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.

Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διερευνηθεί η σχέση μεταξύ του οξειδωτικού στρες και του ικτέρου στα θηλαστικά in vivo, χρησιμοποιώντας ένα πειραματικό μοντέλο αποφρακτικού ικτέρου στους αρουραίους, καθώς επίσης και στο αίμα ανθρώπων με τον αποφρακτικό ίκτερο κακοήθους προέλευσης. Ειδικότερα, το οξειδωτικό στρες αξιολογήθηκε άμεσα με τη μέτρηση του σχηματισμού της ελεύθερης ρίζας του σουπεροξειδίου (του κεντρικού παράγοντα του οξειδωτικού στρες) και έμμεσα από την υπεροξείδωση λιπιδίων στις διαφορετικές περιοχές εγκεφάλου και σε ορισμένα εσωτερικά όργανα των αρουραίων (έντερο, συκώτι, καρδιά και νεφρό) και στο πλάσμα των ανθρώπων με τον αποφρακτικό ίκτερο. Διαπιστώθηκε ότι η ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου αυξάνεται στον εγκεφαλικό φλοιό 67%, τον μεσεγκέφαλο 37%, το συκώτι 75%, το νεφρό 87%, το έντερο 124% και στο ανθρώπινο αίμα 33%, ενώ τα λιπιδικά υπεροξείδια αυξήθηκαν στο νεφρό 30%, το έντερο 15% και το αίμα 128%. Η αύξηση στην ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου στο ανθρώπινο αίμα αποδόθηκε στην οξειδάση της ξανθίνης επειδή μειώθηκε στα επίπεδα των μαρτύρων όταν προεπωάστηκε με τον ειδικό αναστολέα της, την αλλοπουρινόλη. Η μελέτη είναι σημαντική όχι μόνο επειδή αποκαλύπτει τον κεντρικό ρόλο της ελεύθερης ρίζας του σουπεροξειδίου στους παθολογικές καταστάσεις όπως ο ίκτερος, αλλά και επειδή εισάγει την ελεύθερη ρίζα του σουπεροξειδίου ως έναν νέο κλινικό δείκτη στους ανθρώπους. / The aim of the present study is to investigate the relationship between oxidative stress and jaundice in mamals in vivo, using an experimental obstructive jaundice model in rats, as well as in the blood of humans with obstructive jaundice of malignant origin. In particular, oxidative stress was assessed directly by measuring the rate of formation of superoxide radical (the central factor of oxidative stress), and indirectly by lipid peroxidation in different brain areas and in certain internal organs of rats (gut, liver, heart and kidney) and in plasma of humans with obstructive jaundice. It was found that superoxide radical was elevated in the cerebral cortex 67%, midbrain 37%, liver 75%, kidney 87%, gut 124% and in human blood 33%, while lipid peroxides were elevated in kidney 30%, gut 15% and blood 128%. The increase of superoxide radical in human blood was attributed to xanthine oxidase because it was decreased to control levels by its specific inhibitor allopurinol. The study is important not only because it uncovers the central role of superoxide radical in pathological conditions such as jaundice, but also because it introduces superoxide radical as a new clinical marker in humans.

