Η αιμοποιητική φωλαιά (hematopoietic stem cell niche) περιέχει οστεοβλάστες, οι οποίοι ρυθμίζουν τη φυσιολογική αιμοποίηση. Ωστόσο, λίγα στοιχεία είναι γνωστά, έως τώρα, για το ρόλο των οστεοβλαστών στη διαδικασία της αιμοποίησης σε ασθενείς με Μυελοδυσπλαστικό Σύνδρομο (ΜΔΣ). Το ΜΔΣ, αποτελεί μια ετερογενή ομάδα κλωνικών αιματολογικών διαταραχών, με αυξημένο κίνδυνο εκτροπής προς Οξεία Μυελογενή Λευχαιμία (ΟΜΛ). Μελέτες σε ex-vivo συστήματα καλλιεργειών (co-cultures) περιγράφουν την επίδραση των μεσεγχυματικών κυττάρων (“feeder cells”) στο δυναμικό πολλαπλασιασμού, στη μεταναστευτική ικανότητα, καθώς και στη διατήρηση (stemness) των αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων (HSCs) φυσιολογικών δοτών. Η μελέτη αυτή στοχεύει στη διερεύνηση των βιολογικών χαρακτηριστικών των οστεοβλαστών από ασθενείς με ΜΔΣ καθώς και τις αλληλεπιδράσεις φυσιολογικών HSCs και οστεοβλαστών ασθενών με ΜΔΣ. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκε ένα σύστημα δισδιάστατης καλλιέργειας (2-D culture system) χρησιμοποιώντας οστεοβλάστες που παρήχθησαν από μεσεγχυματικά κύτταρα μυελού των οστών (human marrow mesenchymal stem cells-MSCs). Τα MSCs απομονώθηκαν από το μυελό των οστών ασθενών με ΜΔΣ και υγιών δοτών και καλλιεργήθηκαν σε κατάλληλο θρεπτικό μέσο. Ακολούθησε επαγωγή της διαφοροποίησης των MSCs, μετά από συνεχόμενες καλλιέργειες σε οστεοβλάστες. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 13 δείγματα μυελού των οστών από ασθενείς με ΜΔΣ (6 RA, 3 RAEBI, 2 RAEBII, 1 5q- και 1 υποπλαστικό MDS) και 8 δείγματα μυελού φυσιολογικών μαρτύρων όμοιας ηλικίας. Για τη μελέτη της επίδρασης των οστεοβλαστών από ασθενείς με ΜΔΣ στην αιμοποίηση χρησιμοποιήθηκαν φυσιολογικά HSCs από κινητοποιημένο περιφερικό αίμα υγιών δοτών (mPB, n=4), τα οποία τοποθετήθηκαν πάνω στους ήδη εγκατεστημένους οστεοβλάστες (osteoblast confluent monolayer cultures). Τα MSCs και οι οστεοβλάστες που αναπτύχθηκαν ελέγχθηκαν μορφολογικά και ανοσοφαινοτυπικά, με τη χρήση μικροσκοπίας και κυτταρομετρίας ροής αντίστοιχα. Μονοπύρηνα κύτταρα από δείγματα κινητοποιημένου περιφερικού αίματος υγιών δοτών τοποθετήθηκαν στο δισδιάστατο καλλιεργητικό σύστημα, σε καλλιεργητικό υλικό αιμοποιητικών κυττάρων, χωρίς την εξωγενή προσθήκη κυτταροκινών. Με τη χρήση κυτταρομετρίας ροής ελέγχθηκε η έκφραση των μορίων που σχετίζονται με την προσκόλληση των αιμοποιητικών κυττάρων στην αιμοποιητική φωλαιά καθώς και την εγκατάσταση και διατήρησή τους σε αυτή. Ο έλεγχος έγινε στις 36 ώρες και τις 7 ημέρες συγκαλλιέργειας και αφορούσε τα μόρια CXCR4, το οποίο ρυθμίζει την άμεση πρόσδεση των HSCs στην φωλαιά κατά τη διαδικασία του “homing”, CD49d (Very Late Antigen-4- VLA4) και CD49e (Very Late Antigen-5- VLA5), τα οποία παρέχουν σήματα επιβίωσης ή προάγουν την ενεργοποίηση μιας φάσης ηρεμίας (quiescence) στα HSCs μετά την είσοδο τους στη φωλαιά (localization). Η έκφραση των μορίων αυτών μελετήθηκε στους υποπληθυσμούς των CD34+, CD34+/CD38+ και CD34+/CD38- κυττάρων. Παράλληλα εκτιμήθηκε το ποσοστό (συχνότητα) των CD34+ αιμοποιητικών κυττάρων καθώς επίσης και η προσκόλλησή τους στους οστεοβλάστες. Μετά τη συγκαλλιέργεια, οι οστεοβλάστες που προήλθαν από υγιείς δότες προκάλεσαν τον πολλαπλασιασμό των CD34+ κυττάρων των φυσιολογικών αιμοποιητικών κυττάρων που τοποθετήθηκαν πάνω στο εγκατεστημένο στρώμα των οστεοβλαστών (3-fold και 9-fold αύξηση στις 36ώρες και τις 7ημ., αντίστοιχα). Αύξηση επίσης, παρατηρήθηκε (2 fold αύξηση) στα CD34+ κύτταρα στις συγκαλλιέργειες των 36h, φυσιολογικών HSCs με οστεοβλάστες που παρήχθησαν από ασθενείς με ΜΔΣ, ενώ καμία διαφορά δεν παρατηρήθηκε μεταξύ των διαφορετικών υποτύπων ΜΔΣ. Στις 7 ημέρες συγκαλλιέργειας από την άλλη, δεν 12 παρατηρήθηκε καμία διαφορά στη συχνότητα εμφάνισης ενός πιο άωρου φαινοτύπου των φυσιολογικών HSCs που αναπτύχθηκαν σε οστεοβλάστες από ασθενείς με χαμηλού κινδύνου ΜΔΣ (low risk MDS). Αντιθέτως, τα CD34+ κύτταρα αυξήθηκαν κατά πολύ (16- fold αύξηση), όταν φυσιολογικά HSCs, τοποθετήθηκαν σε οστεοβλάστες ασθενών με υψηλού κινδύνου ΜΔΣ (high risk MDS). Επιπλέον, παρατηρήθηκε αύξηση της έκφρασης των μορίων CXCR4, CD49d και CD49e στα CD34+ κύτταρα μετά από συγκαλλιέργεια φυσιολογικών HSCs και οστεοβλαστών από υγιείς δότες, συγκριτικά με τα επίπεδα έκφρασης των μορίων αυτών πριν την τοποθέτηση τους στο σύστημα συγκαλλιέργειας. Η αύξηση της έκφρασης του μορίου CXCR4 ήταν λιγότερο εμφανής στην περίπτωση συγκαλλιέργειας των φυσιολογικών HSCs με οστεοβλάστες από ασθενείς με ΜΔΣ, όπου η μεγαλύτερη διαφορά παρατηρήθηκε στο σύστημα που περιείχε τους οστεοβλάστες από ασθενείς χαμηλού κινδύνου ΜΔΣ (3- και 1,7- fold αύξηση στις 7ημέρες καλλιέργειας με οστεοβλάστες από υγιείς δότες και χαμηλού κινδύνου ΜΔΣ ασθενείς, αντίστοιχα). Το πρότυπο έκφρασης των μορίων CD49d και CD49e ήταν όμοιο στα κύτταρα που τοποθετήθηκαν τόσο σε οστεοβλάστες προερχόμενους από υγιείς δότες, όσο και οστεοβλάστες από ΜΔΣ ασθενείς. Ο φαινότυπος, τόσο όσον αφορά τα μορφολογικά όσο και τα ανοσοφαινοτυπικά χαρακτηριστικά, των MSCs ήταν ίδιος και στις δυο ομάδες μελέτης, ενώ η διαφοροποίηση των MSCs προς οστεοβλάστες ήταν όμοια τόσο στα MSCs που προήλθαν από φυσιολογικούς δότες όσο και σε αυτά που προήλθαν από ασθενείς με ΜΔΣ, δείχνοντας παρόμοια έκφραση των ειδικών οστεοβλαστικών πρωτεϊνών αλλά και της διαδικασίας της ενασβεστοποίησης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που λάβαμε, οι οστεοβλάστες από υγιείς δότες προώθησαν την αύξηση του ποσοστού των προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων και οδήγησαν στην επαγωγή της έκφρασης του μορίου CXCR4, ενός πολύ σημαντικού μορίου για τη μετανάστευση, την εγκατάσταση αλλά και την ανάπτυξη. Ωστόσο, η διαφορετική δραστηριότητα, τόσο όσον αφορά το ποσοστό των CD34+ όσο και την έκφραση του μορίου CXCR4, όταν τα φυσιολογικά αιμοποιητικά κύτταρα συγκαλλιεργήθαν με οστεοβλάστες που προήλθαν από ασθενείς με ΜΔΣ, οδηγεί στην υπόθεση ότι υπάρχει μεταβολή στη λειτουργία των οστεοβλαστών, οπότε προβλέπεται και μια επακόλουθη αλλαγή στη ρύθμιση της εγκατάστασης των HSC στην αιμοποιητική φωλαιά, στους ασθενείς με ΜΔΣ. / The hematopoietic stem cell niche contains osteoblasts that regulate normal hematopoiesis. However, little is known about the role of osteoblasts in MDS hematopoiesis so far. Myelodysplastic syndrome comprises a heterogeneous group of clonal stem cell disorders with dismal prognosis and difficulty in their therapeutic approach, which is characterized by ineffective hematopoiesis. It appears with dysplastic hematopoietic cells, peripheral blood cytopenias and high risk of evolution to acute myeloid leukemia (AML). Data derived from ex vivo co-culture systems using mesenchymal stromal cells as a feeder cell layer suggest that cell-cell contact has a significant impact on the expansion, migratory potential and “stemness” of hematopoietic stem cells. In this study, we investigated the biological characteristics of osteoblasts