Ο σακχαρώδης διαβήτης (ΣΔ) είναι ομάδα μεταβολικών διαταραχών που χαρακτηρίζονται από υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, είτε λόγω ανεπάρκειας παραγωγής ινσουλίνης είτε εξαιτίας της αντίστασης στην ινσουλίνη. Η επίπτωση του ΣΔ αυξάνει παγκοσμίως, αυξάνοντας και την ανησυχία για τις επιπλοκές της ασθένειας, όπως η νεφρική ανεπάρκεια, η τύφλωση και η αργή επούλωση τραυμάτων. Κοινός παρονομαστής σε αυτές τις επιπλοκές είναι η αυξημένη ή η ανεπαρκής αγγειογένεση. Οι αυξητικοί παράγοντες είναι μόρια‐κλειδιά και εμπλέκονται στις αγγειακές επιπτώσεις του ΣΔ. Η πλειοτροπίνη (pleiotrophin, PTN) είναι ένας εκκρινόμενος αυξητικός παράγοντας 18 kDa με υψηλή συγγένεια για την ηπαρίνη. Η PTN εκφράζεται σε πολλές καρκινικές σειρές και επηρεάζει πολλές διαδικασίες, όπως την επιβίωση και τη μετανάστευση κυττάρων, και την αγγειογένεση. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση υψηλών επιπέδων D‐ και L‐γλυκόζης στην έκκριση και στη δράση της PTN στη μετανάστευση των ανθρώπινων ενδοθηλιακών κυττάρων ομφάλιου λώρου (HUVEC). Τόσο η D‐ όσο και η L‐γλυκόζη μειώνουν την έκκριση της PTN in vitro, προτείνοντας ότι το φαινόμενο οφείλεται στην αυξημένη ωσμωτική πίεση. Αντίθετα, HUVEC που απομονώθηκαν από διαβητικό ασθενή εκκρίνουν μεγαλύτερα ποσά PTN συγκριτικά με κύτταρα από μη διαβητικό ασθενή. Παρόλο που το αποτέλεσμα αυτό πρέπει να επιβεβαιωθεί, εγείρει το ερώτημα της εγκυρότητας των αποτελεσμάτων από απλοποιημένα in vitro μοντέλα σε σχέση με το τι συμβαίνει σε διαβητικούς ασθενείς. Με μεθόδους όπως η δοκιμασία επούλωσης πληγών και το πείραμα χημειοτακτισμού Βoyden, διαπιστώθηκε ότι τα διαβητικά κύτταρα που εκτέθηκαν σε D‐γλυκόζη μεταναστεύουν γρηγορότερα σε σχέση με τα εκτεθειμένα σε L‐γλυκόζη κύτταρα, παρόλο που και στις δυο περιπτώσεις η μετανάστευση ήταν μειωμένη σε σχέση με αυτήν κυττάρων εκτεθειμένων σε φυσιολογικά επίπεδα γλυκόζης. Επιπλέον, τόσο η D‐ όσο και η L‐γλυκόζη αναστέλλουν πλήρως την επαγόμενη από PTN κυτταρική μετανάστευση, υποδηλώνοντας ότι η ώσμωση ίσως να παίζει κάποιο ρόλο. Οι θειαζολιδινεδιόνες είναι μια κατηγορία αγωνιστών του υποδοχέα PPARγ που μειώνουν την ινσουλινοαντίσταση σε διαβητικούς ασθενείς τύπου 2. Πρόσφατα έχει αναγνωριστεί ότι οι αγωνιστές του υποδοχέα PPARγ πιθανά εμπλέκονται σε μοριακούς μηχανισμούς που ρυθμίζουν την αγγειογένεση, είτε επηρεάζοντας την έκφραση αυξητικών παραγόντων, όπως ο αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας (VEGF), είτε αναστέλλοντας τις επαγωγικές δράσεις αυτών σε αγγειογενετικές λειτουργίες των ενδοθηλιακών κυττάρων. Στην παρούσα μελέτη, εξετάστηκε η επίδραση του αγωνιστή του υποδοχέα PPARγ ροζιγλιταζόνη (RSG), στην έκφραση και την έκκριση της PTN, καθώς και στην επαγωγική δράση της PTN στη μετανάστευση των κυττάρων HUVEC και στην παραγωγή δραστικών μορφών οξυγόνου (ROS). Η RSG ανέστειλλε την έκκριση της PTN στο υπερκείμενο κυττάρων HUVEC αλλά είχε ένα διφασικό αποτέλεσμα στα ενδοκυττάρια επίπεδά της, όπως και στη μεταγραφή του γονιδίου ptn, με τις μικρότερες συγκεντρώσεις να προκαλούν αύξηση και τις μεγαλύτερες μείωση στα επίπεδα της PTN. Η RSG μείωσε σημαντικά τα επίπεδα των ROS και τη μη διεγερμένη μετανάστευση των ενδοθηλιακών κυττάρων. Την ίδια ακριβώς δράση είχε και ο εκλεκτικός ανταγωνιστής του υποδοχέα PPARγ, GW9662, υποδεικνύοντας ότι αυτές οι δράσεις της RSG είναι ανεξάρτητες από τον PPARγ. Επιπλέον, τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι ο GW9662 πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή ως ανταγωνιστής του υποδοχέα PPARγ σε φαρμακολογικά πειράματα. Η RSG ανέστειλε πλήρως την επαγόμενη από ΡΤΝ παραγωγή ROS αλλά δεν είχε καμία επίδραση στην επαγόμενη από ΡΤΝ κυτταρική μετανάστευση, σε αντίθεση με την πλήρη αναστολή που προκάλεσε στην επαγόμενη από VEGF κυτταρική μετανάστευση. Συνολικά, τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας υποδηλώνουν ότι τα υψηλά επίπεδα γλυκόζης επηρεάζουν την έκφραση της PTN και την επαγόμενη από ΡΤΝ κυτταρική μετανάστευση in vitro, πιθανά μέσω της επίδρασης της αυξημένης ωσμωτικής πίεσης που ασκείται στα κύτταρα. Επιπλέον, παρόλο που η RSG φαίνεται να επηρεάζει