Oι ιντεγκρίνες είναι κυτταρικοί υποδοχείς, οι οποίοι αλληλεπιδρούν με την εξωκυττάρια ύλη. Μέχρι σήμερα έχουν ανακαλυφθεί 18α και 8β υπομονάδες συνδυασμός των οποίων δημιουργεί 24 διαφορετικές ιντεγκρίνες . Ο ρόλος τους είναι η σύνδεση της εξωκυττάριας με την ενδοκυττάρια ύλη, καθώς ενεργοποιούν ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια που εμπλέκονται στην επιβίωση, μετανάστευση, πολλαπλασιασμό και απόπτωση των κυττάρων, λειτουργίες ζωτικής σημασίας για τον οργανισμό. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η α4β1 ή VLA-4 ιντεγκρίνη, η οποία αποτελείται από μία α4 (155 kDa) και μία β1 (150 kDa) υπομονάδα. Εκφράζεται στα κύτταρα του μυελού των οστών εκτός από τα ουδετερόφιλα και έχει δύο κύριους φυσικούς προσδέτες, το αγγειακό μόριο κυτταρικής προσκόλλησης-1 (VCAM-1) και την φιμπρονεκτίνη. Ο ρόλος της α4β1 ιντεγκρίνης είναι ζωτικός στις φλεγμονώδεις διαταραχές ενώ φαίνεται να εμπλέκεται και στην αγγειογένεση. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων α4β1 κυκλικών πεπτιδικών προσδετών και η μελέτη της δράσης αυτών ως αναστολείς της φλεγμονής και της αγγειογένεσης. Τα συντεθέμενα ανάλογα έχουν μία βασική κυκλική δομή, ενώ τροποποιήσεις έχουν πραγματοποιηθεί τόσο στην Ν-τελική όσο και στην C-τελική αλληλουχία. Η σύνθεση των αναλόγων πραγματοποιήθηκε με την Fmoc/But μεθοδολογία επί στερεάς φάσεως, χρησιμοποιώντας ως στερεό υπόστρωμα τις ρητίνες 2-χλωροτρίτυλο και την Rink Amide MBHA, για την παραλαβή C-τελικού καρβοξυλίου ή αμιδίου αντίστοιχα. Η βασική κυκλική δομή επιτεύχθηκε μέσω σχηματισμού δισουλφιδικής γέγυρας χρησιμοποιώντας ως οξειδωτικό μέσο διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO) είτε σε υγρή, είτε σε στερεά φάση. Στην παρούσα φάση, πραγματοποιείται μελέτη των συντεθέντων αναλόγων in vivo στη χοριοαλλαντοϊκή μεμβράνη του εμβρύου όρνιθας (CAM) ως αναστολείς της αγγειογένεσης, ενώ βιολογικά πειράματα θα διεξαχθούν για την πιθανή χρήση αυτών ως αντιφλεγμονώδεις παράγοντες. Επιπρόσθετα, μελετάται η διαμόρφωση των παραπάνω πεπτιδικών αναλόγων, μέσω τεχνικών NMR φασματοσκοπίας και μοριακής μοντελοποίησης. / Integrins are cell surface receptors, which interact with the extracellular matrix. They are heterodimers consisting of α and β subunits. Until now, 18 α subunits and 8 β subunits have been discovered that form 24 different integrins. Their role is the connection of the extracellular matrix with the intracellular cytoskeleton, as they activate intracellular signaling pathways regulating the migration, proliferation, survival and apoptosis of the cells, functions of vital importance for the organism. An integrin with particular interest is α4β1 or VLA-4 integrin, which consists of a α4 (155 kDa) and a β1 (150 kDa) subunit. It is expressed on bone marrow derived cells, except on neutrophils, and has two main natural ligands, fibronectin and vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1). The role of α4β1 is vital for the inflammation process, while it also seems to participate in tumor angiogenesis. The aim of this research is the development of α4β1 cyclic peptide antagonists and their study as inflammation and tumor angiogenesis inhibitors. The above analogues have a basic cyclic peptide structure, while modifications have been achieved at the N-terminus and C-terminus sequences. The analogues were synthesised by Fmoc/But solid phase methodology utilizing Rink Amide MBHA and 2-chlorotrityl-chloride resin to provide C-terminal amide and carboxylic acid, respectively. The basic cyclic unit of the above analogues was achieved through the formation of a disulfide bridge, using as oxidant dimethylsulfoxide (DMSO), in either solution or solid phase methodology. At present, the above analogues are tested in vivo in chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) model as anti-angiogenic agents, while biological experiments will be performed for their potential use as anti-inflammatory agents. Furthermore, the conformation of the above peptide analogues is studied in solution environment, by NMR spectroscopy techniques and molecular modeling.

Σα αρνητικά και θετικά κατά Gram βακτήρια E. coli και S. αureus αντίστοιχα αναγνωρίζονται και δεσμεύονται στην επιφάνεια των αιμοκυττάρων της C. capitata. Η πρόσδεση των βακτηρίων ενεργοποιεί τόσο τις β1 ιντεγκρίνες, όσο και σηματοδοτικά μονοπάτια που περιλαμβάνουν τα μόρια μεταγωγής σήματος Ras, Raf, MEK, ERK, FAK, Src, και GRB2. Οι παραπάνω ενεργοποιήσεις, σε συνδυασμό με τη συμμετοχή του κυτταροσκελετού της ακτίνης και της τουμπουλίνης, καταλήγουν στην επαγωγή της έκκρισης μορίων απαραίτητων για την κυτταροφαγία των βακτηρίων που είναι και το τελικό αποτέλεσμα των παραπάνω διαδικασιών. Σα συνθετικά πολυμερή σφαιρίδια, αλλά και πιθανόν και άλλοι αβιοτικοί παράγοντες, παρότι δεν έχουν καμία προηγούμενη εξελικτική σχέση με τα αιμοκύτταρα, ως σύγχρονο προϊόν της ανθρώπινης γνώσης, αναγνωρίζονται και δεσμεύονται στην επιφάνεια των αιμοκυττάρων από άγνωστους μέχρις στιγμής υποδοχείς. Η κυτταροφαγία τους προωθείται μέσω ενεργοποίησης σηματοδοτικών μονοπατιών που περιλαμβάνουν την ενεργοποίηση των μορίων FAK, Src και MAP κινασών καθώς και με τη συμμετοχή του κυτταροσκελετού της ακτίνης και της τουμπουλίνης. Ο LPS αναγνωρίζεται και δεσμεύεται στην επιφάνεια των αιμοκυττάρων, ενεργοποιεί άγνωστους μέχρις στιγμής υποδοχείς και διαμέσου σηματοδοτικών μονοπατιών που περιλαμβάνουν τις Ras, ενεργοποιεί τις MAP κινάσες και το σύστημα της έκκρισης. Αν και ενεργοποιεί και τις τρεις MAP κινάσες, μόνο η ERK και η p38 απαιτούνται τόσο στη διαδικασία της έκκρισης, όσο και στη διαδικασία της ενδοκυττάρωσής του. Η FAK, αν και ενεργοποιείται από τον LPS, δεν εμπλέκεται στην διαδικασία της ενδοκυττάρωσής του. Σα παραπάνω δείχνουν ότι τα αιμοκύτταρα έχουν αναπτύξει διακριτούς μηχανισμούς για την κυτταροφαγία των παθογόνων, των μικρομορίων και των αβιοτικών παραγόντων, γεγονός που δείχνει την ικανότητα εξέλιξης των εντόμων έτσι ώστε να καλύπτουν τις ανάγκες της επιβίωσή τους. / Gram negative and Gram positive bacteria, E. coli and S. αureus respectively, are recognized and they are bound on the C. capitata hemocyte surface. After binding, they activate β1 integrins and intracellular signalling pathways, involving the kinases Ras, Raf, MEK, ERK, FAK, Src, and GRB2. This signal transduction, with the participation of the cytoskeleton of actin and tuboulin filaments, leads to a regulated secretion, that is a prerequisite for phagocytosis. Latex beads and probably other abiotic factors, despite having no previous evolutionary relation to the hemocytes, being a new product of human knowledge, are recognized and they are bound on the hemocyte surface, by hitherto unknown receptors. They activate intracellular signalling pathways that involves FAK, Src and MAP kinases and they promote, with the participation of actin and tuboulin cytoskeleton, their phagocytosis. LPS is recognized and bound on the hemocyte surface and activates so far unknown receptors and through unknown intracellular signalling pathways involving Ras, activates the MAP kinases and the regulated secretion. Although it activates all three MAPKs, only the ΕRΚ and p38 are required not only for the secretion, but also for its internalization. Although FAK is activated by LPS, it does not get involved in the process of its internalization. All of the above mentioned results indicate that the hemocytes have developed distinct mechanisms for phagocytosis of pathogens, micromolecules and abiotic factors, a fact that underlines insects evolutionary adaptations, so that they can survive.

