Λόγω της ιδιότητάς τους να ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο οι CDKs έχουν προταθεί ως μοριακοί στόχοι για την ανάπτυξη αντινεοπλασματικών φαρμάκων. Σε πολλούς τύπους καρκίνου έχει παρατηρηθεί απορρύθμιση της λειτουργίας ή μεταλλάξεις στις CDKs. Μεταξύ των CDKs, η CDK1 διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο μιας και είναι επαρκής για να οδηγήσει τον κυτταρικό κύκλο. Πρόσφατα η ερευνητική μας ομάδα συνέθεσε την ένωση FM-100 (2-(αιθοξυκαρβονυλο)-9-χλωρο-πυρρολο[2,3-a]καρβαζόλιο) με εκλεκτική δράση στη CDK1 (IC50 15 μΜ για το σύμπλοκο CDK1/κυκλίνη B). Στην παρούσα μελέτη έγινε αποτίμηση της βιολογικής δραστικότητας νέων πυρρολοκαρβαζολικών ενώσεων με δομή παραπλήσια του FM-100 με σκοπό την ανακάλυψη ισχυρότερων αναστολέων και ελέχθηκε η δραστικότητά τους σε καρκινικές κυτταρικές σειρές in vitro. Από τα ανάλογα που ελέγχθηκαν δύο, τα SS-261Β και SS263, εμφάνισαν αυξημένη ικανότητα αναστολής της CDK1 σε σχέση με την αρχική ένωση FM-100. Η ισχυρότερη από αυτές (SS-261Β, IC50 194nΜ) μελετήθηκε σε πέντε καρκινικές σειρές. Η SS-261Β δεν είχε καμία επίδραση στο πολλαπλασιασμό λευχαιμικών κυττάρων (Κ562), ενώ στα MCF-7 (κύτταρα καρκίνου του μαστού) η SS-261Β είχε ανασταλτική δράση στον πολλαπλασιασμό η οποία ήταν εμφανής μόνο στη μεγαλύτερη συγκέντρωση που χρησιμοποιήθηκε ο αναστολέας (10μΜ). Στη σειρά HeLa (καρκινικά κύτταρα τραχήλου μήτρας) και CaCo2 (καρκινικά κύτταρα γαστρενετρικού) η SS-261Β προκάλεσε μικρότερη αναστολή (25-30%). Μεγαλύτερη αντιμιτογόνο δράση παρουσίαση η ένωση στα PC-3 (προστατικά καρκινικά κύτταρα). Αξίζει να σημειωθεί ότι η ένωση SS-261Β είχε περιορισμένη δράση σε φυσιολογικά προστατικά επιθηλιακά κύτταρα. Παράλληλα, στα PC-3 η SS-261Β προκάλεσε μια δοσοεξαρτώμενη αύξηση της ενεργότητας της κασπάσης-3 σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες του 10μΜ, ενδεικτική της ικανότητάς της να προάγει την απόπτωση σε αυτά τα κύτταρα. Κάτι τέτοιο δεν παρατηρήθηκε στα HeLa. Συμπερασματικά, η ένωση SS-261Β έχει βελτιωμένες ιδιότητες σε σχέση με την FM-100, παρουσιάζει ανασταλτική δράση στο πολλαπλασιασμό καρκινικών κυττάρων, ενώ ταυτόχρονα διεγήρει την απόπτωση σε καρκινικά κύτταρα του προστάτη in vitro. / Cyclin-dependent kinases (CDKs) have been proposed as molecular targets for anti-tumour drug development due to their ability to regulate cell cycle. In many types of cancers, deregulated expression of CDKs or mutations in CDKs have been reported. Among CDKs, CDK1 is unique, as activation of this kinase is sufficient to drive cell proliferation. Recently, our research group synthesized FM-100 (ethyl 9-chloro-1H-pyrrolo[2,3-alpha]carbazole-2-carboxylate), a compound with selective inhibitory action on CDK1 (IC50 15 μΜ for the CDK1/cyclin B complex). In the present study we evaluated the biological activity of several new pyrrolocarbazole derivatives with structures similar to that of FM-100, in order to identify more potent CDK1 inhibitors. In addition, we tested the ability of the newly synthesized FM-100 analogues to inhibit cell proliferation and survival in cancer cell lines in vitro. Only two of the tested compounds, SS-261Β and SS263, exhibited a greater inhibitory action on CDK1 activity compared to the parent compound (FM-100). The most potent