Η λεπτίνη παράγεται από τα κύτταρα του λιπώδους ιστού, καθώς και από άλλους ιστούς συμπεριλαμβανομένων του πλακούντος και ρυθμίζει τη πρόσληψη τροφής, τη κατανάλωση ενέργειας, την αναπαραγωγική διαδικασία και τις ανοσολογικές λειτουργίες. Για τη διερεύνηση του ρόλου της λεπτίνης επί του νεογνικού ανοσολογικού συστήματος μετρήσαμε τα επίπεδα λεπτίνης και κυτταροκινών (INF-γ, TNF-α, IL-2, IL-4, IL-10 και IL-12) στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου 481 φυσιολογικών νεογνών τα οποία γεννήθηκαν από υγιείς μητέρες. 317 ήταν νεογνά με ιδανικό βάρος γέννησης για την ηλικία κύησης (AGA) και 164 έφεραν αυξημένο βάρος για την ηλικία κύησης (LGA). Η ενδιάμεση συγκέντρωση λεπτίνης σε ολόκληρο το δείγμα ήταν 11.6 ng/ml. Στο 12% AGA νεογνών, τα επίπεδα λεπτίνης ήταν υψηλότερα του μέσου όρου (ενδιάμεση τιμή 34 ng/ml). Στο 33% των νεογνών αυτών (4% του ολικού δείγματος) τα επίπεδα λεπτίνης κυμαίνονταν μεταξύ 37.5-204 ng/ml, στην ομάδα αυτή βρέθηκαν επίσης υψηλά επίπεδα ιντερφερόνης-γ (μέση τιμή 27.11 pg/ml, διακύμανση 17.5-38.5 pg/ml). Κατόπιν μελετήσαμε εάν η λεπτίνη μπορεί να επηρεάσει τη γονιδιακή έκφραση κυτταροκινών στα Τ κύτταρα και μονοκύτταρα αίματος ομφαλίου λώρου. Η καλλιέργεια των κυττάρων ομφαλίου λώρου (Τ ή μονοκυττάρων) AGA νεογνών, τυχαία επιλεγμένων ή κυττάρων περιφερικού αίματος ενηλίκου, με λεπτίνη είχε σαν αποτέλεσμα τη γονιδιακή έκφραση IL-2, INF-γ και IL-4 από τα κύτταρα του ομφαλίου λώρου, καθώς και από τα Τ κύτταρα του ενηλίκου όπως και την έκφραση IL-10 κυρίως από τα μονοκύτταρα αίματος ομφαλίου λώρου. Σημαντικά υψηλότερη γονιδιακή έκφραση INF-γ παρατηρήθηκε σε Τ κύτταρα ομφαλίου λώρου θήλεος τα οποία καλλιεργήθηκαν με λεπτίνη συγκριτικά με τα Τ κύτταρα ομφαλίου λώρου άρρενος. Συμπερασματικά, η παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων λεπτίνης και INF-γ στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου φυσιολογικών AGA νεογνών, καθώς και το γεγονός ότι η λεπτίνη μπορεί άμεσα να διεγείρει τη γονιδιακή έκφραση κυτταροκινών σε κύτταρα ομφαλίου λώρου (Τ και μονοκύτταρα) δείχνει ότι τα υψηλά επίπεδα λεπτίνης μπορούν ανεξάρτητα να επηρεάσουν το ανοσολογικό σύστημα των φυσιολογικών νεογνών και να συμβάλλουν στη Th1 διαφοροποίηση της ανοσολογικής απόκρισης. / Leptin is a hormone synthesized by adipocytes and other tissues, including the placenta, and it regulates food intake and energy expenditure, reproductive and immune functions. To investigate the role of leptin in neonatal immunity, we measured serum leptin and cytokine (INF-γ, TNF-α, IL-2, IL-4, IL-10, IL-12) levels in cord blood (cb) of 481 healthy neonates, born to healthy mothers, of which 317 were appropriately grown for gestational age (AGA) and 164 were large for gestational age (LGA). The median serum leptin concentration in the whole sample was 11.6 ng/ml. In 12% AGA neonates, leptin levels were well above average, with a median of 34 ng/ml. In 33% of these neonates (4% of the total sample) leptin levels ranged between 37.5-204 ng/ml; in this group, significantly elevated levels of serum IFN- were also found (mean 27.11 pg/ml, range 17.5-38.5 pg/ml). We then investigated whether leptin can independently influence cytokine gene expression by cb T-cells and monocytes (Mc). Culture of cb T-cells or Mc, isolated from randomly selected AGA neonates or adult peripheral blood mononuclear cells (PBMC), with leptin, resulted in upregulation of IL-2, IFN- and IL-4 gene expression in cb and adult T-cells and IL-10 gene expression mainly in cb-Mc. Significantly higher expression of IFN- occurred in female cb-T-cells cultured with leptin, compared with male cb-T-cells. In conclusion, the concurrent presence of high concentrations in both leptin and INF- in cb of healthy AGA infants, together with the fact that leptin can directly upregulate cytokine gene expression in cb T and Mc cells, indicate that abnormally high leptin levels can independently influence the immune system of healthy newborns, and may mediate gender differences in the development of a Th1 polarized immune response.