from MDS patients and the interactions between these cells and normal hematopoietic stem cells (HSCs). Osteoblasts were differentiated from marrow MSCs from 13 MDS patients (6 RA, 3 RAEBI, 2 RAEBII, 1 5q- and 1 hypoplastic MDS) and 8 age-matched healthy individuals. To study the effect of MDS osteoblasts on hematopoiesis, normal HSCs from mobilized peripheral blood from healthy individuals (n=4) were seeded onto osteoblast confluent monolayer cultures using a culture medium appropriate for the culture of HSCs, without the exogenous addition of cytokines. We studied the morphology and immunophenotype of MSCs and osteoblasts by microscopy and flow cytometric analysis, respectively. Cytometric analyses of homing associated molecules were performed 36h and 7d later. These molecules are CXCR4, which regulates the direct adhesion of HSCs to the bone marrow niche during “homing”, CD49d (Very Late Antigen-4- VLA4) and CD49e (Very Late Antigen-5- VLA5), which produce survival signals or promote the maintenance of a quiescent state for HSCs after entering the stem cell niche (localization). We investigated the expression of these molecules in CD34+, CD34+/CD38+ and CD34+/CD38- cell populations. Furthermore we studied the frequency of CD34+ hematopoietic cells and also their ability to adhere osteoblasts.Osteoblasts from healthy individuals increased the frequency of CD34+ cells by 3- and 9-fold increase in normal hematopoietic cells after 36h and 7d co-cultures respectively. A 2-fold increase was also seen in CD34+ cells when normal HSCs grown on MDS-osteoblasts for 36h and no difference was seen between the MDS subtypes. When the culture period was extended to 7d, there was no change in the frequency of immature phenotype of normal HSCs in osteoblast cultures from low-risk MDS patients. In contrast, CD34+ cells increased several fold (16-fold increase) when normal HSCs were cultured on high-risk MDS 14 osteoblasts, twice the values obtained in osteoblast co-cultures from healthy individuals and low risk patients. The expression of adhesion molecules CXCR4, CD49d and CD49e on CD34+ cells from normal HSCs was increased in co-cultures with osteoblasts from healthy individuals compared to the values obtained before culture (3-fold increase at 7d). The increase in CXCR4 expression was less pronounced in the presence of osteoblasts from MDS patients with the largest difference being found in low-risk MDS patients (1,7-fold increase at 7d). The expression pattern of CD49d and CD49e was identical between cells grown on MDS- and normal- osteoblast co-cultures.The morphological and immunophenotypical analysis of MSCs show the same results for the two study groups, while the differentiation of MSCs to osteoblasts was similar for both healthy individuals and MDS patients, after having similar expression of bone specific proteins and mineralization activity. According to our data, osteoblasts from healthy individuals promoted the expansion of immature hematopoietic progenitors and induced the cell surface expression of CXCR4, an important molecule in HSCs homing, retention and development. However, the different expression of CXCR4 and the change in frequency of CD34+ cells that were detected when normal HSCs co-operated with MDS-osteoblasts, suggests alteration in osteoblast function and the subsequent regulation of the HSC residency in the niche in MDS patients compared with healthy individuals.