of the two SS-261Β had an IC50 of 194nΜ and was further studied in cell-based assays. SS-261Β had no effect on the proliferation of leukemic cells (Κ562), while SS-261B inhibited MCF-7 (breast cancer cell line) growth only at the highest concentration used (10μΜ). In HeLa (cervical cancer cell line) and CaCo2 cells (colon cancer cell line) SS-261Β had only a modest effect, reducing proliferation by 25-30%. SS-261B had a more pronounced effect on PC-3 cells (prostate cancer cell line). It should be noted that SS-261Β also exhibited anti-mitogenic effects in normal prostate epithelial cells. In a different series of experiments we observed that SS-261B dose-dependently increased caspace-3 activity in PC-3 cells when used at concentrations over 10μΜ, suggesting that it is capable of promoting apoptosis in this cell line. In summary, SS-261Β exhibits an improved profile for CDK1 inhibition compared to FM-100, exerts anti-proliferative effects in several tumour cell lines while it also inhibits survival of prostate cancer cells in vitro.

Απο τις απαρχές της μελέτης του PAR1, είχε βρεθεί οτι βρίσκεται σε στενή συνάφεια με τον καρκίνο, με ποικιλία πειραμάτων που έγιναν σε καρκινικές σειρές και σε διάφορα πειραματικά μοντέλα ζώων. Οι σκοποί της παρούσας εργασίας μπορούν να συνοψιστούν ως εξης: Η διερεύνηση της έκφρασης του υποδοχέα 1 της θρομβίνης (PAR1) σε καρκινικές σειρές προερχόμενες από ανθρώπινους όγκους και συγκεκριμένα: Στις σειρές από καρκίνο του προστάτη PC3 και LNCaP και στις σειρές από καρκίνο του μαστού MDA-231 και MCF-7. Η διερεύνηση της λειτουργικότητας του παραπάνω υποδοχέα στις προαναφερθείσες σειρές και το αποτέλεσμα της αναστολής του υποδοχέα στην επιβίωση και στον πολλαπλασιασμό των μελετώμενων κυττάρων. Η διερεύνηση της ενεργοποίησης της ΜΑΡ κινάσης μέσω του PAR1. Και τελικά, η διερεύνηση της έκφρασης του PAR-1 σε ασθενείς που χειρουργήθηκαν για καρκίνο του πνεύμονα στην Παν/μιακη Καρδιοθωρακοχειρουργική κλινική της Πάτρας, απο τον Καθηγητή Κο Δ. Δουγένη και την ομάδα του. Ο ανταγωνιστής του PAR-1, SCH 79797, προκάλεσε μείωση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού των προαναφερθέντων καρκινικών σειρών, όπως μελετήθηκε με τη μέθοδο ΜΤΤ και την ενσωμάτωση ραδιενεργού θυμιδίνης. Αυτή η μη ειδική ανταπόκριση όλων των μελετώμενων σειρών στον SCH, αποδόθηκε κατόπιν στο γεγονός ότι αυτοί οι ανταγωνιστές δεν ήταν απολύτως εκλεκτικοί για τον PAR-1 όπως πιστευόταν, όταν σχεδιάστηκαν. Ο συγκεκριμένος ανταγωνιστής επιλέχθηκε μεταξύ των λίγων, της μοναδικής κατηγορίας που υπήρχε, όταν ξεκίνησαν τα πειράματα. Η θρομβίνη υπερδιπλασίασε τον πολλαπλασιασμό της σειράς PC3 και δεν είχε κανένα αποτέλεσμα στον πολλαπλασιασμό της σειράς MDA-231. Το τελευταίο συμφωνεί και με προηγούμενη έρευνα όπου καταδείχθηκε ότι η θρομβίνη δεν επηρεάζει τον πολλαπλασιασμό, αλλά μειώνει τη μεταστατικότητα της σειράς MDA-231 (Kamath et al., 2001). Η αύξηση του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων του προστάτη PC3, από τη θρομβίνη γίνεται μέσω ενεργοποίησης του υποδοχέα της PAR-1, και μέσω ενεργοποίησης της ΜΑΡ κινάσης, όπως φάνηκε από τα πειράματα στα οποία χρησιμοποιήθηκε ο ειδικός αγωνιστής του PAR1, το εξαπεπτίδιο SFLLRN. Από κάποια πρώτα ενδεικτικά πειράματα φαίνεται ότι η ενεργοποίηση της