Η ενδοκυττάρια έγχυση σπέρματος (ICSI) εισήχθη ως μέθοδος υποβοηθούμενης αναπαραγωγής (ΑRT) κυρίως για την αντιμετώπιση της ανδρικής στειρότητας. Όμως, λόγω των υψηλών ποσοστών επιτυχίας, και παρά τις αυξανόμενες ανησυχίες για τους κινδύνους από τη σημαντική ανθρώπινη παρεμβολή στο γονιδίωμα, το επιγονιδίωμα και την ανάπτυξη των παιδιών, προτιμάται ακόμα και σε περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται ιατρικά. Από τις λίγες σήμερα συστηματικές μελέτες παιδιών από ART, καταγράφεται αυξημένο ποσοστό προδιάθεσης τους σε ασθένειες που σχετίζονται με κακό καρδιομεταβολικό πρότυπο στην ενήλικη ζωή. Στόχος της εργασίας ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης της μεταβολομικής ανάλυσης για τον πρώϊμο και έγκυρο προσδιορισμό σχετικών διαταραχών σε δείγματα πλάσματος προεφηβικών κοριτσιών και αγοριών από ΙCSI, που επιλέχτηκαν από ένα συστηματικά χαρακτηρισμένο σύνολο παιδιών μελέτης της Α’ Παιδιατρικής Κλινικής, Νοσοκομείου «Αγία Σοφία», Ιατρικής Σχολής, ΕΚΠΑ. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ: Τα μεταβολικά πρότυπα πλάσματος (α) 10 κοριτσιών από ΙCSI και 10 από φυσιολογική γονιμοποίηση (NC) και (β) 16 αγοριών από ΙCSI και 16 από NC ποσοτικοποιήθηκαν με χρωματογραφία αερίων – φασματομετρία μάζας (GC-MS). Μετά από την ταυτοποίηση κορυφών και την κατάλληλη κανονικοποίηση των προτύπων, 86 πρότυπα 70 μεταβολιτών στα κορίτσια και 92 πρότυπα 80 μεταβολιτών στα αγόρια αναλύθηκαν ξεχωριστά, και συγκριτικά με αλγορίθμους πολυπαραμετρικής στατιστικής ανάλυσης των λογισμικών TM4-MeV (v.4.9.0), και ΧLSTAT (v.2013.4.03). Οι διαφορές στο πρότυπο σύστασης του πλάσματος σε μικρού μεγέθους μεταβολίτες μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων σε κορίτσια και αγόρια και μεταξύ των δύο φύλων οπτικοποιήθηκαν σε κατάλληλα ανακατασκευασμένο από τη βιβλιογραφία και σχετικές βάσεις δεδομένων μεταβολικό δίκτυο πολλών ιστών. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Στα κορίτσια, ο αλγόριθμος μερικών ελαχίστων τετραγώνων-διακριτής ανάλυσης (PLS-DA) κατέδειξε σαφή διαχωρισμό των μεταβολικών πρoτύπων μεταξύ των ομάδων ΙCSI και NC. Ο διαχωρισμός αυξάνεται με το συνυπολογισμό των βιοχημικών μετρήσεων. Στα αγόρια, η PLS-DA των μεταβολικών ή και βιοχημικών προτύπων κατέδειξε επίσης διαχωρισμό, αν και μικρότερο, σε σχέση με κορίτσια. Η ανάλυση σημαντικότητας για μικροσυστοιχίες (SAM), που ενδείκνυται για την ανάλυση ομικών δεδομένων, ανέδειξε 37 από τους 70 μεταβολίτες που αναλύθηκαν στα κορίτσια με σημαντικά διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων, με 34 από αυτούς να αυξάνονται στην ICSI ομάδα. Οι 34 μεταβολίτες αφορούν κύρια σε σάκχαρα, αλκοόλες και οξέα σακχάρων, οργανικά οξέα και λιπίδια, που έχουν συνδεθεί με αντίσταση στην ινσουλίνη, μεταβολικό σύνδρομο, ή/και την παχυσαρκία. Η ίδια ανάλυση στα αγόρια ανέδειξε 25 από τους 80 μεταβολίτες που αναλύθηκαν με χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, εκ των οποίων 9 με σημαντικά μικρότερη συγκέντρωση στην ομάδα ΙCSI. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι στους 9 μεταβολίτες ανήκουν οι 4 με την πλέον διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ICSI και NC ομάδων, που είναι η σορβιτόλη, και τα αρωματικά αμινοξέα τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη και τυροσίνη. Συγκριτική ανάλυση του μεταβολικού προτύπου των δύο φύλων στην NC ομάδα κατέδειξε μια σαφή διαφοροποίηση, η οποία φαίνεται να αποτελεί κύρια αιτία της παρατηρούμενης φυλο-ειδικής μεταβολικής διαφοροποίησης μεταξύ των ομάδων ICSI και ΝC. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η πολυπαραμετρική ανάλυση της σύστασης του πλάσματος σε μικρού μοριακού βάρους μεταβολίτες επέτρεψε τον προσδιορισμό μεταβολικών διαφορών μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, που υποστηρίζουν την προδιάθεση των παιδιών από ICSI σε αντίσταση στην ινσουλίνη, με διακριτούς όμως μεταβολικούς και βιοχημικούς δείκτες μεταξύ των δύο φύλων. Τα ευρήματα αυτά πρέπει να επιβεβαιωθούν σε ένα ευρύτερο σύνολο παιδιών και των δύο φύλων. Καταδεικνύουν όμως την αξία της μεταβολομικής να παρέχει μία υψηλής ευκρίνειας προοπτική της μεταβολικής κατάστασης, οδηγώντας στον προσδιορισμό