Η HARP είναι ένας αυξητικός παράγοντας με πλειοτροπική δράση που εμπλέκεται στην ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση και τη μετανάστευση πολλών ειδών κυττάρων καθώς και στην αγγειογένεση και την καρκινογένεση. Η HARP ασκεί τις δράσεις της μέσω των διαμεμβρανικών της υποδοχέων RPTPβ/ζ, ALK και Ν-συνδεκάνη. Η δομή της HARP αποτελείται από δύο κεντρικές περιοχές ομόλογες με τις επαναλαμβανόμενες περιοχές τύπου I της θρομβοσπονδίνης (Thrombospondin type I Repeat, TSR) και το αμινοτελικό και καρβοξυτελικό της άκρο που έχουν τυχαία διαμόρφωση στο χώρο. Έχει βρεθεί ότι η HARP αποτελεί υπόστρωμα διάφορων πρωτεολυτικών ενζύμων και πεπτίδια της έχουν ανιχνευθεί στο υγρό θρεπτικό μέσο σε καλλιέργειες διαφόρων κυττάρων. Τα πεπτίδια της HARP μπορούν να έχουν διαφορετική ή και αντίθετη δράση από αυτή ολόκληρου του μορίου. Στo πλαίσιo της μελέτης των επιμέρους περιοχών της HARP που συμμετέχουν στις βιολογικές δράσεις της αλλά και της δράσης των πεπτιδίων που προκύπτουν από την πρωτεόλυσή της, σε αυτή την εργασία μελετήθηκε η δράση δύο ανασυνδυασμένων, τροποποιημένων μορφών της HARP που αντιστοιχούν στις κεντρικές TSR περιοχές, των H9-59 και H60-110, στον πολλαπλασιασμό και την προσκόλληση κυττάρων καρκίνου του προστάτη PC3 και στη φωσφορυλίωση των μορίων μεταγωγής σήματος ERK1/2. Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι τα πολυπεπτίδια H9-59 και H60-110 καταστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων PC3, ενώ επάγουν την προσκόλληση των ίδιων κυττάρων. Επιπλέον, τόσο το H9-59 όσο και το H60-110 επάγουν τη φωσφορυλίωση των ERK1/2. / HARP is a heparin-binding growth factor, which plays a key role in cell proliferation, differentiation and migration. HARP is also involved in angiogenesis and tumor growth and progression. HARP mediates its functions through its transmembrane receptors RPTPβ/ζ, ALK and N-syndecan. Structurally, HARP contains two TSR homologous domains and two basic clusters in its N and C-termini. It has been found that HARP is a substrate for several extracellular proteolytic enzymes and HARP peptides have been detected in conditioned media of cells. HARP peptides often have different or even opposite biological activity from the whole molecule. The aim of this project was to study the biological activity of two recombinant, truncated forms of HARP that correspond to the two TSR domains, H9-59 and H60-110, in order to contribute to the study of the HARP domains that mediate its biological activities and also the biological activity of HARP peptides. The results of the study show that both H9-59 and H60-110 inhibit the proliferation of PC3 cells but stimulate their adhesion. Moreover, both H9-59 and H60-110 stimulate the phosphorylation of ERK1/2.

Τα επισωματικά αυτο-αναπαραγώμενα συστήματα αποτελούν υποσχόμενα εναλλακτικά οχήματα γονιδιακής μεταφοράς για εφαρμογές της γονιδιακής θεραπείας. Η πρόσφατη κατανόηση της ικανότητας των αλληλουχιών S/MAR να διαμεσολαβούν την επισωματική διατήρηση γενετικών στοιχείων επέτρεψε την ανάπτυξη ενός πρότυπου κυκλικού επισωματικού φορέα που λειτουργεί χωρίς να κωδικοποιεί πρωτεΐνες ιϊκής προέλευσης. Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήθηκε για πρώτη φορά η δυνατότητα αυτού του φορέα, pEPI-eGFP, να μεσολαβεί γονιδιακή μεταφορά σε κυτταρικές σειρές προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων καθώς και σε πρωτογενή ανθρώπινα κύτταρα και, κυρίως, σε ανθρώπινα προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα. Δείχνουμε ότι ο φορέας pEPI-eGFP διατηρείται επισωματικά και υποστηρίζει παρατεταμένη έκφραση του γονιδίου αναφοράς eGFP, ακόμα και χωρίς πίεση επιλογής, στην ανθρώπινη κυτταρική σειρά K562, καθώς και σε πρωτογενείς ανθρώπινους ινοβλάστες. Αντίθετα, στην κυτταρική σειρά ερυθρολευχαιμίας ποντικού MEL, η έκφραση της eGFP αποσιωπάται μέσω αποακετυλίωσης ιστονών, παρά την επισωματική διατήρηση του φορέα. Προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα με κλωνογόνο ικανότητα, προερχόμενα από αίμα ομφάλιου λώρου, διαμολύνονται αποτελεσματικά με το φορέα μέσω ηλεκτροδιάτρησης. Ημιστερεές αποικίες προερχόμενες από διαμολυσμένα CD34+ κύτταρα