ΜΑΡΚ λαμβάνει χώρα μέσω διενεργοποίησης του EGFR, κάτι που έχει αποδειχθεί για άλλους GPCRs. Η έκφραση του PAR1 όπως μελετήθηκε με RT-PCR, σε δείγματα ασθενών που χειρουργήθηκαν για κακοήθεις όγκους στους πνεύμονες, ανιχνεύθηκε σε όλα τα δείγματα καρκινικού ιστού. Η υψηλότερη έκφραση του PAR1 ανιχνεύθηκε στον ασθενή με μελάνωμα και στον ασθενή του υψηλότερου σταδίου. Φυσικά ο αριθμός των ασθενών που μελετήθηκαν δεν αρκεί για εξαγωγή συμπερασμάτων, αλλά τα παραπάνω αποτελέσματα συμφωνούν με τα γνωστά ως σήμερα ευρήματα για τον PAR1. Παραμένει να διευκρινιστεί η σημασία της αυξημένης έκφρασης του PAR1 σε ασθενείς με κακοήθεις όγκους στους πνεύμονες, αφού πρώτα επιβεβαιωθεί αυτή η αυξημένη έκφραση σε μεγαλύτερο αριθμό ασθενών. / From the onset of studies of PAR1, it has been concluded that this receptor is closely related to cancer. This relationship has been established after various experiments in cancer cell lines and in experimental animal models. The purposes of the present study can be summarized as follows: To explore the expression of PAR1 in cell lines established from human solid tumors and specifically PC3 and LNCaP from prostate cancer and MDA-231 and MCF-7 from breast cancer. To explore the suppression of PAR1 to the above cell lines in cell division. To determine if the activation of PAR1 to the above cell lines leads to MAPK phosphorylation. And ultimatilly, to explore the expression of PAR1 in patients that have been operated for tumor in lungs in Patras University Hospitall by Dr. D. Dougenis and colleagues. It was found that PAR1 is strongly expressed in highly metastatic cell lines PC3 and MDA-231, opposite to the cells LNCaP and MCF-7 that have lower metastatic capacity. The finding for the breast cancer cells MDA-231 and MCF-7 was according to published results (Kamath et al., 2001). PAR1 selective antagonist SCH 79797, reduced cell survival and DNA synthesis to all the above mentioned cell lines, independently of PAR1 expression. These non-specific results contributed to the recent fact that these antagonists were not PAR1 selective finally. Thrombin caused more than 100% induction of DNA synthesis in PC3 cells and had no effect in MDA-231 cells in accordance with published results that thrombin reduces the metastatic capacity of MDA-231 cells (Kamath et al., 2001). This effect of thrombin in PC3 cells, is mediated by activation of PAR1 as it was shown with the use of the selective agonist peptide SFLLRN. The activation of PAR1 by thrombin in PC3 cells leads to MAPK activation as it was shown by Western analysis. Furthrmore, preliminary experiments indicate that MAPK phosphorylation after PAR1 activation may be result of EGFR transactivation. In the sample tissues from patients, PAR1 expression was detected in all cancers with different ODs. The number of the samples is not enough to lead to conclusions, but there are some important observations. The highest level of PAR1 expression as was detected by RT-PCR were found to the sample tissues of the patient diagnosed for melanoma and of the patient with the most advanced stage of lung cancer. More patients shoulde be examined and more experiments to be done in order to proceed to conclusions for the significance of PAR1 in lung cancer.