χαρακτηριστικών μεταβολικών προτύπων ακόμα και σε πολύπλοκες καταστάσεις φυσιολογίας. / The intracytoplasmic sperm injection (ICSI) method was introduced in artificial reproduction technology (ART) mainly to treat male infertility. However, due to its high success rates and despite the growing concerns concerning the risk that the significant human intervention associated with this method may have to the genome, epigenome and development of the offspring, the use of ICSI has gradually increased in the recent years, even when it is not medically required. Based on the few currently available systematic studies of ART conceived children, the latter are considered of higher risk for cardio-metabolic diseases as adults. The goal of the present study is to investigate whether metabolomic analysis of the blood plasma could contribute to the early and accurate determination of relevant predisposition in ICSI conceived prepubertal girls and boys, specifically selected from a systematically characterized group of children, participated in a study of the First Department of Pediatrics of the “Agia Sophia” Hospital, Medical School, University of Athens. MATERIALS AND METHODS: The blood plasma metabolic profiles of (a) 10 ICSI- and 10 naturally conceived (NC) girls and (b) 16 ICSI and 16 NC boys were acquired using gas chromatography-mass spectrometry. After peak identification and appropriate normalization, 86 profiles of 70 metabolites in girls and 92 profiles of 80 metabolites in boys were analyzed separately and comparatively using multivariate statistical analysis algorithms of TM4-MeV (v.4.9.0) and XLSTAT (v.2013.4.03) software. The differences in the plasma metabolite concentration profiles between the ICSI and NC groups in girls and boys were visualized in an inter-tissue metabolic network that was reconstructed based on relevant literature and metabolic databases. RESULTS: For the girls, the algorithm of partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA) indicated a clear differentiation of the metabolic profiles between the ICSI and NC groups. The discrimination is more pronounced, when biochemical data are also considered. For the boys also, PLS-DA indicated separation between the metabolomic profiles of the two groups analyzed individually or in combination with the biochemical data, but not as explicit as in girls. Significance analysis for microarrays (SAM) determined 37 out of the 70 analyzed metabolites in the plasma profiles of the girls with significantly different concentration between the ICSI and the NC groups; 34 of these were of higher concentration in the ICSI group. The 34 metabolites include mainly sugars, sugar alcohols and acids, organic acids and lipids that have been associated with insulin resistance, metabolic syndrome and/or obesity. The same analysis in the plasma profiles of the boys determined 25 out of the 80 analyzed metabolites with significant difference between the ICSI and NC groups; nine of these were of significantly lower concentration in the ICSI group. It is underlined that the four most discriminatory metabolites between the ICSI and NC groups, i.e. sorbitol and the aromatic amino acids tryptophan, phenylalanine and tyrosine, are among the nine negatively significant. Comparative analysis of the metabolic profiles between the two sexes within the NC group indicated an unequivocal differentiation, which is considered to be the main cause of the observed sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups. CONCLUSIONS: The multivariate statistical analysis of blood plasma metabolite profiles enabled the determination of sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups; these differences support increased predisposition to insulin resistance for the ICSI offspring, with clearly different, however, metabolic and biochemical markers in the two sexes. These findings need to be confirmed in a wider group of children. They demonstrate, however, the value of metabolomics to provide a high-resolution perspective of the metabolic state, leading to the determination of characteristic metabolic profiles even in complex physiological conditions.

