il saggio della lattato-deidrogenasi (LDH) ha permesso di escludere effetti citotossici della metodica utilizzata sui campioni trattati. Considerando questi risultati, abbiamo studiato gli effetti di una stimolazione termica localizzata, ottenuta tramite l’irraggiamento di nanoparticelle Prussian Blue (PBNP) con un laser nel vicino infrarosso (NIR). Le PBNP sono state applicate sulla superficie esterna delle petri in cui sono state seminate le cellule, evitando in questo modo il contatto tra di esse e le cellule. Anche con questo approccio si sono registrate differenze significative nella lunghezza dei neuriti e nelle proprietà elettrofisiologiche, confermando l’induzione al differenziamento. Per verificare che l’effetto sulle proprietà cellulari potesse mantenersi nel tempo, ulteriori analisi delle proprietà morfologiche e funzionali sono state condotte a tempi successivi agli 8 giorni. I risultati hanno mostrato che le cellule F-11 possono mantenere un fenotipo differenziato anche a 12 giorni. Le tecniche di riscaldamento utilizzate in letteratura sono risultate efficaci per modificare l’eccitabilità dei neuroni e hanno effetti sulla morfologia, ma a oggi non sono stati ancora riportati gli effetti funzionali. Inoltre, le cellule primarie rappresentano un modello ideale per studiare i neuroni sensoriali, ma la loro disponibilità è limitata. L’uso di una linea immortalizzata ha permesso di effettuare uno studio funzionale degli effetti del riscaldamento, e i risultati ottenuti dimostrano che una stimolazione termica localizzata può essere un metodo promettente per indurre il differenziamento e supportano la possibile applicazione futura di questa tecnica come una nuova strategia per modificare il comportamento neuronale in vivo.
Heating represents a promising approach to induce neurite outgrowth and neuronal function recovery. In previous studies, protocols with different temperatures (from 38°C to 50°C) and durations (from milliseconds to several days) could induced differentiation of different cell types like Xenopus laevis oocytes, cultured mammalian cells, neurons, stem cells and cancer cells. This effect has been attributed to changes in cell membrane capacitance and in ion channel properties, but the underlying mechanism remains so far unknown. The present project was aimed to investigate the eventual modifications, induced by two approaches of thermal stimulation, on the behaviour of a model of dorsal root ganglion (DRG) neurons, the F-11 cell line, previously characterized in our laboratory. These cells could express ion channels and cell membrane receptors consistent with those of sensory neurons and could be employed as a good model to study neuronal proliferation and differentiation mechanisms. Initially, to test if heating could effectively induce differentiation of our cellular model, we performed experiments of bulk stimulation: cells were placed in an incubator at different time and temperature combinations for two consecutive days. Thus, morphological and functional analysis were performed to investigate neuronal differentiation until 8 days. Results showed a significant difference in neurite elongation and in electrophysiological properties (resting membrane potential, Na+ and K+ current density and action potential frequency) in samples maintained at 41,5°C for 30 minutes versus 37°C samples. An intracellular Ca2+ signal analysis evoked by Capsaicin was performed to verify the involvement of TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) channels in the effects of heating. Results showed that the Ca2+ signal was higher in heated cells compared to the control, suggesting that the treatment could increase the expression and/or the properties of TRPV1 channels, which are permeable to Ca2+. Moreover, we performed a lactate dehydrogenase activity (LDH) assay to verify if the treatment could induce cell stress and results showed that heat had no detrimental effects on F-11 cells. Considering these results, we investigated the effects of a scalable thermal stimulation method, established by irradiating Prussian Blue nanoparticles (PBNPs) with a near infrared laser. A disk of PBNPs-PVA was placed on the outer surface of the petri dish in which the cells were seeded, avoiding a direct contact between the material and the cells, and it was irradiated by a near infrared laser to increase culture medium temperature to 41,5°C. Neurite elongation was significantly increased in irradiated cells compared to non-irradiated control cells and significant differences were also observed during the functional analysis by patch-clamp technique. To verify if the effects on cellular properties could be maintained for a longer period, we performed a functional investigation also on heated and irradiated cells after 12 days in culture. Results showed that F-11 cells could maintain a differentiated phenotype also after 12 days in culture. The heating techniques used in literature could modify neuron excitability and had effects on cell morphology and staining, but the functional effects has not been reported so far. Moreover, primary cells represent an ideal model to study sensory neurons, but their availability is limited. The use of an immortalized cell line allowed to perform a functional study on the effects of heating, and the results demonstrated that a targeted thermal stimulation could be a promising approach to induce cell differentiation and support the future application of this method as a strategy to modify neuronal behaviour in vivo.