Η υπερθερμία αποτελεί μια επικουρική μέθοδο θεραπείας του καρκίνου και η βιοϊατρική έρευνα τις τελευταίες δεκαετίες, με σκοπό την εκμετάλλευση και την ανάδειξη των ιδιοτήτων της μεθόδου, στοχεύει στην εφαρμογή της στην κλινική πράξη. Μία προσπάθεια με παρόμοιο σκοπό γίνεται τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών (ΕΜΟΙ) της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, όπου έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα σύστημα υπερθερμίας. Το προτεινόμενο σύστημα ενσωματώθηκε σε ένα τρισδιάστατο σύστημα παθητικής μικροκυματικής ραδιομετρικής απεικόνισης (ΜiRaIS) για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου, το οποίο μελετήθηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής στο ίδιο εργαστήριο της σχολής ΗΜΜΥ. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται η θεωρητική και πειραματική μελέτη του προτεινόμενου συστήματος της υπερθερμίας. Η αρχή λειτουργίας του είναι όμοια με αυτή του MiRaIS και βασίζεται στη χρήση μια ελλειψοειδούς αγώγιμης κοιλότητας για εστίαση της ακτινοβολίας επιλεκτικά στους ιστούς που χρήζουν θεραπείας. Ο ανακλαστήρας για εστίαση, που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία, βελτιώνει την εργονομία του συστήματος, διατηρώντας παράλληλα της ιδιότητες εστίασης του πρωτότυπου ελλειψοειδούς. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε θεωρητική μελέτη και μοντελοποίηση της διάταξης με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασής της, καθώς και πειραματικές μετρήσεις του συνολικού συστήματος υπερθερμίας-μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στη θεωρητική μελέτη, με χρήση του λογισμικού xFDTD που βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου, ερευνώνται δυο μέθοδοι για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος (βάθος διείσδυσης της ακτινοβολίας, χωρική διακριτική ικανότητα) με τη χρήση διηλεκτρικών υλικών. Τα υλικά αυτά τοποθετούνται στο εσωτερικό του ελλειψοειδούς καθώς και γύρω από το μοντέλο κεφαλιού ως στρώματα προσαρμογής για την επίτευξη βηματικής αλλαγής της διηλεκτρικής σταθεράς στη διεπιφάνεια αέρα-μοντέλο ανθρώπινου κεφαλιού. Στην πρώτη προσέγγιση, το εσωτερικό του ελλειψοειδούς ανακλαστήρα γεμίζει με διηλεκτρικό υλικό χαμηλών απωλειών, με τα αποτελέσματα να δείχνουν σημαντική βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Στη δεύτερη προσέγγιση του προβλήματος, χρησιμοποιείται ένα ημισφαίριο από διηλεκτρικό γύρω από το μοντέλο κεφαλιού, με τα αποτελέσματα να δείχνουν την αντίστοιχη βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας και παράλληλα σημαντική μείωση των ανεπιθύμητων περιοχών εστίασης της ενέργειας. Η πειραματική διάταξη τοποθετήθηκε σε ανηχοϊκό θάλαμο, όπου και πραγματοποιήθηκαν όλες οι μετρήσεις. Παράλληλα με τα πειράματα υπερθερμίας, μελετήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου της μικροκυματικής ραδιομετρίας με τη γεωμετρία του προτεινόμενου συστήματος. Η μέθοδος της μικροκυματικής ραδιομετρίας θα μπορούσε να παρέχει τον έλεγχο της θερμοκρασίας της ακτινοβολούμενης περιοχής κατά τη διάρκεια των συνεδριών της υπερθερμίας. Στις πειραματικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν ομοιώματα νερού, τα οποία στη φάση της υπερθερμίας υπέδειξαν τις περιοχές εστίασης της ενέργειας για τη συχνότητα ακτινοβολίας, ενώ στη φάση της μικροκυματικής ραδιομετρίας βοήθησαν στη μελέτη της θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Επίσης, διενεργήθηκαν μετρήσεις με στρώματα προσαρμογής από διηλεκτρικά υλικά, τα οποία τοποθετούνταν γύρω από το αντικείμενο ενδιαφέροντος, για την πληρέστερη κατανόηση της επίδρασης των υλικών αυτών στις ιδιότητες εστίασης του συστήματος και για την επιβεβαίωση των αντίστοιχων θεωρητικών αποτελεσμάτων. / The application of hyperthermia process has been widely used in clinical research and efforts are being made for its implementation in clinical practice, as many