Σκοπός: Να ερευνήσουμε την επίδραση που έχει ο καπνός του τσιγάρου στη συγκέντρωση κορτιζόλης αίματος ομφαλίου λώρου. Μέθοδος: Μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις κορτιζόλης σε αίμα ομφαλίου λώρου 211 τελειόμηνων νεογνών καπνιστριών και 211 τελειόμηνων νεογνών μη καπνιστριών μητέρων. Από αυτά 48 και 36 νεογνά αντίστοιχα, γεννήθηκαν με καισαρική τομή. Σε 16 περιπτώσεις, επιπλέον του αίματος ομφαλίου λώρου, ελήφθη φλεβικό αίμα από τη μητέρα κατά τον τοκετό. Αποτελέσματα: Η διάμεση τιμή κορτιζόλης ομφαλίου λώρου των νεογνών καπνιστριών και μη καπνιστριών μητέρων ήταν 23 και 13 μg/dl αντίστοιχα (Ρ<0.0001) . Οι συγκεντρώσεις κορτιζόλης ήταν μεγαλύτερες στα νεογνά καπνιστριών μητέρων, σε σύγκριση με τα νεογνά μη καπνιστριών μητέρων, είτε γεννήθηκαν με φυσιολογικό τοκετό, είτε με καισαρική τομή. Στα νεογνά που γεννήθηκαν με καισαρική τομή, υπήρχε θετική συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των τσιγάρων που καπνίζονταν την ημέρα και των συγκεντρώσεων κορτιζόλης, καθώς και αρνητική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων κορτιζόλης και του μήκους των νεογνών. Δεν υπήρχε σημαντική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων κορτιζόλης και του βάρους γέννησης ή της περιμέτρου κεφαλής. Οι συγκεντρώσεις κορτιζόλης στο αίμα ομφαλίου λώρου των νεογνών καπνιστριών και μη καπνιστριών μητέρων ήταν κατά 29% και 45% χαμηλότερες από αυτές των μητέρων τους αντίστοιχα. Συμπεράσματα: Παρόλο που δεν μπόρεσε να αποδειχθεί αιτιολογική σχέση μεταξύ καπνίσματος της μητέρας και αυξημένων συγκεντρώσεων κορτιζόλης ομφαλίου λώρου, τα ευρήματα είναι σύμφωνα με προηγούμενες αναφορές, ενδεικτικές αυξημένων ορμονών στρες στα νεογνά των οποίων οι μητέρες κάπνιζαν κατά την εγκυμοσύνη. / Aim: To investigate the effect of tobacco smoke on cord blood cosrtisol concentrations. Methods: Cortisol concentrations were measured in cord blood from 211 term newborns of smoking and 211 term newborns of nonsmoking mothers; 48 and 36 newborns were delivered by cesarean section, respectively. In 16 cases, in addition to cord blood, maternal venous blood was obtained at delivery. Results: The median cord blood cortisol concentration in neonates of the smoking and the non-smoking mothers was 23 and 13 μg/dL, respectively (P<0.0001). Cortisol concentrations were greater in the newborns whose mothers smoked, when compared to corresponding controls, whether they were delivered vaginally or by cesarean section. In the newborns delivered by cesarean section, there was a positive correlation between number of cigarettes smoked/day and cortisol concentrations, as well as a negative correlation between cortisol concentrations and neonatal length. There was no significant correlation between cortisol concentrations and birth weight or head circumference. Cortisol concentrations in the cord blood of neonates whose mothers were smokers and nonsmokers were by 29% and 45% lower from those measured in their mothers, respectively. Conclusions: Although a causal relationship between maternal smoking and high cortisol concentrations in cord blood was not established, the findings are in accordance with previous reports indicating elevated stress-hormones in newborns whose mothers smoked during pregnancy

Ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της φαρμακευτικής θεραπείας είναι η ανάπτυξη φορέων φαρμάκου που θα μεταφέρουν και θα παραδίδουν εκλεκτικά το φάρμακο στις θέσεις φαρμακολογικής δράσης του αλλά και με έναν ελεγχόμενο ρυθμό χορήγησης κατάλληλα προσαρμοσμένο για την κάθε ασθένεια. Για την ελεγχόμενη χορήγηση και στόχευση βιοδραστικών ουσιών έχουν αναπτυχθεί πολλοί φορείς, όπως πολυμερικά νανοσωματίδια και λιποσώματα. Μεταξύ των πολυμερών που έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή νανοσωματιδιακών φορέων φαρμάκων ιδιαίτερη προσοχή συγκεντρώνουν τα βιοδιασπώμενα και βιοσυμβατά πολυμερή του πολυ(γαλακτικού-γλυκολικού) οξέος (PLGA). Τα νανοσωματίδια που παρασκευάζονται από τα συμπολυμερή αυτά απομακρύνονται ταχύτατα από τη συστηματική κυκλοφορία μετά από ενδοφλέβια χορήγηση, κυρίως μέσω της πρόσληψης τους από το δικτυοενδοθηλιακό σύστημα. Όταν όμως επικαλυφθούν με υδρόφιλα, μη ιονικά πολυμερή, όπως η πολυ(αιθυλενογλυκόλη), έχουμε στερεοχημική σταθεροποίηση των νανοσωματιδίων και παράταση του χρόνου παραμονής τους στην συστηματική κυκλοφορία. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της διαλυτότητας του φαρμάκου στην φόρτωση και αποδέσμευση του από PLGAmPEG νανοσωματίδια διαφορετικής πολυμερικής σύστασης (αναλογία PLGA/PEG). Ως πρότυπα φάρμακα χρησιμοποιήθηκαν τα μέλη της τάξης των μεθυλοξανθινών καφεΐνη, θεοφυλλίνη και θεοβρωμίνη. Οι μεθυλοξανθίνες αποτελούν ικανοποιητικά πρότυπα ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην μελέτη της επίδρασης της διαλυτότητας στις ιδιότητες φόρτωσης και απελευθέρωσης φαρμάκων από τα PLGAmPEG νανοσωματίδια, καθώς είναι μικρά μόρια με παραπλήσιο μοριακό βάρος και χημικές ιδιότητες ενώ η διαλυτότητα τους στο νερό είναι σημαντικά διαφορετική: καφεΐνη (1g/46 ml), θεοφυλλίνη (1 g/120 ml) και θεοβρωμίνη (1 g/2000 ml). Παρασκευάστηκαν έτσι τρεις διαφορετικές συνθέσεις νανοσωματιδίων με την μέθοδο του διπλού γαλακτώματος και χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος και το ζ δυναμικό. Στην συνέχεια μελετήθηκαν οι ιδιότητες φόρτωσης των μεθυλοξανθινών καθώς και οι ιδιότητες απελευθέρωσής τους από τα νανοσωματίδια μέσα σε φυσιολογικό ορό ρυθμισμένο με φωσφορικά (PBS) και ανθρώπινο πλάσμα in vitro. Το μέσο μέγεθος των νανοσωματιδίων κυμαίνονταν από 130 έως 200 nm και το ζ δυναμικό από -7 έως -20 mV. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν τα νανοσωματίδια κατάλληλα για εφαρμογές ελεγχόμενης αποδέσμευσης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των PLGAmPEG νανοσωματιδίων βρέθηκε να εξαρτάται από την σχετική διαλυτότητα του φαρμάκου στην εξωτερική υδατική φάση και στην οργανική φάση που χρησιμοποιούνται κατά την παρασκευή των νανοσωματιδίων και όχι απλά από την υδατοδιαλυτότητά τους. Έτσι η φόρτωση των νανοσωματιδίων ήταν μεγαλύτερη στην περίπτωση της καφεΐνης απ’ ότι στην θεοβρωμίνη, και αυτής από την φόρτωση στην περίπτωση της θεοφυλλίνης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των μεθυλοξανθινών σε PLGAmPEG νανοσωματίδια επηρεάζεται από την αρχική φόρτωση των νανοσωματιδίων σε φάρμακο (drug input). Για όλα τα φάρμακα που δοκιμάστηκαν, αύξηση της αρχικής ποσότητας του φαρμάκου είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση της φόρτωσης των νανοσωματιδίων με φάρμακο. Αντίθετα η