διατηρούν το φορέα και εκφράζουν eGFP. Μετά από 4 εβδομάδες ο φορέας διατηρείται επισωματικά σε περίπου 1% των θυγατρικών κυττάρων. Τα αποτελέσματά μας αποδεικνύουν για πρώτη φορά ότι ένα πλασμίδιο βασιζόμενο σε μια αλληλουχία S/MAR μπορεί να λειτουργεί ως σταθερό επιίσωμα σε πρωτογενή ανθρώπινα κύτταρα και, ιδιαίτερα, σε προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα, υποστηρίζοντας παρατεταμένη έκφραση του διαγονιδίου. Η μελέτη αυτή αναδεικνύει τη χρησιμότητα του συστήματος αυτού για τους σκοπούς της γονιδιακής θεραπείας. Παράλληλα, καταδεικνύει τους στόχους στους οποίους πρέπει να επικεντρωθεί η μελλοντική έρευνα προς την κατεύθυνση της βελτίωσής του. / Episomally maintained self-replicating systems present attractive alternative vehicles for gene therapy applications. Recent insights into the ability of chromosomal scaffold/matrix attachment regions (S/MARs) to mediate episomal maintenance of genetic elements cloned in cis allowed the development of a small circular episomal vector that functions independently of virally encoded proteins. In this study, we investigated the potential of this vector, pEPI-eGFP, to mediate gene transfer in hematopoietic progenitor cell lines as well as in primary human cells and, importantly, in human hematopoietic progenitor cells. pEPI-eGFP was episomally maintained and conferred sustained eGFP expression even in nonselective conditions in the human cell line, K562, as well as in primary human fibroblast-like cells. In contrast, in the murine erythroleukemia cell line, MEL, transgene expression was silenced through histone deacetylation, despite the vector’s episomal persistence. Hematopoietic semisolid cell colonies derived from transfected human cord blood retained the vector and expressed eGFP. After 4 weeks, the vector was maintained in approximately 1% of progeny cells. Our results provide the first evidence that a S/MAR-based plasmid can function as a stable episome in primary human cells, supporting long-term transgene expression. The present study constitutes a proof of principle for the utility of this system in gene therapy applications and points at targets for future improvements.

Η σύγχρονη παραγωγή φαρμακευτικών και άλλων χημικών ουσιών και ο αναγκαίος τοξικολογικός τους έλεγχος επιφέρει την χρήση ενός μεγάλου αριθμού πειραματοζώων με αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους αλλά και την έγερση ζητημάτων που σχετίζονται με την ασφάλεια και την βιοηθική. Στην βάση αυτού του προβληματισμού η ανάπτυξη νέων in vitro δοκιμασιών κυτταρο-τοξικότητας με δυνατότητα ακριβέστερης πρόβλεψης των αρχικών δόσεων οξείας από του στόματος τοξικότητας, προβάλλει ως αναγκαιότητα στις μέρες. Μέχρι τώρα έχουν χρησιμοποιηθεί σε in vitro δοκιμασίες μετασχηματισμένα, αθανατοποιημένα ή πρωτογενή κύτταρα καθώς και εμβρυικά βλαστικά κύτταρα (hESCs). Επίσης πρόσφατα χρησιμοποιήθηκαν μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα από τον μυελό των οστών (BM-hMSCs). Τα κύτταρα αυτά ωστόσο παρουσιάζουν μειονεκτήματα που σχετίζονται με την δυσκολία απομόνωσης τους, την ετερογένεια τους, αλλά και τον πρόωρο φαινότυπο γήρανσης κατά την καλλιέργεια τους. Σε αυτή την μελέτη διερευνάται για πρώτη φορά η χρήση των βλαστικών κυττάρων της γέλης του Wharton (WJSCs) του ομφαλίου λώρου σε in vitro δοκιμασία κυτταροτοξικότητας. Τα κύτταρα αυτά παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα μεσενχυματικά κύτταρα καθώς: απομονώνονται εύκολα, καλλιεργούνται εκτεταμένα με διατήρηση των βλαστικών τους ιδιοτήτων, δεν εγείρουν ηθικά ζητήματα για τη χρήσή τους, παρουσιάζουν γενετική και φαινοτυπική σταθερότητα και ήπιο ανοσολογικό προφίλ. Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν παράλληλα και συγκριτικά με τα κύτταρα της γέλης του Wharton, οι κυτταρικές σειρές HepG2 (ηπατικού καρκινώματος) και NIH 3T3 (ινοβλάστες ποντικού) αλλά και τα μεσεγχυματικά κύτταρα λίπους AD-hSCs. Όπως προτείνεται από το πρωτόκολλο της ICCVAM δοκιμάστηκαν 12 ουσίες αναφοράς ενώ η μέτρηση της επιβίωσης των κυττάρων έγινε με την δοκιμασία MTS και NRU. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι τα κύτταρα της γέλης του Wharton μπορούν να αποτελέσουν αξιόπιστο και ελπιδοφόρο μοντέλο για δοκιμασίες in vitro τοξικότητας. Το μοντέλο αυτό μπορεί να λειτουργήσει συμπληρωματικά, ή ακόμα και να ξεπεράσει, ήδη επικυρωμένα μοντέλα κυτταροτοξικότητας . / The modern production of pharmaceuticals, other chemicals and their required toxicological controls results in the use of a large number of laboratory animals leading in increased costs as well as raising questions considering safety and bioethics. Alternatively, in vitro cytotoxicity assays are highlighted with the ability of a more accurate prediction of the starting dose of oral acute toxicity. Occasionally several cell lines have been used including transformed and immortalized cells or primary cells and embryonic stem cells (hESCs). For the same purpose adult mesenchymal stem cells derived from the bone marrow (BM-hMSCs) have been recently used but they exhibit difficulties in their isolation, heterogeneity, and premature senescence phenotype during their sub-cultivation. In this study for the first time we investigated the use of mesenchymal stem cells (WJSCs) isolated from fetal umbilical cord, in particular from the Wharton’s Jelly. These cells exhibit the advantage of easily being isolated and cultured in large quantities without ethical issues, genetic and phenotypic stability and subimmunological profile. Two different cell lines HepG2 (liver carcinoma) and NIH 3T3 (mouse fibroblasts) and mesenchymal adipose-derived stem cells AD-hSCs have been used and compared with the WJSCs in parallel. 12 substances have been tested for their cytotoxicity effect on cell survival using the MTS assay as suggested by ICCVAM. Our results indicate that this model is a reliable and promising approach for in vitro cytotoxicity tests on human cells and it can complement or even overpass validated cytotoxicity models.

Το ερευνητικό πεδίο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η οστεοενσωμάτωση οστικών εμφυτευμάτων. Οι βασικοί στόχοι της έρευνας αφορούσαν την κατανόηση του ρόλου τριών βασικών ρυθμιστικών παραγόντων της διαδικασίας οστεοενσωμάτωσης, δηλαδή της μηχανικής φόρτισης, της επιφανειακής τοπογραφίας και της επιφανειακής (βιο)χημείας, καθώς και τη μελέτη του βασικότερου λόγου αστοχίας των ορθοπεδικών εμφυτευμάτων, της παραγωγής μικροσωματιδίων προϊόντων φθοράς τους. / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Aσύρματης Τηλεπικοινωνίας του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, και έχει ως σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της εν σειρά αντίστασης στις βέλτιστες τιμές των χαρακτηριστικών παραμέτρων των φωτοβολταϊκών κυττάρων τύπου CIS. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας αποσκοπεί στην παράθεση των βασικών αρχών της φυσικής των ημιαγωγών με ιδιαίτερη έμφαση στις φωτοηλεκτρικές τους ιδιότητες και συγκεκριμένα στο λόγο ύπαρξης της εν σειρά αντίστασης ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου. Παρουσιάζονται πρόσφατες μελέτες σχετικές με το θέμα, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά για τη διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας. Ακολουθώντας τη μελέτη των Priyanka, M. Lal, S.N. Singh, πήραμε μετρήσεις σε συνθήκες σκότους, και από τις I-V χαρακτηριστικές υπολογίσαμε την εσωτερική αντίσταση σειράς του κυττάρου. Στη συνέχεια πραγματοποιήσαμε μετρήσεις τάσεως και ρεύματος στα άκρα του κυττάρου, όταν αυτό φωτίζεται, για να δούμε την επίδραση της αντίστασης σειράς στα χαρακτηριστικά του μεγέθη. Αναλυτικότερα, η πειραματική διαδικασία έγινε αρχικά σε εργαστηριακό περιβάλλον, και στη συνέχεια σε πραγματικές συνθήκες, με χρήση εξωτερικών αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά με το κύτταρο CIS. Στην πρώτη περίπτωση η διέγερση του κυττάρου έγινε με λάμπα τόξου υδραργύρου, και η προσπίπτουσα στο κύτταρο ακτινοβολία διατηρείτο σταθερή κατά τη διάρκεια του πειράματος όπως επίσης και η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για δύο διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς το οριζόντιο επίπεδο, τις 350 και τις 900, ενώ η δέσμη ακτινοβολίας παρέμενε παράλληλη στο οριζόντιο επίπεδο και για τις δύο περιπτώσεις. Το ίδιο προσπαθούσαμε να πετύχουμε και στις πραγματικές συνθήκες, (όπου το κύτταρο ήταν εκτεθειμένο σε ηλιακή ακτινοβολία) δηλαδή για όσο ήταν δυνατόν σταθερή ακτινοβολία και θερμοκρασία περιβάλλοντος, ώστε οι μετρήσεις να επηρεάζονται μόνο από τη μεταβολή της εν σειρά αντίστασης. Στην περίπτωση αυτή πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για τρείς διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς τον ορίζοντα, τις 900, τις 580, και τις 00.