την έκφραση και έκκριση της ΡΤΝ, την παραγωγή ενδογενών ROS και τη μετανάστευση των μη διεγερμένων κυττάρων HUVEC, δεν επηρεάζει την επαγόμενη από PTN μετανάστευση των HUVEC, υποδηλώνοντας ότι η ΡΤΝ δεν εμπλέκεται πιθανά στις αντιαγγειογενετικές της δράσεις. / Diabetes Mellitus (DM) is a group of metabolic disorders characterized by high blood sugar either because of inadequate insulin production or insulin resistance. The incidence of DM is rising globally, increasing the concern about the complications of the disease, such as renal failure, blindness and slow healing wounds. The common factor between them lies on either increased or inadequate angiogenesis. Growth factors are key molecules and are involved in the vascular effects of DM. Pleiotrophin (PTN) is an 18‐kDa secreted growth factor that has high affinity for heparin. PTN is expressed in various cancer cell lines and affects many different processes, such as cell growth, survival, migration and angiogenesis. In the present work we studied the influence of high D‐ and L‐glucose levels on the secretion or the effect on migration of PTN on human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). Both D‐ and L‐glucose reduced PTN secretion in vitro, suggesting that this effect was due to high osmotic pressure. In contrast, HUVEC isolated from diabetic patient secreted increased amounts of PTN compared with cells from non diabetic donors. Although this effect needs to be verified, it raises the question οf the validity of the results from in vitro simplified models translated into what is happening in diabetic patients. In wound‐healing and boyden assays, D‐glucose‐treated cells migrated faster than L‐glucose‐treated cells, although in both cases, migration was inhibited compared to cells treated with normal glucose levels. PTN‐induced cell migration was inhibited in the presence of either D‐ or L‐glucose, suggesting that osmotic pressure may be responsible. Thiazolidinediones are a class of peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ) agonists that reduce insulin resistance in type 2 diabetic patients. In recent years, there has been increasing appreciation of the fact that PPARγ agonists might be involved in the molecular mechanisms that regulate angiogenesis, by either affecting the expression levels of growth factors, such as vascular endothelial growth factor, or by inhibiting the stimulatory activities of growth factors on endothelial cell proliferation, survival, or migration. In the present study, we examined the effect of the PPARγ agonist rosiglitazone (RSG) on the expression and secretion of PTN, as well as on the stimulatory effect of PTN in human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) migration and reactive oxygen species (ROS) production. RSG inhibited secretion of PTN into the cell culture medium of HUVEC but had a biphasic effect on the intracellular levels of PTN, as well as on ptn gene transcription, with the lowest concentrations causing increase and the highest concentrations causing a decrease in PTN amounts. RSG significantly decreased endogenous levels of ROS, as well as unstimulated endothelial cell migration. The selective antagonist of PPARγ, GW9662, also inhibited both HUVEC migration and ROS production to a similar degree compared with RSG, suggesting that these effects of RSG are PPARγ‐independent. These data also suggest that GW9662 should be treated cautiously as a PPARγ antagonist. Although RSG completely inhibited PTN‐induced production of ROS, it did not affect PTN‐induced HUVEC migration, in contrast to its effect on VEGF‐induced endothelial cell migration. Collectively, the data from the present study suggest that high glucose levels affect PTN expression and effect on migration, possibly due to high osmotic pressure, although this needs to be further examined. RSG affects PTN expression, endogenous ROS levels and migration of unstimulated HUVEC; however, it did not affect PTN‐induced HUVEC migration, suggesting that the signaling pathways activated by PTN may not be involved in its anti‐angiogenic effects.