επίδραση της αρχικής φόρτωσης στην ενκαψακίωση βρέθηκε να εξαρτάται από την υδατοδιαλυτότητα του φαρμάκου. Έτσι η αύξηση της αρχικής φόρτωσης είχε σαν αποτέλεσμα την ελάττωση της ενκαψακίωσης στην περίπτωση της καφεΐνης, δεν είχε κανένα αποτέλεσμα στην ενκαψακίωση της θεοφυλλίνης ενώ οδήγησε σε μικρή αύξηση της ενκαψακίωσης της θεοβρωμίνης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των φαρμάκων που δοκιμάστηκαν δεν επηρεάστηκε σημαντικά από τη σύνθεση του PLGAmPEG συμπολυμερούς από το οποίο παρασκευάστηκαν τα νανοσωματίδια. Ανεξάρτητα από την πολυμερική σύνθεση των νανοσωματιδίων, ο ρυθμός απελευθέρωσης των εγκλωβισμένων στα νανοσωματίδια μεθυλοξανθινών ήταν, τόσο στο PBS όσο και στο ανθρώπινο πλάσμα in vitro, ανάλογος της υδατοδιαλυτότητας του φαρμάκου. Έτσι ο ρυθμός αποδέσμευσης ήταν μεγαλύτερος στην περίπτωση της καφεΐνης απ’ ότι στην θεοφυλλίνη, και αυτής από την θεοβρωμίνη. Με όλες τις πολυμερικές συνθέσεις που δοκιμάστηκαν, ο εγκλωβισμός των μεθυλοξανθινών στα νανοσωματίδια είχε ως αποτέλεσμα την ελάττωση του ρυθμού αποδέσμευσης των φαρμάκων in vitro, τόσο σε PBS όσο και σε ανθρώπινο πλάσμα. Η ελάττωση του ρυθμού αποδέσμευσης αυξάνονταν με ελάττωση της υδατοδιαλυτότητας του φαρμάκου. Ο ρυθμός απελευθέρωσης και των τριών μεθυλοξανθινών ήταν μεγαλύτερος στο PBS σε σύγκριση με το ανθρώπινο πλάσμα. Η απόδειξη της ελεγχόμενης αποδέσμευσης των φαρμάκων από τα νανοσωματίδια στο ανθρώπινο πλάσμα είναι σημαντική καθώς καταδεικνύει την καταλληλότητα των PLGAmPEG σωματιδίων για εφαρμογές ελεγχόμενης χορήγησης φαρμάκων. Πάντως η χρησιμότητα των PLGAmPEG νανοσωματιδίων σε ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκων φαίνεται να περιορίζεται στις περιπτώσεις των φαρμάκων με μικρή σχετικά υδατοδιαλυτότητα. / The rapid removal of conventional polymeric nanoparticles from the bloodstream limits their potentional in controlled drug delivery and targeting. Surface engineering, however, may lead to nanoparticles capable of evading their uptake from the mononuclear phagocyte system (MPS), which exhibit prolonged residence in blood. Thus, coating the nanoparticle surface with a hydrophilic polymer such as poly(ethylene glycol) (PEG) has been shown to confer long circulation properties to PLGA (poly(lactide-co-glycolide) nanoparticles. Although the basic physicochemical and biological properties of these nanoparticles have been studied, there is currently a luck of studies dealing in a systematic way with their drug incorporation and release properties. In this work the effect of three different PLGAmPEG copolymer composition on drug loading and release properties, was studied using the members of the methyl-xanthine class of drugs, i.e. caffeine, theophylline, theobromine, as model drugs. This way, the effect of drug solubility on drug loading and release from the nanoparticles can be evaluated in a more scientifically sound way than applying more common practices, such as the study of a drug and its salt. PLGAmPEG copolymers were synthesized from dl-lactide (LE), glycolide (GE) and mPEG(5000) by a melt polymerization process. The synthesized copolymers were identified by the moral ratio of (LE +GE)/mPEG determined by 1H-NMR. PLGAmPEG nanoparticles loaded with caffeine, theophylline and theobromine were