La stimolazione ventricolare dall’apice del ventricolo destro (RVA) a lungo termine altera la perfusione miocardica regionale e la cinesi segmentaria del ventricolo sinistro. Tale alterazione diventa più evidente con l’incremento della percentuale di stimolazione con consequenziale peggioramento della funzione ventricolare sinistra. La nostra analisi retrospettiva si pone lo scopo di valutare gli effetti a lungo termine dell’RVA pacing e della stimolazione settale (RVS) sulla funzione cardiaca in pazienti sottoposti ad impianto di PMK bicamerale per BAV completo e/o BAV di II grado sintomatico. MATERIALI E METODI 33 pazienti consecutivi sottoposti ad impianto di pacemaker bicamerale tra aprile 2007 e ottobre 2007 per BAV completo e/o di II grado sintomatico, con FE > 45% sono stati divisi in due gruppi: un gruppo RVA costituito da 20 pazienti con elettrocatetere ventricolare posizionato in apice del ventricolo destro e un gruppo RVS con 13 pazienti con elettrocatetere posizionato sul SIV. L’età media dei pazienti era 65 ± 6 anni, e il 52% erano uomini . I criteri di esclusione sono stati: FE < 40%; storia di malattia del nodo del seno, BSA, FAP, persistente e permanente; intervallo AV< 200 msec o % di stimolazione ventricolare < al 90%, al I controllo (ad 1 settimana) con ritardo AV stimolato a 200 msec; classe NYHA III-IV; pazienti con cardiopatie in atto (ischemica, ipertrofica, ipertensiva, ecc.). Tutti i pazienti selezionati sono stati sottoposti a follow up seriati post-impianto (1 settimana, 1 mese, 3 mesi, 6 mesi, 12 mesi). Ad ogni controllo sono stati valutati i seguenti parametri: valutazione anamnestica completa ( insorgenza di nuovi disturbi, numero di accessi al pronto soccorso, numero di ospedalizzazione e numero di giorni di ospedalizzazione); classe NYHA; durata ed asse del QRS, presenza di eventuali aritmie sopraventricolari e/o ventricolari (ECG); FE %, entità di rigurgito mitralico e tricuspidalico, spessori parietali, funzione diastolica, presenza di altre insufficienze valvolari (ecocardiogramma C/D); esecuzione controllo del PMK per via telemetrica, valutando i parametri di sensing e pacing, di impedenza degli elettrocateteri, la presenza di tachiaritmie sopraventricolari o ventricolari in memoria del dispositivo (EGM > 4 sec) e confermando la % di stimolazione ventricolare dell’90%. RISULTATI Al termine del follow-up, nel gruppo RVA si è registrato un’incidenza di aritmie atriali significativamente superiore rispetto al gruppo RVA. (60% vs. 23% nel gruppo RVA and gruppo RVS, rispettivamente; p=0,037). Inoltre si è documentata una differenza significativa della durata del QRS tra i due gruppi (151±15 msec nel gruppo RVA vs 130±15 msec nel RVS, p =0,034) e nei parametri ecocardiografici (rispetto ai dati ecocardiografici pre-impianto al controllo ecocardiografico al termine del follow-up si è documentata un’ ipertrofia ventricolare sinistra di nuova insorgenza nel 85% dei pazienti RVA vs 31% di quelli RVS, p=0,0015; e un peggioramento della funzione diastolica o dell’entità del rigurgito mitralico e tricuspidalico maggiore nei pazienti RVA,75% vs 23%, P= 0,003). Non è stata documentata nessuna differenza significativa tra i due gruppi riguardo alla frazione d’eiezione e al tasso di complicanze peri-procedurali o a lungo termine. CONCLUSIONI Lo studio conferma che la stimolazione permanente del ventricolo destro dal RVS è associata ad una migliore sincronizzazione elettrica, evidenziata da una < durata del QRS e da un asse del QRS normalizzato, rispetto alla stimolazione apicale destra. Il posizionamento dell’elettrocatetere sul setto interventricolare è inoltre una tecnica sicura e la sua semplicità di esecuzione consente di utilizzarla come procedura di routine. Ad un anno dall’impianto non si riscontrano sostanziali differenze tra i due diversi siti di stimolazione in termini di funzione sistolica ventricolare sinistra. La stimolazione settale preserva maggiormente la funzione diastolica ventricolare sinistra rispetto all’RVA pacing e ha mostrato, nel nostro studio, di prevenire meglio il rischio di tachiaritmie atriali rispetto alla stimolazione dall’apice del ventricolo destro.