Το οστό αποτελεί ένα ιδανικό περιβάλλον για μετάσταση, καθώς η συνεχής και δυναμική ανάπλασή του παρέχει μια γόνιμη βάση για την παλιννόστηση και τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων. Ο μεταβολισμός του οστού αποτελείται από το στάδιο της απορρόφησης (bone resorption), το στάδιο του σχηματισμού (bone formation) και το στάδιο της ηρεμίας. Το 65-75% των γυναικών με καρκίνο του μαστού εμφανίζουν οστικές μεταστάσεις, καθώς τα καρκινικά κύτταρα του μαστού εμφανίζουν αυξημένο οστεοτροπισμό. Τα καρκινικά κύτταρα του μαστού όταν μεταναστεύουν στο οστό εκκρίνουν διάφορους αυξητικούς παράγοντες και κυτταροκίνες, οι οποίοι μέσω των οστεοβλαστών, υπερενεργοποιούν τους οστεοκλάστες με αποτέλεσμα την διατάραξη της φυσιολογικής ομοιοστασίας του οστού. Η αυξημένη οστεολυτική δραστηριότητα έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση αυξητικών παραγόντων που βρίσκονται εγκλωβισμένοι στο οστό, οι οποίοι συμβάλλουν στην επιβίωση και τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων στο περιβάλλον του οστού. Έτσι εγκαθιδρύεται ένας ‘φαύλος κύκλος’ μεταξύ την ενεργοποίησης των οστεοκλαστών και την ανάπτυξης του όγκου στο περιβάλλον του οστού. Η οστική νόσος στον καρκίνο έχει σημαντικές κλινικές εκδηλώσεις που επηρεάζουν την ποιότητα ζωής του ασθενή. Αυτές περιλαμβάνουν πόνο στον σκελετό, εξασθένηση της κινητικότητας, υπερασβεστιαιμία, συχνά κατάγματα, συμπίεση των νευρικών ριζών και του νωτιαίου μυελού, καθώς και διαταραχές αιμοποίησης. Για την αντιμετώπιση των εκδηλώσεων της οστικής νόσου και γενικότερα των ασθενειών με αυξημένη οστεοκλαστική δραστηριότητα έχει εγκριθεί από τον FDA η χορήγηση διφωσφονικών. Τα διφωσφονικά είναι συνθετικά ανάλογα του πυροφωσφορικού (PPi), όπου οι δύο φωσφονικές ομάδες ενώνονται μέσω φωσφοαιθερικού δεσμού με ένα κεντρικό άτομο άνθρακα (P–C–P) στο οποίο είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένες δύο πλευρικές αλυσίδες. Χωρίζονται σε δύο κατηγορίες τα αμινο-διφωσφονικά και τα μη αμινο-διφωσφονικά με διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης. Το ζολενδρονικό ανήκει στην κατηγορία των αμινο-διφωσφονικών και δρα αναστέλλοντας την συνθάση του πυροφωσφορικού φαρνεσυλίου (FPP) στο μονοπάτι του μεβαλονικού. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αναστολή της σύνθεσης των ισοπρενοϊδών λιπδίων FPP και πυροφωσφορικό γερανυλγερανύλιο (GGPP). Τα FPP και GGPP είναι απαραίτητα για την πρενυλίωση δηλαδή την λιπιδική τροποποίηση των μικρών GTPασων. Η πρενυλίωση είναι απαραίτητη για την «αγκυροβόληση» τους στην κυτταροπλασματική πλευρά τις κυτταρικής μεμβράνης 274 και ως εκ τούτου στην λειτουργία των σηματοδοτικών αυτών πρωτεϊνών που είναι επίσης απαραίτητη για την λειτουργία των οστεοκλαστών. Αρχικός σκοπός της διατριβής ήταν να εξετάσει την επίδραση του ζολενδρονικού σε βασικές ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων, όπως είναι ο ανεξέλεγκτος πολλαπλασιασμός και η διήθηση σε γειτονικούς ιστούς. Για τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιήθηκαν δύο καρκινικές επιθηλιακές κυτταρικές σειρές από ανθρώπινο μαστό, με διαφορετική μεταστατική ικανότητα και διαφορετική έκφραση οιστρογοϋποδοχέων. Οι πειραματικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε θρεπτικό υλικό παρουσία ορού, ώστε να υπάρχει διέγερση των κυττάρων από μίγμα αυξητικών παραγόντων που υπάρχει στον ορό, έδειξαν ότι το ζολενδρονικό ανέστειλε στατιστικώς σημαντικά των κυτταρικό πολλαπλασιασμό και των δύο κυτταρικών σειρών. Επίσης αξιοσημείωτο είναι ότι το ζολενδρονικό ανέστειλε σε σημαντικό βαθμό την διήθηση και των δύο καρκινικών σειρών είτε χρησιμοποιήθηκε ως χημειοτακτικό ορός είτε εθισμένο υλικό καλλιέργειας από ινοβλάστες μαστού. Για την περαιτέρω μελέτη της ανασταλτικής δράσης του ζολενδρονικού στην διηθητική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων, μελετήθηκε η δράση του σε βασικές διεργασίες των καρκινικών κυττάρων που συμβάλλουν στην διηθητική τους ικανότητα, την ικανότητα προσκόλλησης τους στον ECM και την κινητικότητά τους. Η επώαση των καρκινικών κυττάρων με ζολενδρονικό είχε ως αποτέλεσμα την σημαντική αναστολή της ικανότητας προσκόλλησης τους σε όλα τα συστατικά του ECM για την MDA-MB-231 σειρά, ενώ για την MCF-7 παρατηρήθηκε αναστολή της προσκόλλησης σε όλα τα συστατικά του ECM με μόνη διαφορά ότι η αναστολή αυτή δεν ήταν στατιστικώς σημαντική για τα κολλαγόνα τύπου Ι και IV. Η μελέτη της κινητικότητας των καρκινικών κυττάρων μελετήθηκε με δύο τρόπους, έτσι ώστε να έχουμε μια πιο ξεκάθαρη εικόνα για την δράση του ζολενδρονικού. Και από τις δύο πειραματικές τεχνικές παρατηρήθηκε ότι η κυτταρική κινητικότητα αναστέλλεται σημαντικά υπό την επίδραση του ζολενδρονικού για τα MDA-MB-231 κύτταρα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η ανασταλτική δράση του ζολενδρονικού στην κυτταρική κινητικότητα παρατηρήθηκε και στην συγκέντρωση των 3μΜ. Ο εξωκυττάριος χώρος δεν είναι ένα απλό υποστηρικτικό σύστημα μορίων του συνδετικού ιστού, αλλά αποτελεί μια δομική μονάδα η οποία λαμβάνει μέρος σε φυσιολογικές αλλά και παθολογικές διεργασίες. Η σημαντικότητα της δομής και Περίληψη 275 λειτουργικότητας των μορίων του εξωκυττάριου χώρου στις παθοφυσιολογικές διαδικασίες τον καθιστούν ως ένα από τα σημαντικότερα προς μελέτη πεδία. Είναι ευρέως γνωστό ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ καρκινικών κυττάρων και των συστατικών του εξωκυττάριου χώρου, εκτός από την επαγωγή του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, είναι σημαντικές για την πρόοδο του καρκίνου, την αγγειογέννεση και τη μετάσταση. Με βάση τη σύγχρονη βιβλιογραφία, αλλά και την μακροχρόνια