prepared by a double emulsion (w1/o/w2) method, where w1: aqueous solution of drug, o: a dichloromethane (dcm) solution of the polymer and w2: an aqueous solution of sodium cholate (12mM). The size and æ potential of the nanoparticles, were determined by photon correlation spectroscopy and microelectrophoresis respectively. The size of the nanoparticles ranged approximately from 130 to 200nm depending on the type of PLGAmPEG copolymer used and the formulation. All nanoparticle formulations exhibited low negative æ potential in the range -7 to -20. Drug loading was determined using direct method in which the samples were dissolved in NaOH and the drug in the solution was assayed by a High Performance Liquid Chromatography method (HPLC). The release experiments were performed in phosphate buffered saline and in human plasma in vitro. The nanoparticles were enclosed in a dialysis bag and incubated in PBS (pH=7.4, 37oC) and in human plasma under mild agitation. At predetermined time intervals, samples were withdrawn and assayed for the drug by HPLC. The drug loading and encapsulation values increased and decreased respectively when the drug/polymer ratio increased, by increasing drug input (initially present drug) while keeping polymer input constant. Due to the relatively high aqueous solubility of the three methylxanthines low nanoparticle loadings were generally obtained. Caffeine, despite its higher aqueous solubility, exhibited a little higher encapsulation and loading than theophylline and theobromine. This may be attributed to the much higher partition coefficient K (dcm/water) of caffeine compared to theophylline and theobromine, which would decrease to a higher extend in the case of caffeine the tendency of the drug to pass from the dcm droplets, formed during the second emulsification step of nanoparticle preparation, to the surrounding aqueous phase. As a result, higher drug retention in the nanoparticles was observed in the case of caffeine. Drug release from the nanoparticles was sustained and depended on the aqueous solubility of the drugs. For instance, the more water-soluble caffeine was released relatively faster than the less water-soluble theophylline and the even less water-soluble theobromine, from all PLGAmPEG compositions both in PBS and in human plasma. Drug release from the nanoparticles did not appear to depend on the composition of the PLGAmPEG copolymer used to prepare the nanopaparticles. Drug release rate in plasma was lower than that in PBS, probably due to the binding of the drug molecules to plasma proteins. Drug encapsulation of methylxanthines in the PLGAmPEG nanoparticles depended on the solubility properties of the drugs. The organic/aqueous phase partition coefficient of the drug may be crucial with regard to the incorporation efficiency of the drug in these nanoparticles. Drug release from the nanoparticles was sustained in both PBS and human plasma, but only for the relatively hydrophobic theobromine in a satisfactory extent. The rate of drug release was affected by the aqueous solubility of the drug and the release medium. It appears that PLGAmPEG nanoparticles can be applied for controlled drug delivery applications only in the case of relatively water-insoluble drugs.