Το πρόβλημα της ρύπανσης του εδάφους και του υδροφόρου ορίζοντα έχει πάρει ανησυχητικές διαστάσεις τις τελευταίες δεκαετίες. Η βιομηχανική ανάπτυξη πέρα απο τις θετικές συνέπειες που έχει για την ζωή των ανθρώπων, έχει δυστυχώς επιφέρει προβλήματα ρύπανσης του υπεδάφους και του υδροφόρου ορίζοντα με επικίνδυνες οργανικές ενώσεις. Η αλόγιστη και ανεύθυνη διαχείριση και διάθεση των αποβλήτων έχει αρνητικές και συχνά μη αντιστρεπτές συνέπειες για το οικοσύστημα και την δημόσια υγεία. Ανάμεσα στις μεθόδους για την αντιμετώπιση του προβλήματος της ρύπανσης του εδάφους και των υπογείων υδάτων, οι βιολογικές μέθοδοι κερδίζουν ολοένα έδαφος λόγω του χαμηλού κόστους, της αποτελεσματικότητας και του ελάχιστου αριθμού παραπροϊόντων. Οι βιολογικές μέθοδοι αποσκοπούν στην αποκατάσταση των εδαφών με την χρήση γηγενών μικροοργανισμών του εδάφους. Η κινητική ανάπτυξης των μικροοργανισμών στο έδαφος διαφέρει σημαντικά από την κινητική ανάπτυξης όταν οι μικροοργανισμοί αιωρούνται σε καλά αναδευόμενα περιβάλλοντα. Η συγκεκριμένη εργασία έχει σαν στόχο να μελετηθεί η κινητική ανάπτυξης ενός γηγενούς βακτηριακού πληθυσμού, του Pseudomonas fluorescens κατά την βιοαποδόμηση της φαινόλης σε κατάλληλη πειραματική διάταξη, χρησιμοποιώντας ως πρότυπο πορώδες μέσο πυριτική άμμο (SiO2) η οποία αποτελεί ένα από τα βασικότερα συστατικά του εδάφους. Η φαινόλη είναι μία αρωματική ένωση η οποία χρησιμοποιείται συχνά στην βιομηχανία για την παρασκευή χρωμάτων, πλαστικών και φαρμάκων. Εξαιτίας της ευρείας χρήσης της, συναντάται συχνά στο έδαφος και τον υδροφόρο ορίζοντα. Για τον σκοπό αυτό έγιναν αρχικά πειράματα σε διαφορικές κλίνες άμμου με πηγή άνθρακα την γλυκόζη έτσι ώστε να αναπτυχθεί η κατάλληλη πειραματική διάταξη και διαδικασία για την περαιτέρω μελέτη της κινητικής ανάπτυξης του μικροοργανισμού Pseudomonas fluorescens. Στην συνέχεια μελετήθηκε η κινητική ανάπτυξης του μικροοργανισμού χρησιμοποιώντας ως πηγή άνθρακα την φαινόλη σε κλίνες άμμου. Παράλληλα έγιναν και πειράματα διαλείποντος έργου για την μελέτη της κινητικής ανάπτυξης του συγκεκριμένου μικροοργανισμού σε υγρές καλλιέργειες με θρεπτικό υπόστρωμα τόσο την γλυκόζη όσο και την φαινόλη. Σκοπός των πειραμάτων αυτών ήταν ο προσδιορισμός των κινητικών παραμέτρων. Τέλος αναπτύχθηκε κατάλληλο θεωρητικό μοντέλο για την προσομοίωση της κινητικής ανάπτυξης ενός βακτηριακού πληθυσμού στην μικροσκοπική κλίμακα. Απώτερος στόχος του θεωρητικού μοντέλου σε συνδυασμό με τα πειραματικά αποτελέσματα είναι να γίνει αποσαφήνιση των μηχανισμών αποδόμησης τοξικών ρύπων στην μικροσκοπική κλίμακα απο γηγενή βακτήρια και να αναπτυχθούν απλά κριτήρια για την πρόβλεψη και τον σχεδιασμό αποτελεσματικών μεθόδων αντιμετώπισης περιπτώσεων ρύπανσης του υπεδάφους και του υδροφόρου ορίζοντα. / The problem of soil and groundwater contamination has been increasing in the last few decades. Industrial growth is usually