εμπειρία και το δημοσιευμένο έργο του εργαστηρίου μας, είναι γνωστό ότι αλλαγές στην έκφραση τριών ο σημαντικών κατηγοριών μορίων του εξωκυττάριου χώρου, των PGs των MMPs και των ιντεγκρινών, μπορεί να έχουν σημαντικές συνέπειες στην ανάπτυξη και την πρόοδο του καρκίνου του μαστού. Για το σκοπό αυτό έγινε εκτενής μελέτη στο επίπεδο της δράσης του ζολενδρονικού στις κατηγορίες αυτών των μορίων. Η χορήγηση του ζολενδρονικού στα κύτταρα είχε ως αποτέλεσμα την αναστολή της έκφρασης, ενός σημαντικού για την οστική μετάσταση μορίου, της συνδεκάνης-1 τόσο σε γονιδιακό όσο και σε πρωτεϊνικό επίπεδο και στις δύο καρκινικές σειρές. Επίσης ανέστειλε την γονιδιακή έκφραση της συνδεκάνης -2 στην MCF-7 και MDAMB- 231 παρατηρήθηκε μια τάση αναστολής της. Για την συνδεκάνη-4 δεν επηρέασε την γονιδιακή της έκφραση στην MDA-MB-231, ενώ στην MCF-7 την ανέστειλε. 6στόσο σε πρωτεϊνικό επίπεδο αύξησε την έκφραση της και στις δύο καρκινικές σειρές, γεγονός που υποδεικνύει πως καταστέλλει τον μηχανισμό αποικοδόμησής της. Βάσει πρόσφατων μελετών η αύξηση της έκφρασης της συνδεκάνης-4 έχει ως αποτέλεσμα την καταστολή της κινητικότητας των κυττάρων, γεγονός που εξηγεί την παρατηρούμενη από το ζολενδρονικό μείωση στην κινητικότητα των κυττάρων. Η μελέτη της δράσης του ζολενδρονικού στην έκφραση των MMPs και των TIMPs έδωσε σημαντικά στοιχεία για την παρατηρούμενη αναστολή της διηθητικής ικανότητας των καρκινικών κυττάρων, καθώς η έκφραση της των MMPs που μελετήθηκαν και στις δύο καρκινικές σειρές μειώθηκε σημαντικά, ενώ η έκφραση των TIMPs αυξήθηκε σημαντικά. Όσον αφορά τις ιντεγκρίνες, των οποίων ο ρόλος στην κυτταρική προσκόλληση είναι γνωστός, στα κύτταρα MDA-MB-231 το ζολενδρονικό προκάλεσε στατιστικά σημαντική αναστολή στην έκφραση των υπομονάδων α1, α4, α5, β1, β2, β6 των ιντεγκρινών, καθώς και στις ιντεγκρίνες αvβ3 και α5β1, προκάλεσε σχεδόν πλήρη αναστολή στην έκφραση των β3 και αvβ5, επαγωγή στις αv και β4 υπομονάδες και δεν επηρέασε την έκφραση των α2 και α3. Αντίστοιχα, στα MCF-7 το ζολενδρονικό προκάλεσε αναστολή στην έκφραση των 276 υπομονάδων α2, α3, α5, αν, αvβ3, β1, β2, β3, β6 και των ιντεγκρινών αvβ5 και α5β1. Προκάλεσε επίσης επαγωγή στην υπομονάδα α1, ενώ δεν επηρέασε την έκφραση των υπομονάδων α4 και β4. Αξιοσημείωτη είναι η αναστολή της αvβ3, καθώς το ετεροδιμερές αυτό παίζει σημαντικό ρόλο στην μετάσταση των καρκινικών κυττάρων στο οστό. Συγκρίνοντας τα πειράματα της κυτταρικής προσκόλλησης και της έκφρασης των ιντεγκρινών παρατηρείται συμφωνία μεταξύ τους. Σημαντική επίσης για την αντικαρκινική και αντιμετασταστική δράση του ζολενδρονικού είναι η παρατηρούμενη αναστολή της έκκρισης του HA και της έκφρασης του υποδοχέα του, του CD44, καθώς το και τα δύο μόρια ξεχωριστά αλλά και ως σύμπλοκο διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην πρόοδο του καρκίνου και στην μετάσταση του στα οστά. Επόμενος σκοπός της διατριβής ήταν να μελετηθεί η επίδραση του ζολενδρονικού εκεί που κυρίως δίνει μετάσταση ο καρκίνος του μαστού, δηλαδή στα οστά. Για το λόγο μελετήθηκε η δράση του στην ενεργοποίηση των πρώιμων οστεοκλαστων σε υπόστρωμα οστού, χρησιμοποιώντας ως δείκτες την TRAP 5b και το NTx, και διαπιστώθηκε πως το ζολενδρονικό μπορεί να επάγει την αναστολή της οστεοκλαστογένεσης με μηχανισμό ο οποίος δεν βασίζεται στην υπερέκκριση της OPG. Επίσης ανέστειλε την έκφραση της ΜΜP-9, η οποία πέρα από την αποικοδομητική της δράση, αποτελεί και δείκτη της οστεοκλαστικής σειράς. Στην συνέχεια μελετήθηκε η ενεργοποίηση των οστεοκλαστών σε ένα πειραματικό μοντέλο που περιλάμβανε την συν-καλλιέργεια πρώιμων οστεοκλαστών και καρκινικών κυττάρων της σειράς MDA-MB-231 παρουσία και απουσία αυξητικών παραγόντων που επάγουν την ενεργοποίηση των οστεοκλαστών. Και στις δύο περιπτώσεις η ωρίμανση των οστεοκλαστών αναστάλθηκε δοσο-εξαρτώμενα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι τα καρκινικά κύτταρα μπορούν από μόνα τους να επάγουν την ενεργοποίηση των οστεοκλαστών καθώς και ότι ζολενδρονικό αναστέλλει την ενεργοποίηση των οστεοκλαστων στην χαμηλή συγκέντρωση των οστεοκλαστών. Επίσης και στις δύο περιπτώσεις το ζολενδρονικό μείωσε σημαντικά το φορτίο των ζελατινασών στο περιβάλλον του οστού μειώνοντας έτσι και την λυτική τους δραστηριότητα. Όπως είναι γνωστό όταν τα καρκινικά κύτταρα μεταναστεύουν στο περιβάλλον του οστού ουσιαστικά εκμεταλλεύονται του μηχανισμούς αποικοδόμησης έτσι ώστε να δημιουργήσουν ένα περιβάλλον ευνοϊκό για την επιβίωσή τους. Για το λόγο αυτό μελετήθηκε η δράση του ζολενδρονικού στην δραστικότητα ενεργών οστεοκλαστών Περίληψη 277 καθώς και σε μόρια, όπως η TRAP, η β3 ιντεγκρίνη, η καθεψίνη Κ και οι MMP-1, -9, -14, που παίζουν σημαντικό ρόλο στην λειτουργία τους. Τα αποτελέσματα από την μέτρηση του NTx έδειξαν πως το ζολενδρονικό καταστέλλει την δραστικότητα των οστεοκλαστών. Όσον αφορά τα μόρια που μελετήθηκαν το ζολενδρονικό ανέστειλε την έκφραση τους στην συγκέντρωση των 15 μΜ, ενώ στην συγκέντρωση των 3 μΜ είτε ανέστειλε την έκφραση τους (ΜΜP-1, MT1-MMP, ιντεγκρίνη β3) είτε δεν την επηρέασε (καθεψίνη Κ, TRAP) είτε την αύξησε (MMP-9). Η μελέτη της πρωτεϊνικής έκφρασης της ΜΜP- 9 εμφάνισε το ίδιο μοτίβο με την γονιδιακή της έκφραση. Όπως είναι γνωστό η χημειοθεραπεία στον καρκίνο δεν έγκειται στην χορηγία ενός μόνο φαρμάκου αλλά σε συνδυασμούς φαρμάκων. Για το λόγο αυτό αξιολογήθηκε η δράση του ζολενδρονικού με άλλα γνωστά αντικαρκινικά μόρια (λετροζόλη και STI571), των οποίων η δράση τους έχει μελετηθεί και αξιολογηθεί από το εργαστήριο Βιοχημείας. Τα μόρια αυτά είναι η λετροζόλη και ο μοριακός αναστολέας STI571. Παρουσία των δύο ειδικών αναστολέων παρατηρήθηκε ενίσχυση