Υπολογίσαμε τη μέση ημερήσια αλλά και τη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια σε kWh, τόσο για τις πειραματικές όσο και για τις θεωρητικές τιμές της ισχύος και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά τους είναι της τάξης του 28%, και δικαιολογείται λόγω των παραγόντων απωλειών. Στη συνέχεια, πήραμε μετρήσεις από ένα πλαίσιο των 75W με τη βοήθεια κατάλληλης συνδεσμολογίας με υπολογιστή, τον οποίο προγραμματίσαμε να παίρνει μετρήσεις ανά 10 λεπτά. Υπολογίσαμε την ημερήσια ποσότητα ενέργειας σε kWh που μας δίνει το πλαίσιο και επεκτείναμε τον υπολογισμό στη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια χρησιμοποιώντας αρχικά τις πειραματικές μετρήσεις και στη συνέχεια τις θεωρητικές τιμές της ισχύος του πλαισίου και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά που προκύπτει είναι της τάξης του 10%. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων και την εξαγωγή χαρακτηριστικών καμπυλών του κυττάρου, μέσα από τις οποίες γίνεται δυνατή η σύγκρισή τους με τα θεωρητικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία. / -

Η geminin είναι ένα σχετικά καινούριο μόριο το οποίο διαθέτει καίριο ρόλο κατά την ανάπτυξη και την διαφοροποίηση, εξαιτίας του νευροποιητικού δυναμικού της, της ικανότητάς της να αλληλεπιδρά με μέλη των Hox και polycomb πρωτεϊνών, καθώς επίσης και να δρα σαν ρυθμιστής του κυτταρικού κύκλου, λειτουργώντας ως αναστολέας του παράγοντα αδειοδότησης της αντιγραφής του DNA, CDT1. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, κλωνοποιήσαμε το γονίδιο της geminin στο ποντίκι το οποίο αποτελείται από 7 εξώνια και καλύπτει μία περιοχή γύρω στα 10Kb. Σχεδιάσαμε και κλωνοποιήσαμε ένα πλασμιδιακό όχημα στόχευσης για το γονίδιο της mgeminin και εισήγαμε 3 θέσεις loxP στο γενωμικό locus αυτής, με σκοπό να δημιουργήσουμε υπό συνθήκη ελλειμματικούς ποντικούς για το γονίδιό της. Χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο φορέα στόχευσης αδρανοποιήσαμε το γονίδιο της Geminin σε pc3 (protamine Cre 3) πολυδύναμα κύτταρα ποντικού, δημιουργώντας ετερόζυγους ES κλώνους που φέρουν το «floxed» αλληλόμορφο, καθώς επίσης και το αλληλόμορφο αγρίου τύπου. Το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο ελέγχθηκε τόσο με PCR όσο και με ανάλυση κατά Southern για την ορθότητα του ομόλογου ανασυνδυασμού. Ταυτοποιήσαμε 15 ορθά ανασυνδυασμένους ES κλώνους, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία υπό συνθήκη knockout ποντικών για το γονίδιο της geminin, μετά από έγχυση σε B6 βλαστοκύστεις και επακόλουθη μεταφορά αυτών σε θετές μητέρες. / Geminin is a novel bifunctional molecule with a pivotal role in the processes of differentiation and cell cycle regulation, due to its neuralizing potential, its ability to interact through Hox and polycomb group members, as well as in the inhibition of cell cycle progression through protein-protein interactions with the licensing factor Cdt1. We have cloned the mouse Geminin gene, which consists of 7 exons and spans approximately a region of 10Kb. We have generated a vector and introduced 3 loxP sites in the Geminin locus, in order to create conditional knockout mice. Using this knockout construct we inactivated the geminin locus in pc3 mouse embryonic stem cells, creating heterozygous ES clones, carrying a “floxed” and a “WT” allele for geminin. The mutant allele in the targeted ES cells has been verified with Southern blotting and PCR for the correct homologous recombination events. We identified 15 correctly targeted ES clones, which can be used for the generation of conditional geminin knockout mice, upon injection into B6 blastocysts and subsequent transfer to foster mothers.