accompanied by pollution of groundwater with hazardous organic compounds. Irresponsible disposal of organic compounds into the soil has serious adverse consequences for the ecosystem and public health. Among methods that have been proposed for remediation of contaminated soils, biological methods using microorganisms which are indigenous in soil, are preferable because of their low cost, effectiveness and the low production of byproducts. Growth kinetics of microorganisms in soil differs significantly from growth kinetics of microorganisms suspended in a well-mixed stirred tank reactor. The aim of the present work was the experimental study of growth kinetics of a soilindigenous strain of the bacterium Pseudomonas fluorescens in sand packs (model soil) during the biodegradation of phenol. Phenol is an aromatic organic compound, which is widely used in industry, e.g. in paints, plastics, pharmaceuticals and many other products. Due to its extensive use, phenol is a common pollutant, especially in soil and groundwater. Experiments were initially conducted in sand packs, using glucose as a carbon source. The purpose of these experiments was the setup and test of the experimental procedure. Further experiments of growth kinetics in sand packs were conducted using phenol as a carbon source. In order to determine the growth kinetic parameters of Pseudomonas fluorescens for glucose and phenol biodegradation, batch experiments in liquid cultures were conducted. Finally, a hybrid simulator was developed for the theoretical investigation of growth kinetics of a bacterial population consisted a biofilm in microscale. The further aim of the theoretical simulator combined with the experimental results, was the elucidation of biodegradation mechanisms of toxic compounds by soil-indigenous bacteria in microscale, in order simple criteria for the prediction and remediation of polluted soils and groundwater to be developed.

- / -

Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζεται η εξομοίωση της μεθόδου για την μη επεμβατική μέτρηση της γλυκόζης στο αίμα. Η καρδιά της μεθόδου είναι ο μικροεπεξεργαστής της Texas Instruments Msp430f169, τον οποίο και προγραμματίσαμε σε γλώσσα C. Η φυσική αρχή λειτουργίας που στηριχθήκαμε είναι ο νόμος απορρόφησης του φωτός του Beer - Lambert. Το αναλογικό σήμα το μετατρέψαμε σε ψηφιακό με τη χρήση του ADC12 μετατροπέα, το οποίο είναι περιφερειακό στοιχείο του μικροεπεξεργαστή. / This thesis presents the simulation method for non-invasive measurement of blood glucose. The heart of this method is its microprocessor, Texas Instruments Msp430f169, which was programmed in language C. The physical principle of operation supported is the law of light absorption of the Beer - Lambert. The analog signal is converted to digital, using the ADC12 converter, which is a regional component of the microprocessor.