της ανασταλτικής δράσης του ζολενδρονικού στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, χωρίς ωστόσο να παρατηρείται συνεργιστική δράση τους. Συνοψίζοντας το ζολενδρονικό φαίνεται να έχει σημαντική in vitro αντικαρκινική δράση, καθώς εμφανίζει ανασταλτική δράση στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και στα επιμέρους βήματα της μεταστατικής διαδικασίας. Επιδρά σε μόρια που παίζουν σημαντικό ρόλο στην εξάπλωση του όγκου και φαίνεται να μπορεί να διακόψει το ‘φαύλο κύκλο’ της οστικής νόσου στον καρκίνο του μαστού. Η χρησιμοποίηση του μαζί με άλλα αντικαρκινικά μπορεί να αυξήσει την ανασταλτική του ικανότητα. Περαιτέρω μελέτες θα βοηθήσουν στην in vivo επιβεβαίωση των παραπάνω και συγκεκριμένα ότι το ζολενδρονικό εν δυνάμει θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αντικαρκινικός παράγοντας σε γυναίκες με καρκίνο του μαστού, έτσι ώστε να αποφευχθούν οι πιθανές μεταστάσεις στα οστά. / In this doctoral thesis the effect of zoledronic acid (zol) on human MDA-MB- 231 and MCF-7 breast cancer cell lines on cell proliferation, invasion, adhesion and migration were examine. The obtained results demonstrated that zoledronate effectively reduced cell growth for both cancer cell lines. Moreover the effect of zol on key matrix molecules that implicated in cell migration, invasion and metastasis, such as Proteoglycans, Metalloproteinase and integrins were studied. In both cell lines the inhibition of expression of both protein and gene levels were demonstrated. In order to evaluated the effect of zol on the activation of osteoclasts, bone particles with the appropriate growth factors were co-cultured with MDA-MB-231 cells. Conclusively the result of this thesis demonstrated that zol inhibits migration and invasiveness of breast cancer cells, which is of crucial importance in preventing the spread in bone inviroment.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη της απεικόνισης και ποσοτικοποίησής της με χρήση τεχνικών μοριακής απεικόνισης. Ένα νέο κυκλικό πεπτιδικό παράγωγο RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys), το cRGDfK-Orn3-CGG, αξιολογήθηκε ως νέο μοριακό μέσο στόχευσης του καρκίνου μέσω της ειδικής στόχευσης των υποδοχέων ιντεγκρίνης ανβ3 που υπερεκφράζονται κατά την αγγειογένεση. Το νέο πεπτιδικό παράγωγο φέρει τον περιφερειακό υποκαταστάτη CGG (Cys-Gly-Gly), κατάλληλο για την επισήμανση με σύμπλοκα του πεντασθενούς 99mTc(V) καθώς και για την σύζευξη με νανοσωματίδια. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια (10±2 nm) συζευγμένα με το νέο παράγωγο RGD, κατάλληλα τόσο για SPECT/MRI απεικόνιση όσο και για υπερθερμία. Ειδικότερα, αξιολογήθηκαν ως νέα μοριακά μέσα απεικόνισης: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs και 99mΤc-NPs-RGD, αναφορικά με τα ραδιοχημικά, ραδιοβιολιγικά και in vivo απεικονιστικά χαρακτηριστικά τους. Τα επισημασμένα παράγωγα λήφθηκαν σε υψηλές αποδόσεις και παρουσίασαν ικανοποιητική σταθερότητα in vitro: α) με την πάροδο του χρόνου, β) σε παρουσία περίσσειας ανταγωνιστών για το 99mTc, γ) σε παρουσία ανθρωπίνου πλάσματος ή ορού. Η μελέτη της in vivo συμπεριφοράς, αλλά και η βιοκατανομή των νέων παραγώγων πραγματοποιήθηκε σε φυσιολογικούς μύες και σε παθολογικά πρότυπα καρκίνου τύπου γλοιοβλαστώματος U87MG. Η αξιολόγηση της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης κατέδειξε μέγιστη στόχευση στις ιντεγκρίνες ανβ3 σε ποσοστό 11,60±3,05 % ID/g για το παράγωγο 99mTc-RGD και 9,01±0,19 ID/g για τα στοχευμένα νανοσωματίδια 99mTc-NPs-RGD. Το 99mTc-RGD σχεδιάστηκε κατάλληλα ώστε να αποβάλλεται από τον οργανισμό μέσω του ουροποιητικού συστήματος, με την προσθήκη του υδρόφιλου μορίου ορνιθίνης (Orn3) στη δομή του. Ενώ, τα 99mTc-NPs αποβάλλονται κυρίως μέσω του ηπατοχολικού συστήματος, τα στοχευμένα 99mTc-NPs-RGD παρουσιάζουν χαμηλότερη πρόσληψη στο ήπαρ και υψηλότερη πρόσληψη στους νεφρούς, η οποία μπορεί να αποδοθεί στην πρόσδεση του RGD παραγώγου στην επιφάνεια των NPs. Ικανοποιητικές απεικονίσεις των όγκων ελήφθησαν και με τα επισημασμένα παράγωγα 99mTc-RGD και 99mΤc-NPs. Τέλος, η in vivo αξιολόγηση της θερμικής απόκρισης των NPs ανέδειξε ικανοποιητικά αποτελέσματα, με αντικαρκινική δράση σε πειραματόζωο που φέρει U87MG όγκο. Τα παραπάνω αρχικά αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα στοχευμένα νανοσωματίδια είναι πολλά υποσχόμενα στο πεδίο της μοριακής απεικόνισης για τον ποσοτικό προσδιορισμό της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης με στόχο τη διάγνωση αλλά και τη θεραπευτική προσέγγιση. / The aim of the present project is the in vivo evaluation of quantitative monitoring of angiogenesis making use of the molecular imaging methodology. A new cyclic RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys) derivative, namely the cRGDfK-Orn3-CGG, was evaluated as eventually promising in early tumor detection through specifically targeting integrin ανβ3 receptors, overexpressed in angiogenesis. This new peptide, availing the 99mTc-chelating moiety CGG (Cys-Gly-Gly), is appropriately designed for 99mTc-labeling, as well as consequent conjugation onto nanoparticles. Specifically, RGD-conjugated iron oxide nanoparticles (10±2 nm) have been developed appropriately for SPECT/MRI imaging and hyperthermia treatment. Particularly, they were evaluated as tumor imaging agents: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs and 99mΤc-NPs-RGD. The new derivatives were examined with regard to their radiochemical, radiobiological and imaging characteristics. It has been demonstrated that they were obtained in high radiochemical yield and presented