researchers have used this method as an adjunct treatment procedure for cancer. During the past two decades, a great deal of research has been carried out, with the aim of developing effective techniques for hyperthermia treatment, primarily using RF, microwave, and ultrasound energy. A similar effort is carried out in the Laboratory of Microwaves and Fiber Optics (MFOL), School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens (NTUA), where a proposed hyperthermia system has been designed and constructed. A system for deep brain hyperthermia treatment, designed to also provide passive measurements of temperature and/or conductivity variations inside the human body, is presented in this paper. The proposed system comprises both therapeutic and diagnostic modules, operating in a totally contactless way, based on the use of an ellipsoidal beamformer to achieve focusing on the areas under treatment and monitoring. The radiometry monitoring module, the Three Dimensional Passive Microwave Radiometry Imaging System (MiRaIS), has been studied, designed and constructed in the framework of a PhD thesis in the same laboratory of MFOL. In the present thesis, the proposed system is theoretically and experimentally studied. The operation principal is based on the use of an ellipsoidal conductive wall cavity for focusing the emitted radiation on the tissues that should accept treatment. The ellipsoidal cavity, which was constructed and used in the experimentation procedure, is newly developed and improves the system’s ergonomy retaining at the same time the focusing properties of the prototype system. In the framework of the present study, theoretical modelling and experimentation of the proposed system was carried out in order to examine and improve its focusing attributes. In the theoretical study, two methods for the improvement of the system’s focusing properties (e.g. penetration depth of the electromagnetic field, spatial sensitivity) using dielectric materials are tested with the use of a commercially available software tool, xFDTD (x-Finite Difference Time Domain). The materials are placed inside the ellipsoidal or used as matching layers around the head model for the achievement of a stepped change of the refraction index on the air-human head model interface. In the first approach, the ellipsoidal volume is filled with a low loss dielectric material in order to improve the system’s spatial sensitivity. In the second approach, a hemi-sphere also filled with a dielectric material is placed around the human head model and the results revealed the improvement of the system’s spatial sensitivity and the reduction of the undesirable auxiliary energy-absorbing areas. The experiments were performed inside an anechoic chamber providing maximum accuracy by avoiding any external interference. Along with the hyperthermia experiments, the implementation of the microwave radiometry process was also tested with the proposed system. Microwave radiometry could provide the temperature monitoring of the radiated area during the hyperthermia sessions. In the experimental procedures water phantoms were used, which during hyperthermia indicated the energy-absorbing areas at the irradiation frequency, and during microwave radiometry revealed the system’s temperature sensitivity. Also, measurements were conducted using dielectric matching layers, placed around the medium of interest, in order to fully understand the effect of those materials on the system’s focusing properties as well as to confirm the respective theoretical results. Taking into consideration the present study and the advantage of the non invasive character of the proposed brain hyperthermia system, it is concluded that further research is required in order to explore its potentials at becoming a part of the standard treatment protocol of brain malignancy in the future.