Σκοπός της μελέτης ήταν: (1) να προσδιοριστεί η συχνότητα της διαταραχής ανοχής στη γλυκόζη (IGT) και του σακχαρώδη διαβήτη τύπου II (ΣΔII) σε παχύσαρκα παιδιά και εφήβους στην Ελλάδα και (2) να καθοριστεί εάν οι συγκεντρώσεις γλυκόζης και ινσουλίνης νηστείας μπορούν να προβλέψουν τη διαταραχή ανοχής στη γλυκόζη (IGT)) στα παιδιά αυτά σε σχέση με τα επίπεδα της λεπτίνης, της γκρελίνης, της αδιπονεκτίνης και της σωματομεδίνης, και την έκκριση της αυξητικής ορμόνης (GH) και της θυρεοειδοτρόπου ορμόνης (TSH) κατά τη διάρκεια του 24ωρου μαζί με την ημερήσια έκκριση της κορτιζόλης. Έγινε καμπύλη σακχάρου (OGTT) μαζί με επίπεδα ινσουλίνης σε 117 παχύσαρκα παιδιά και εφήβους 12,1  2,7 ετών και μελετήθηκαν τα επίπεδα της λεπτίνης, της γκρελίνης, της αδιπονεκτίνης και της σωματομεδίνης (IGF-I) κατά τη δοκιμασία ανοχής στη γλυκόζη (OGTT). Επίσης, μελετήθηκαν τα επίπεδα της 24ωρης έκκρισης της GH και της TSH και της ημερήσιας έκκρισης της κορτιζόλης. Χρησιμοποιήθηκαν οι δείκτες HOMA-IR και ο ινσουλινογόνος δείκτης για την εκτίμηση της αντίστασης της ινσουλίνης και της λειτουργίας των β κυττάρων, αντίστοιχα. 17 ασθενείς (14,5%) είχαν IGT και σε κανένα δε διαγνώστηκε ΣΔII. Τα ποσοστά IGT και ΣΔΙΙ ήταν χαμηλότερα από αυτά μιας πολυεθνικής Αμερικανικής μελέτης. Η διαφορά εντοπίστηκε κυρίως στα προεφηβικά παιδιά (9% έναντι 25,4%), ενώ δεν παρατηρήθηκε διαφορά στους εφήβους (18% έναντι 21%). Ωστόσο, τα ποσοστά IGT ήταν υψηλότερα από αυτά που βρέθηκαν σε άλλες μελέτες από την Ευρώπη. Η γλυκόζη νηστείας, η ινσουλίνη και ο δείκτης HOMA-IR δεν προέβλεψαν την εμφάνιση IGT, όμως, η απόλυτη τιμή της ινσουλίνης στις 2 ώρες της OGTT και ο δείκτης AUCG προέβλεψαν την εμφάνιση IGT. Τα επίπεδα λεπτίνης και γκρελίνης ήταν υψηλότερα στα κορίτσια. Υπήρχε συσχετισμός μεταξύ BMI και λεπτίνης νηστείας, BMI και αδιπονεκτίνης, σωματομεδίνης (IGF-I) και λεπτίνης νηστείας, ενώ δεν υπήρχε καμιά συσχέτιση με τα επίπεδα της κορτιζόλης ή με τα 24ωρα επίπεδα της αυξητικής ορμόνης και της θυρεοειδοτρόπου ορμόνης. Συμπερασματικά, η OGTT φαίνεται να έχει τη δυνατότητα να προβλέψει την IGT, ενώ οι τιμές γλυκόζης και ινσουλίνης νηστείας και οι τιμές του δείκτη HOMA-IR, αν και υψηλότερες στους ασθενείς με IGT και ενδεικτικές για αντίσταση στην ινσουλίνη, δεν μπορούν να προβλέψουν την IGT. / The aims of the present study were: (1) to determine the prevalence of impaired glucose tolerance (IGT) and diabetes mellitus II (DMII) in obese children and adolescents of Greek origin and (2) to study the concentrations of leptin, ghrelin, adiponectin and IGF-I during an oral glucose tolerance test as well as the 24-hour concentrations of growth hormone (GH) and thyrotropin secreting hormone (TSH), and the diurnal secretion of cortisol in these children. A total of 117 obese children and adolescents aged 12.1  2.7 years underwent an oral glucose tolerance test (OGTT) and the concentrations of leptin, ghrelin, adiponectin and IGF-I were studied during the duration of the OGTT in relation to the 24-hour secretion of GH and TSH and the diurnal secretion of cortisol. For the estimation of insulin resistance and beta cell function the homeostatic model assessment (HOMA-IR) and the insulinogenic index, respectively, were used. A total of 17 patients (14.5%) had IGT and none had DMII. The overall prevalence rates of both IGT and DMII observed in the obese children and adolescents were lower than those reported in a recent multiethnic US study. Nevertheless, the difference between the data of this study and those of the US study was mostly due to the prepubertal children (9% vs. 25.4%), while no difference was observed in the pubertal population (18% vs. 21%). The prevalence rates of IGT in this study though, were greater than those reported in other European studies. Fasting glucose, insulin and HOMA-IR values were not predictive of IGT. The absolute value of insulin at 2h of the OGTT combined with the time-integrated glycemia (AUCG) strongly predicted IGT, whereas higher area under the curve for insulin (AUCI) values were found to be protective. Leptin and ghrelin concentrations were higher in the females. There was a correlation found between BMI and fasting leptin, BMI and adiponectin, IGF-I and fasting leptin although there was no correlation found with the GH, TSH or cortisol concentrations. In conclusion, the OGTT seems to be capable of predicting IGT whereas the fasting glucose and insulin concentrations are unable to predict glucose intolerance since HOMA-IR values, although higher in IGT subjects and indicative of insulin resistance, cannot accurately predict IGT.