Permanent right ventricle apical (RVA) pacing causes abnormal electrical activation of the ventricles which may be associated with alterations of regional myocardial perfusion and with a long term worsening of cardiac function. Aim of our study was to compare long term outcomes of patients with RV leads placed in the septal region versus the apex. METHODS Thirty-three consecutive patients who underwent dual chamber PMK implantation between April 2007 and December 2007 were retrospectively evaluated. Inclusion criteria were: second or third-degree symptomatic A-V block, EF > 40%, NYHA class I-II, no history of atrial arrhythmias and with a percentage of ventricular pacing > 90% at 1 week after implantation with an AV interval programmed at 200 msec. All patients were followed-up for 12 months and were divided in two group based on the RV lead location: There were 20 patients in the RVA group and 13 patients in the RVS group (n.13). Follow-up was scheduled at 1 week and 1,3 and every 3 months thereafter. At each visit a 12-lead ECG, an echocardiographic examination and pacemaker interrogation was performed RESULTS At the end of followup, patients in RVA group experienced a significantly higher atrial tachiarrhytmias occurrence as compared to RVS group (60% vs. 23% in group 1 and group 2, respectively; p=0,037). Moreover there were significant differences in QRS duration between the two groups (151±15 msec in RVA pacing group vs 130±15 msec in RVS group, p =0,034) and in echocardiography parameters (comparing new echo parameters with pre-implant control a new left ventricular hypertrophy was present in 85% of RVA pacing patients vs 31% of RVS ones, p=0,0015; and a worst diastolic function or mitralic and/or tricuspidalic regurgitation entity in RVA pacing patients,75% vs 23%, P= 0,003). No significative differences between the two groups were reported with regard to LVEF values and to the peri-procedural and long term complications’ rate CONCLUSION This study confirms safety and feasibility of ventricular septal pacing as a standard strategy for permanent ventricular pacing. RVS pacing compared to RVA is also associated with a more synchronous electrical activation of the ventricles, resulting in a preserved left ventricle diastolic function and wall thickness and might prevent atrial tachyarrhythmias episodes .

IL’utilizzo della luce per lo studio del cervello ha principalmente riguardato lo sviluppo di tecniche di imaging, la fotonica ed i suoi principi sono state utilizzate negli ultimi anni manipolare, stimolare e studiare l’attività di cellule cerebrali. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di passare in rassegna in modo critico i più recenti risultati ottenuti nella modulazione attivazione di attività di cellule neurali attraverso approcci e tecniche che prevedono l’utilizzo della luce. Le tecniche di stimolazione o modulazione mediante luce più importanti sono: l’optogenetica, l’uso di molecole fotosensibili e l’uso della radiazione infrarossa. L’optogenetica consiste nell’indurre modifiche genetiche in specifici neuroni tramite microiniezioni di vettori virali contenenti transgeni, i quali, una volta integrati nel genoma dei neuroni, andranno ad esprimere proteine fotosensibili. La tecnica che utilizza molecole fotoattive consiste principalmente nell’iniettare neurotrasmettitori legati a molecole che li rendono attivi solo sotto la stimolazione della luce. La radiazione infrarossa, che attraverso protocolli di stimolazione a differenti frequenze è in grado di indurre depolarizzazione o iperpolarizzazione neuronale, senza la necessità di modificare geneticamente o chimicamente le cellule, ma sfruttando il surriscaldamento transiente che avviene a livello della membrana cellulare Concludendo gli approcci descritti mostrano come la luce possa essere un metodo fisico innovativo non soltanto per l’imaging del cervello ma anche per la sua modulazione con elevata risoluzione spaziale e temporale, efficacia e versatilità e sicurezza. Tuttavia, l’assorbimento della luce puo’ causare effetti di fotodanneggiamento o modulazione incontrollata delle cellule. D’altra parte gli strumenti tecnologici che possano consentire di rilasciare la luce al cervello in modo controllato e guidato sono ancora limitati. In questo senso approcci ibridi di fotonica ed elettronica sono in fase di studio

Il lavoro di tesi si è focalizzato sullo studio dell’arousal come indice psicofisiologico di attivazione e sull’applicazione della metodica di stimolazione elettrica transcranica (tES) non invasiva con lo scopo di modulare tale indice. L’obiettivo è stato quello di indagare se, applicando la tES, fosse possibile migliorare la performance di soggetti giovani sani in compiti di tipo cognitivo. Il progetto di ricerca si è sviluppato in 2 studi principali per un totale di 4 esperimenti. Tali studi hanno previsto l’acquisizione e la successiva analisi sia di dati comportamentali (tempi di reazione, accuratezza), che di indici psicofisiologici (conduttanza cutanea, diametro pupillare). I risultati hanno evidenziato che è possibile modulare l’arousal con dei “bursts” di stimolazione elettrica transcranica, somministrati in concomitanza di stimoli salienti per il soggetto. Tale modulazione si è manifestata con una riduzione dei tempi di reazione ed un contemporaneo aumento della risposta di conduttanza cutanea. Questi dati supportano la possibilità di utilizzare questo protocollo in pazienti con difficoltà di attenzione o altri problemi cognitivi per aumentare l’efficacia di interventi di riabilitazione.
The thesis analyzed the role of the arousal as a psychophysiological index of activation, and the application of non-invasive transcranial electrical stimulation (tES) technique with the aim to modulate this index. In this work we investigated if the application of tES could increase the performance of healthy young subjects during cognitive tasks. The thesis is based on 2 main studies for a total of 4 experiments with the recording of behavioural (reaction times, accuracy) and psychophysiological (skin conductance, pupil diameter) indeces. The results showed that it is possible to modulate arousal with bursts of tES, administered during the presentation of salient stimuli for the subject. This modulation resulted in a reduction of reaction times and an increase of the skin conductance response. These data support the possibility to use this protocol of stimulation with patients with attentional and other cognitive deficits in a rehabilitative context.