Η υπερθερμία αποτελεί μια επικουρική μέθοδο θεραπείας του καρκίνου και η βιοϊατρική έρευνα τις τελευταίες δεκαετίες, με σκοπό την εκμετάλλευση και την ανάδειξη των ιδιοτήτων της μεθόδου, στοχεύει στην εφαρμογή της στην κλινική πράξη. Μια προσπάθεια με παρόμοιο σκοπό γίνεται τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών (ΕΜΟΙ) της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, όπου έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα μικροκυματικό σύστημα υπερθερμίας. Το προτεινόμενο σύστημα ενσωματώθηκε σε ένα τρισδιάστατο σύστημα παθητικής μικροκυματικής ραδιομετρικής απεικόνισης (ΜiRaIS), το οποίο παρέχει τη δυνατότητα παρακολούθησης των μεταβολών της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας της υπό εξέταση περιοχής σε πραγματικό χρόνο και μελετήθηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια παλαιότερης διδακτορικής διατριβής στο ίδιο εργαστήριο της σχολής ΗΜΜΥ. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή γίνεται η θεωρητική και πειραματική μελέτη του προτεινόμενου συστήματος υπερθερμίας. Η αρχή λειτουργίας του συστήματος είναι όμοια με εκείνη του MiRaIS και βασίζεται στη χρήση μιας ελλειψοειδούς αγώγιμης κοιλότητας για εστίαση της ακτινοβολίας επιλεκτικά στους ιστούς που χρήζουν θεραπείας. Ο ανακλαστήρας για εστίαση που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία, βελτιώνει την εργονομία του συστήματος, διατηρώντας παράλληλα της ιδιότητες εστίασης του πρωτότυπου ελλειψοειδούς. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε αρχικά η θεωρητική μελέτη και μοντελοποίηση της διάταξης με σκοπό την εξακρίβωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος και στη συνέχεια επιχειρήθηκε η βελτίωση των ιδιοτήτων αυτών με χρήση διατάξεων διηελκτρικών υλικών, καθώς και πειραματικές μετρήσεις του συνολικού συστήματος υπερθερμίας-μικροκυματικής ραδιομετρίας. Η θεωρητική ηλεκτρομαγνητική μελέτη του συστήματος έγινε με τη χρήση ενός εμπορικά διαθέσιμου υπολογιστικού πακέτου προσομοίωσης (XFdtd, Remcom Inc.), το οποίο χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου για την επίλυση ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων. Ερευνώνται τρεις διατάξεις διηλεκτρικών υλικών με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος, οι οποίες επικεντρώνονται στη μελέτη του βάθους διείσδυσης της ακτινοβολίας και της χωρικής διακριτικής ικανότητας. Τα υλικά τοποθετούνται είτε στο εσωτερικό του ελλειψοειδούς είτε γύρω από το μοντέλο κεφαλιού ως στρώματα προσαρμογής, με σκοπό την επίτευξη βηματικής αλλαγής της διηλεκτρικής σταθεράς στη διεπιφάνεια αέρα-μοντέλο ανθρώπινου κεφαλιού. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τα πλεονεκτήματα από τη χρήση των διηλεκτρικών υλικών, καθώς παρουσιάζεται βελτίωση και στις δυο παραμέτρους των ιδιοτήτων εστίασης, ανάλογα με τη διάταξη που χρησιμοποιείται, τη θέση του μοντέλου κεφαλιού στο εσωτερικό του συστήματος και τη συχνότητα λειτουργίας. Για τη διενέργεια των πειραμάτων, η πειραματική διάταξη τοποθετήθηκε σε ανηχοϊκό θάλαμο, ο οποίος εξασφαλίζει την απομόνωσή της από τον περιβάλλοντα χώρο. Στις πειραματικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν ομοιώματα, τα οποία στη φάση της υπερθερμίας υπέδειξαν τις περιοχές εστίασης της ενέργειας για την εκάστοτε συχνότητα ακτινοβολίας, ενώ στη φάση της μικροκυματικής ραδιομετρίας βοήθησαν στη μελέτη της θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Η μέθοδος της μικροκυματικής ραδιομετρίας χρησιμοποιήθηκε για την παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας της ακτινοβολούμενης περιοχής κατά τη διάρκεια των συνεδριών της υπερθερμίας. Επίσης, κατά τη διάρκεια των πειραμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με στρώματα προσαρμογής από διηλεκτρικά υλικά, τα οποία τοποθετήθηκαν γύρω από το αντικείμενο ενδιαφέροντος και βοήθησαν στην πληρέστερη κατανόηση της επίδρασης της παρουσίας τους στις ιδιότητες εστίασης του συστήματος και στην επιβεβαίωση των αντίστοιχων θεωρητικών