high in vitro stability being examined: a) at different time-points, b) in the presence of an excess of antagonist moites for 99mTc, c) in human plasma or serum. The in vivo study and the biodistribution evaluation of radiolabeled products were assessed in normal mice and in pathological models (scid mice) bearing experimental U87MG glioblastoma tumors. Τhe quantitative evaluation of angiogenesis spatial distribution confirmed high specific binding of the 99mTc-RGD peptides to ανβ3 integrins, with significantly high tumor uptake 11.60±3.06 % ID/g, while targeting with 99mTc-NPs-RGD demonstrates high tumor uptake 9.01±0.19 ID/g. The 99mTc-RGD was appropriately designed to have urine excretion due to the ornithine (Orn3) linker, while the 99mTc-NPs exhibits hepatobiliary excretion, compared to 99mTc-NPs-RGD, which exhibit lower values of liver uptake with a significantly higher kidney uptake, which can be attributed to the attachment of the RGD derivative on the surface of NPs. Satisfactory tumor images were obtained with the radiolabeled derivatives 99mTc-RGD and 99mΤc-NPs. Finally, the in vivo heating efficiency experiment showed that hyperthermia induction with the aid of iron oxide NPs was feasible, resulting to anti-tumor effect in a U87MG tumor-bearing mouse. The above preliminary results indicate that targeted iron oxide NPs are promising candidates for the quantitative monitoring of angiogenesis for molecular imaging and potential cancer therapy.

Η διδακτορική μου διατριβή εστιάζει στη λειτουργική ανάλυση του μοριακού μηχανισμού λειτουργίας της ιντεγκρινο-συνδεόμενης κινάσης (ILK) κατά την ανάπτυξη στη Drosophila. Έγινε διερεύνηση: α) της λειτουργικής συντήρησης της ILK κατά την εξέλιξη, β) του πιθανού ρόλου συγκεκριμένων αμινοξικών μοτίβων στον κυτταρικό εντοπισμό και τη λειτουργία της πρωτεΐνης και γ) των λειτουργικών ιδιοτήτων της ILK όταν είναι ομοιοπολικά συζευγμένη στην πλασματική μεμβράνη. Παράλληλα, αναζητήσαμε νέους λειτουργικούς ρόλους της ILK κατά την ανάπτυξη: α) σε άλλους ιστούς εκτός από το μυϊκό σύστημα και β) στην ωογένεση. Η ILK στο επίπεδο της αμινοξικής αλληλουχίας παρουσιάζει 60% ταυτότητα και 75% ομολογία με την αντίστοιχη πρωτεΐνη των θηλαστικών. Με βάση αυτή την ομολογία, ελέγξαμε την πιθανή φυλογενετική συντήρηση της λειτουργίας της ILK. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν διαγονιδιακά στελέχη που περιείχαν την κωδική περιοχή της ILK του ανθρώπου (hILK) και του ποντικού (mILK) αντίστοιχα. Η ILK του ποντικού και του ανθρώπου ακολουθεί παραπλήσιο πρότυπο υποκυτταρικής κατανομής με την ενδογενή πρωτεΐνη στα μυϊκά κύτταρα Drosophila. Οι δυο ετερόλογες πρωτεΐνες υποκαθιστούν τη λειτουργία της ILK στη Drosophila. Ωστόσο, η ILK του ανθρώπου παρουσιάζει μειωμένη δυνατότητα πρόσδεσης με την parvin της Drosophila. Προκειμένου να διερευνήσουμε το μοριακό μηχανισμό ρύθμισης και δράσης της ILK κατά την ανάπτυξη, ελέγξαμε εάν η φωσφορυλίωση των αμινοξέων S176 και T180 υπεισέρχεται στη ρύθμιση της λειτουργίας της ILK. Σε πειράματα κυτταρικών σειρών έχει δειχθεί ότι στις θέσεις αυτές η φωσφορυλίωση ελέγχει την υποκυτταρική κατανομή της πρωτεΐνης στον πυρήνα. Ωστόσο, αποδείξαμε ότι η πιθανή φωσφορυλίωση στις ισχυρά συντηρημένες θέσεις S176 και T180 δεν είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό της ILK στις μυοτενοντικές συνδέσεις και τη λειτουργία της ILK. Ένα άλλο αμινοξικό κατάλοιπο που είναι απαραίτητο για τον εντοπισμό της ILK στις εστιακές θέσεις προσκόλλησης είναι το F436, το οποίο εδράζεται στην τελευταία α έλικα του καρβοξυτελικού λοβού της περιοχής κινάσης. Ο υποκυτταρικός εντοπισμός της ILK και η λειτουργία της δεν επηρεάζονται από τη σημειακή μεταλλαγή F436Α σε αντίθεση με πειράματα σε κυτταρικά μοντέλα. Η σημειακή μεταλλαγή F436A αποδυναμώνει την ικανότητα αλληλεπίδρασης της ILK με την parvin. Εξετάσαμε αν η μεμβρανοδεσμευόμενη ILK μέσω παλμυτυλίωσης ή φαρνεσυλίωσης μπορεί να υποκαταστήσει την απουσία της ενδογενούς, καθώς και εάν μπορεί να προσελκύσει πρωτεΐνες του συνδεοσώματος ανεξάρτητα των ιντεγκρινών. Κατασκευάστηκαν δυο εναλλακτικές μορφές μεμβρανοδεσμευμένης ILK, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS εντοπίζονται με επιτυχία σταθερά στην πλασματική μεμβράνη των εμβρυϊκών μυϊκών κυττάρων. Επίσης, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS υποκαθιστούν πλήρως την ενδογενή ILK σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια της ζωής της μύγας. Τέλος, η GAP-ILK-GFP συγκεντρώνει στις ΜΤΣ τα άλλα δυο μέλη του IPP συμπλόκου αλλά και την talin στις ΜΤΣ εμβρύων τελικού σταδίου τόσο αγρίου τύπου όσο και ομοζυγώτων για aPS2. Παράλληλα, μελετήσαμε , τόσο σε γενετικό όσο και σε μοριακό επίπεδο, το ρόλο της ILK στη μορφογένεση του ωοθυλακίου, την οργάνωση και ομοιόσταση του θυλακώδους επιθηλίου κατά τη διάρκεια της ωογένεσης στη Drosophila. Αποσιωπήσαμε την ilk κατασκευάζοντας γενετικά μωσαϊκά αλλά και ιστοειδικά διασωσμένα άτομα. Παρατηρήσαμε ότι η ILK είναι απαραίτητη για τη διαδικασία της ωογένεσης στη μύγα. Η απουσία της ILK προκαλεί διαταραχές στο σχηματισμό των διαθυλιακών μίσχων και ανωμαλία στο διαχωρισμό των νεοσχηματιζόμενων διαδοχικών ωοθυλακίων (σιαμαία ωοθυλάκια). Επίσης, τα πειράματά μας αποκάλυψαν ότι η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση των ινιδίων ακτίνης κατά τα τελευταία στάδια της ωογένεσης και για την ομοιόσταση του κυτταροσκελετού ακτίνης κατά τον ακραιο-βασικό άξονα του κυττάρου. Ακόμη, η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση και διατήρηση των βασο-πλευρικών κυτταρικών συνδέσεων στα θυλακιοκύτταρα, αλλά όχι των συνδέσεων ζώνης. Η