αποτελεσμάτων. / The application of hyperthermia process has been widely used in clinical research and efforts are being made for its implementation in clinical practice, as many researchers have used this method as an adjunct treatment procedure for cancer. During the past two decades, a great deal of research has been carried out, with the aim of developing effective techniques for hyperthermia treatment, primarily using RF, microwave and ultrasound energy. A similar effort is carried out in the Laboratory of Microwaves and Fiber Optics (MFOL), School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens (NTUA), where a proposed hyperthermia system has been designed and constructed. A system for deep brain hyperthermia treatment, designed to also provide passive measurements of temperature and/or conductivity variations inside the human body, is presented in the present PhD thesis. The proposed system comprises both therapeutic and diagnostic modules, operating in a totally contactless way, based on the use of an ellipsoidal beamformer to achieve focusing on the areas under treatment and monitoring. The radiometry monitoring module, the Three Dimensional Passive Microwave Radiometry Imaging System (MiRaIS), has been studied, designed and constructed in the framework of a previous PhD thesis in the same laboratory of MFOL. In the present thesis, the proposed system is theoretically and experimentally studied. The operation principal is based on the use of an ellipsoidal conductive wall cavity for focusing the emitted radiation on the tissues that should accept treatment. The ellipsoidal cavity, which was constructed and used in the experimentation procedure, is newly developed and improves the system’s ergonomics retaining at the same time the focusing properties of the prototype system. In the framework of the present work, theoretical modeling and experimentation of the proposed system is carried out in order to examine and improve its focusing attributes. In the theoretical study, three setups are investigated for the improvement of the system’s focusing properties (e.g. penetration depth of the electromagnetic field, spatial sensitivity) using dielectric materials. The research is carried out with the use of a commercially available software tool, XFdtd (Remcom Inc.). The materials are placed inside the ellipsoidal or used as matching layers around the head model for the achievement of a stepped change of the refraction index on the air-human head model interface. The results revealed the possible advantages of using matching dielectric materials, as improvement on the focusing properties of the system is clearly observed, depending on the setup used, the position of the head model inside the system and the operating frequency. The experiments were performed inside an anechoic chamber providing maximum accuracy by avoiding all possible EMC/EMI issues. Along with the hyperthermia experiments, the implementation of the microwave radiometry process was also tested with the proposed system. Microwave radiometry could provide the temperature monitoring of the radiated area during the hyperthermia sessions. In the experimental procedures water phantoms were used, which during hyperthermia indicated the energy absorbing areas at the irradiation frequency, while during microwave radiometry revealed the system’s temperature sensitivity. Also, measurements were conducted using dielectric matching layers, placed around the medium of interest, in order to fully understand the effect of those materials on the system’s focusing properties as well as to confirm the respective theoretical results. Taking into consideration the present study and the advantage of the non invasive character of the proposed brain hyperthermia system, it is concluded that further research is required in order to explore its potentials at becoming a part of the standard treatment protocol of brain malignancy in the future.