απουσία της ILK διαταράσσει τον εντοπισμό των ιντεγκρινών στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων. Επιπλέον, η ILK συμμετέχει στη ρύθμιση της δυναμικής της F-ακτίνης μειορρυθμίζοντας το Dia και αυξορρυθμίζοντας την profilin. H ILK εμπλέκεται στον έλεγχο της συσταλτότητας των ινιδίων ακτο-μυοσίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων, πιθανότατα μέσω της διαταραχής στον υποκυτταρικό εντοπισμό του RhoI, καθώς και μέσω της εκτοπικής συσσώρευσης της μυοσίνης (zipper). Τέλος, η ilk αλληλεπιδρά γενετικά με τη dpak στο επιθήλιο του ωοθυλακίου. Η ΙLK επηρεάζει τον εντοπισμό της dPAK στα θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. Επίσης, η dPAK είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό των ιντεγκρινών και της ILK στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης. Ενώ, η απουσία της dpak, όπως και της ilk, διαταράσσoυν την οργάνωση και των ινιδίων τάσης της ακτίνης σε θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. / My thesis is focused on the functional analysis of the molecular mechanism of the integrin-linked kinase (ILK) during development in Drosophila. We studied: a) the functional conservation of ILK in evolution, b) the possible role of specific amino acid motifs in the subcellular localization and function of ILK and c) the functional properties of ILK, when covalently bound to the plasma membrane. Furthermore, we sought new functional roles for ILK during development: a) in other tissues besides muscle system and b) in oogenesis. ILK protein sequence shares 60% identity and 75% similarity with the mammalian ILK. Based on these data, we tested the possible phylogenetic conservation of ILK function. For this purpose, we generated transgenic lines carrying the coding sequence of either human ILK (hILK) or mouse ILK (mILK). The mammalian ILK has localizes similarly to the endogenous protein, in the muscle cells of Drosophila. Both mammalian proteins can substitute for the ILK function in Drosophila. However, human ILK binds to Dparvin with reduced affinity compared to the fly ILK. In order to investigate the molecular mechanism through which ILK regulates and acts during development, we tested whether the phosphorylation on the amino acids S176 and T180 contributes to the regulation of ILK function. It has been shown, in cell culture models, that the phosphorylation on these sites controls the subcellular localization of the protein in the nucleus. However, we proved that the possible pgoshorylation of these highly conserved residues is dispensable for the ILK localization at the muscle attachment sites (MAS) as well as for the function of ILK. Another residue which is necessary to localise ILK at the focal adhesion sites is F436. It is located on the last a helix of the carboxyl-terminal lobe of the kinase-like domain. The subcellular localization and the ILK function are unaffected by the point mutation F436A, in contrast to the experimental data on cell culture models. The point mutation F436A affects the ability of ILK to bind to parvin. We examined, whether membrane-bound ILK, through palmytoylation or farnesylation, is able to substitute the absence of the endogenous ILK, if ii can recruit proteins of the adhesome, independently of integrins. We generated two alternative forms of membrane-bound ILK, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS, which both localize successfully at the plasma membrane of the embryonic muscle cells. Also, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS can substitute for the endogenous ILK throughout development. Moreover, GAP-ILK-GFP is able to recruit both PINCH and Parvin, as well as talin at the MAS, in both wild type and aPS2 mutant embryonic muscle cells. Furthermore, we studied, in genetic molecular level, the role of ILK in the morphogenesis of the egg chambers, the organization and the homeostasis during oogenesis in Drosophila. We used two experimental approaches in order to silence ilk: a) we generated genetic mosaics for ilk and b) we used conditionally rescued ilk-/- flies. We observed that ILK is indispensable for the process of oogenesis in the fly. Loss of ILK disrupts the stalk cell formation and the separation of the successive newly formed egg chambers (twin egg chambers). Also, our experiments revealed that ILK is essential for the organization of the actin stress fibers at the late developmental stages of oogenesis and for the homeostasis of the actin cytoskeleton along apico-basal axis of the cell. ILK is indispensable for the organization and the maintenance of the baso-lateral cell junctions in the follicle cells, but not for the adherens junctions. Loss of ILK disrupts the localization of integrins at the tips of the actin stress fibers of the follicle cells at late developmental stages. Moreover, ILK participates in the regulation of the F-actin dynamics by down-regulating Dia and up-regulating profilin. ILK is involved in the control of the contractility of the acto-myosin fibers in the follicle cells at late developmental stages, probably by affecting the subcellular localization of Rho1, and causing ectopic accumulation of myosin (zipper). Finally, ilk interacts genetically with dpak in the follicular epithelium. ILK affects dPAK localization in the follicle cells at late developmental stages. Furthermore, dPAK is essential for the localization of both integrins and ILK at the tips of actin stress fibers. Loss of dpak, similarly to ilk, disrupts the organization of actin stress fibers in follicle cells at late developmental stages.

Το γλοιοβλάστωμα αποτελεί έναν από τους πιο θανατηφόρους τύπους καρκίνου για τον άνθρωπο δεδομένου ότι ο μέσος όρος επιβίωσης είναι 12-15 μήνες. Η συμβατική θεραπεία με τα κλασσικά χημειοθεραπευτικά σχήματα δεν έχει αποδώσει ιδιαιτέρως θετικά αποτελέσματα. Η εξέλιξη της μοριακής βιολογίας έχει «ρίξει φως» στην διερεύνηση και κατανόηση αρκετών μηχανισμών της κυτταρικής λειτουργίας που αφορούν τη μετανάστευση, τον πολλαπλασιασμό και την απόπτωση των κυττάρων. Στο γλοιοβλάστωμα έχει παρατηρηθεί αυξημένη δραστηριότητα πολλών υποδοχέων αυξητικών παραγόντων στην επιφάνεια των κυττάρων όπως ο EGFR, ο PDGFR και ο VEGFR. Ταυτόχρονα, υπάρχουν και άλλα μόρια επιφανείας με ιδιαίτερο ενδιαφέρον όπως οι ιντεγκρίνες λόγω της ιδιότητας τους να καθορίζουν τη μετανάστευση. Στη νέα εποχή των αναστολέων κινάσης τυροσίνης οι οποίοι δρουν έναντι των υποδοχέων των αυξητικών παραγόντων και θεωρούνται πολλά υποσχόμενα μικρά μόρια, πρέπει να διερευνηθεί αν μπορούν να έχουν θέση στην αντιμετώπιση του γλοιοβλαστώματος. Αρχικά έγινε εκτίμηση της επίδρασης των αναστολέων sunitinib και lapatinib ξεχωριστά αλλά και σε συνδυασμό, στο πολλαπλασιασμό και στο κυτταρικό θάνατο των κυττάρων γλοιβλαστώματος U87 και M059K σε συγκεντρώσεις 0,01, 0,1, 1 και 10μΜ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 διμεθυλθειαζόλο βρωμιδίου και το ολοκληρωμένο σύστημα ανίχνευσης αννεξίνης V/προπιδίου (annexin V/propidium iodide), αντίστοιχα. Για τη διαδικασία της μετανάστευσης εφαρμόστηκε η μέθοδος μελέτης του χημειοτακτισμού. Η έκφραση μεταλλοπρωτεϊνασών MM-2 και MMP-9 εκτιμήθηκε με τη μέθοδο του ζυμογραφήματος. Περαιτέρω έγινε διερεύνηση της πιθανής εμπλοκής των φαρμάκων στο σχηματισμό συμπλόκων EGFR-υπομονάδα β1 ιντεγκρινών, PDGFR- υπομονάδα β3 ιντεγκρινών και VEGFR- υπομονάδα β3 ιντεγκρινών. Η μελέτη της δημιουργίας των συμπλόκων των β υπομονάδων των ιντεγκρινών με τους υποδοχείς αυξητικών παραγόντων έγινε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ανοσοκατακρήμνισης και της ανάλυσης κατά Western. Τα αποτελέσματα επαληθεύτηκαν και με τη μέθοδο του ανοσοφθορισμού. Με την ίδια μέθοδο μελετήθηκε και η επίδραση των φαρμάκων στη φωσφορυλιωμένη μορφή της FAK. Τα πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι και οι δύο αναστολείς sunitinib και lapatinib, μείωσαν τον πολλαπλασιασμό με δοσοεξαρτώμενο τρόπο 48 ώρες μετά την προσθήκη τους στα κύτταρα είτε μεμονωμένα είτε σε συνδυασμό. Τα αποτελέσματα της αναστολής του πολλαπλασιασμού συμβάδιζαν με τα αποτελέσματα της απόπτωσης όπου το ποσοστό των αποπτωτικών κυττάρων αυξήθηκε. Περαιτέρω η μετανάστευση των κυττάρων εμφανίστηκε μειωμένη μετά την προσθήκη των φαρμάκων είτε μεμονωμένα είτε σε συνδυασμό. Η έκφραση των μεταλλοπρωτεϊνασών MMP-2 και MMP-9 δεν επηρεάστηκε στα κύτταρα U87 μετά την προσθήκη και των 2 φαρμάκων. Αντίθετα, στα κύτταρα M059K το sunitinib αλλά και ο συνδυασμός του με το lapatinib ελαττώσαν την έκφραση των MMPs 48 ώρες μετά τη προσθήκη τους στο θρεπτικό μέσο. Στη συνέχεια βρέθηκε ότι το lapatinib μπορεί να αναστείλει την δημιουργία συμπλόκου του EGFR με την υπομονάδα β1 των ιντεγκρινών, έως και 30 λεπτά μετά την προσθήκη του φαρμάκου στα κύτταρα. Αντίστοιχα το sunitinib μπορεί να αναστέλλει το σχηματισμό συμπλόκου της υπομονάδας β3 των ιντεγκρινών με τον VEGFR εντός δύο ωρών από την προσθήκη των φαρμάκων, χωρίς επίδραση όμως στον σχηματισμό των συμπλόκων PDGFR – υπομονάδα β3 ιντεγκρίνης. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν και με την χρήση ανοσοφθορισμού. Συνοψίζοντας, οι δύο αναστολείς κινάσης τυροσίνης, sunitinib και lapatinib κατάφεραν να επιδείξουν αξιόλογα αποτελέσματα στις παραμέτρους του πολλαπλασιασμού και της μετανάστευσης των κυττάρων γλοιοβλαστώματος. Τα αποτελέσματα της έρευνας είναι πρωτοποριακά διότι, αναφορικά με την μετανάστευση στο γλοίωμα, αυτή φαίνεται να αναστέλλεται αποτελεσματικότερα με τον συνδυασμό των δύο φαρμάκων πιθανά μέσω του μηχανισμού διαταραχής της δημιουργίας του συμπλόκου ιντεγκρίνης- υποδοχέας αυξητικού παράγοντα. / Glioblastoma is considered to be one of the most fatal among the malignancies in human with median survival between 12-15 months. The conventional chemotherapy cannot change the fate of these patients. Recent advances in molecular biology have shed light in the various mechanisms recruited by malignant cells in order to proliferate, metastasize and escape apoptosis. Studies in glioblastoma have already shown up-regulation in the function of tyrosine kinase receptors such as EGFR, PDGFR and VEGFR. Besides this, in the more recent years, research supports the significant role of integrins in the migration process of glioblastoma cells. In the new era of tyrosine kinase inhibitors (TKIs), where their main mechanism of action is by blocking various growth factor receptors, it has to be determined a possible contribution in the fight against glioblastoma. Initially, it was estimated a possible effect of sunitinib and lapatinib applied either alone or in combination, on U87 and M059K glioma cells’ proliferation and apoptosis using doses of 0,01 μM, 0,1 μM, 1μM and 10 μM. The proliferation was estimated using the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 dimethyltetrazolium bromide assay and apoptosis using annexin V/propidium iodide detection assay. Migration assay was performed using Boyden chamber assay. The release of MMP-2 and MMP-9 into the culture medium of U87 and M059K cells was measured by zymography. Furthermore, a possible implication of the tested agents in the formation of EGFR-integrin β1 complex, VEGFR-integrin β3 and PDGFR-integrin β3 complexes formation was studied. Immunoprecipitation and western blot analysis were used for studying the complex formation of EGFR, PDGFR and VEGFR with integrins. Validation of the results was made using immunofluorescence assay. Also, similar experiments were performed for the effect of sunitinib and lapatinib in FAK phosphorylation. The results showed that both tested agents decreased cell proliferation in a dose-dependent manner 48 h after their application in both cell lines either alone or in combination. The results in cell proliferation were in line with the increase in apoptotic cells after their treatment with the tested agents. Furthermore, the ability of U87 and M059K cells to migrate was inhibited either by each agent alone or in combination. Both agents did not affect MMP-2 and MMP-9 levels in U87 cells, however, MMPs levels were decreased in M059K cells, 48h after their treatment with sunitinib either alone or in combination with lapatinib. Additionally, a time course study for the effect of lapatinib on EGFR-integrin β1 complex revealed an inhibition in complex formation up to 30 min after agent application. Likewise, sunitinib inhibited complex formation of VEGFR-integrin β3 complex within 2h after its application without affecting PDGFR-integrin β3 complex. The previously-described interruption of complexes formation was confirmed with an immunofluorescence assay. Summarizing the results, sunitinib and lapatinib exerted significant effects on glioblastoma cell proliferation, apoptosis and migration. The preliminary results of the current study are the first to support the implication of a dual anti-EGFR/HER-2 agent, lapatinib and a multi-targeted agent, sunitinib in glioma cells migration, through a mechanism implying interruption of growth factor receptor - integrin complexes formation.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής, ήταν η διερεύνηση της διεπιφάνειας ανθρώπινων μεσεγχυματικών κυττάρων (Human Mesenchymal Stem Cells, hMSCs) -Νανοσωλήνων Άνθρακα Πολλαπλού Τοιχώματος (Multi Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs) υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες. Οι MWCNTs έχει αποδειχθεί ότι, έχουν μοναδικές ηλεκτρικές και φυσικές ιδιότητες, μηχανική αντοχή και χαμηλή πυκνότητα, χαρακτηριστικά που τους καθιστούν εξαιρετικά ελκυστικούς για το σχεδιασμό βιοϋλικών για ορθοπαιδικές εφαρμογές. Αρχικά, μελετήθηκε η βιοσυμβατότητα των hMSCs σε επιφάνειες MWCNTs, ως προς την κυτταροτοξικότητα, τη μορφολογία, τον πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση και την οργάνωση του κυτταροσκελετού. Το υπόστρωμα των MWCNTs ευνόησε την εξάπλωση των κυττάρων, προήγαγε τον πολλαπλασιασμό και προώθησε τη διαφοροποίηση των hMSCs σε οστεοβλάστες, όπως έδειξε η έκφραση αλκαλικής φωσφατάσης, οστεοποντίνης και οστεοκαλσίνης. Μελετήθηκε η γονιδιακή έκφραση των ιντεγκρινικών υποδοχέων, υπεύθυνων για την προσκόλληση των κυττάρων στους MWCNTs. Με την τεχνική του περιστρεφόμενου δίσκου, εκτιμήθηκε η δύναμη προσκόλλησης των hMSCs στους MWCNTs και η επίδραση της κάθε ιντεγκρίνης στη μεταβολή της δύναμης προσκόλλησης. Για τη διερεύνηση της απόκρισης των οστεοβλαστών στη μηχανική φόρτιση, τα προσκολλημένα κύτταρα στους MWCNTs καταπονήθηκαν για 3 και 24 ώρες, με σύστημα μηχανικής φόρτισης βασισμένο στην Αρχή Κάμψης Τεσσάρων Σημείων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, η φόρτιση επηρεάζει θετικά την έκφραση γονιδίων προσκόλλησης και δεικτών διαφοροποίησης. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η συμπεριφορά των hMSCs ως προς την κυτταροτοξικότητα, τον πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση, την οργάνωση του κυτταροσκελετού και την έκφραση γονιδίων προσκόλλησης, σε τροποποιημένες επιφάνειες MWCNTs με υδροξυλομάδες, καρβοξυλομάδες και αμινομάδες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, η αμινοτροποποιημένη επιφάνεια ευνόησε σημαντικά την κυτταρική συμπεριφορά σε σύγκριση με τις άλλες δύο επιφάνειες. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της τοπογραφίας με χρήση κάθετα ευθυγραμμισμένων MWCNTs, σε σύγκριση με τυχαία προσανατολισμένους MWCNTs. Η απόκριση των hMSCs στους κάθετα ευθυγραμμισμένους MWCNTs ήταν καλύτερη σε σύγκριση με τους τυχαία προσανατολισμένους, τόσο ως προς τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση, όσο και ως προς την οργάνωση του κυτταροσκελετού. Τα αποτελέσματα της διατριβής είναι υποσχόμενα για το μελλοντικό σχεδιασμό βιοϋλικών με MWCNTs, με τελικό σκοπό την εφαρμογή σε θεραπείες στις οποίες απαιτείται ανακατασκευή του οστού. / The aim of the present study was the investigation of the interface of human Mesenchymal Stem Cells (hMSCs) – Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs), under static and dynamic conditions. MWCNTs have been proven to obtain unique electric and physical properties, mechanical strength and low density, which render them highly attractive for the design of biomaterials for orthopaedic applications. Firstly, the biocompatibility of MWCNTs was studied, in terms of hMSCs cytotoxicity, morphology, proliferation, differentiation, cytoskeleton organization and toxicity. The substrate of MWCNTs favored cell spreading, increased proliferation and promoted cell differentiation, as measured by the expression of alkaline phosphatase, osteopontin and osteocalcin. The gene expression of integrin receptors responsible for cell attachment on MWCNTs was studied. Using the Spinning Disc Technique, the attachment strength of hMSCs on MWCNTs was evaluated, as well as the impact of each integrin to the alteration of attachment strength. In order to investigate the cell response to mechanical loading, the attached cells on MWCNTs were stressed for 3 and 24 hours, using a system for mechanical loading based on the 4-point bending principle. Results showed that loading positively induces the expression of genes associated with attachment and differentiation markers. Additionally, the cell behavior concerning proliferation, differentiation, cytoskeleton organization, apoptosis and gene expression associated with attachment, was studied on MWCNTs after surface modification with hydroxyl-, carboxyl-, and amino- groups. The findings indicated that the amino- modified surface significantly favored the cell behavior, compared to the other two surfaces. Lastly, the topography effect was studied using vertically aligned MWCNTs. Cell response was found better on the vertically compared to the randomly oriented, in terms of proliferation, differentiation and cytoskeleton organization. The findings of the study are promising for the future design of biomaterials of MWCNTs, aiming for application in therapies where bone reconstruction is demanded.