Η επιθηλιακή προς μεσεγχυματική μετατροπή (EMT – epithelial to mesenchymal transition) είναι ένας τύπος επιθηλιακής πλαστικότητας που χαρακτηρίζεται από μακράς διάρκειας φαινοτυπικές και μοριακές αλλαγές στο επιθηλιακό κύτταρο ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας διαφοροποίησης προς κύτταρο μεσεγχυματικού τύπου. Η μοριακή αυτή διεργασία φαίνεται πως είναι θεμελιώδης κατά την μετάσταση επιθηλιακών καρκίνων και αποσκοπεί στην απόκτηση από τα καρκινικά κύτταρα φαινοτυπικών χαρακτήρων που τους δίνουν την δυνατότητα διείσδυσης στους ιστούς. Το ΕΜΤ, εκτός από την μετάσταση, αποτελεί βασική διεργασία τόσο στην εμβρυική ανάπτυξη όσο και στις παθολογικές καταστάσεις της φλεγμονής και της επούλωσης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι μια πλοήγηση μέσα από την βιβλιογραφία που αφορά το φαινόμενο ΕΜΤ και τις επιμέρους διεργασίες που το πλαισιώνουν. Στην πρώτη ενότητα θα γίνει παρουσίαση των μορίων που αναλαμβάνουν τον ρόλο της σηματοδότησης του φαινομένου το οποίο στη συνέχεια εξελίσσεται μέσα από την ενεργοποίηση δεδαλώδων σηματοδοτικών μονοπατιών. Θα παρακολουθήσουμε ακόμα την μετάδοση του σήματος μέσω των κομβικών μορίων αυτών των μονοπατιών ως τον πυρήνα όπου το σήμα απαρτιώνεται αλληλεπιδρώντας με μεταγραφικούς παράγοντες που ρυθμίζουν την έκφραση πρωτεϊνών σχετιζόμενων με την μετατροπή του επιθηλιακού κυττάρου. Στην δεύτερη ενότητα της εργασίας θα γίνει αναφορά στις δομικές και λειτουργικές αλλάγές του επιθηλιακού κυττάρου που του εξασφαλίζουν την μεταναστευτική δυναμική. Πιο συγκεκριμένα θα παρακολουθήσουμε πως το επιθηλιακό κύτταρο χάνει τη συνοχή του με το ‘περιβάλλον’ του εκφεύγοντας ταυτόχρονα της απόπτωσης. Επιπλέον θα εξετάσουμε την αναδιαμόρφωση του κυτταροσκελετού και την έκφραση νέων πρωτεϊνών με σπουδαία συμμετοχή στο φαινόμενο. Τέλος θα γίνει αναφορά στην φαινοτυπική μετατροπή που επιφέρει το φαινόμενο ΕΜΤ στο στρώμα που περιβάλλει τον καρκίνο και πως αυτή με τη σειρά της συνεισφέρει στα δίαφορα μοριακά γεγονότα που συνιστούν το φαινόμενο. Η μετάσταση είναι μια ραγδαία εξέλιξη στην αδυσώπητη πορεία του καρκίνου. Η κατανόησή της λοιπόν σε μοριακό επίπεδο είναι ζήτημα νευραλγικής σημασίας που ξεφεύγει απο τα πλαίσια του απλού ακαδημαϊκού ενδιαφέροντος. Ο χειρισμός των μοριακών μηχανισμών για τον έλεγχο της μετάστασης θα μπορεί να αποτελέσει το στοίχημα για την ΄΄μοριακή χειρουργική΄΄ του μέλλοντος. / Epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a type of epithelial cell plasticity which is characterized by long lasting phenotypic and molecular modifications of the epithelial cell as a result of a transforming procedure leading to a cell of mesenchymal type. This molecular procedure seems to be pivotal for the metastasis of epithelial cancers and its attribution to the epithelial cells is the gain of phenotypic characters which enable them to invade the tissues. EMT apart from metastasis is also an important molecular phenomenon during embryogenesis and inflammation. The target of this project is a scan through the recent bibliography about EMT. Specifically the project’s first part is going to present the molecules that induce the phenomenon followed by the activation of the complicated signaling pathways of the cell. These paths which are consisted of nodal molecules lead the sing towards the nucleus where it interacts with transcription factors. The conclusion is the regulation of the transcription of some important genes for the phenotypic alteration of the epithelial cell to a cell with mesenchymal characters. The next subject with which this project is going to deal is the thorough presentation of the alterations of the epithelial cell. These include basically the abolishment of the adherence junctions and the reconstruction of the cytoskeleton with the formation of new structures such as filopodia and lamellipodia which endows the cell with the potential of kinesis. Additionally the transformed cells produce new proteins like N-cadherin and vimentin. They also modify the production of a family of proteins with unique importance for the EMT, the so called metalloproteinases. Moreover the cell which has gone through the impact of EMT phenomenon has the ability to induce neovascular formation and at the same time acquires molecular mechanisms to avoid the programmed cell death, known as apoptosis. Finally the transformed epithelial cell implies a phenotypic modification even to the surrounding stroma of the cancer with which the epithelial cells constitute a functional harmonic unit. From one hand the modification of the stroma activates it and the activated stroma from the other hand implies an intense impact to the most molecular subjects that are related to EMT. Metastasis is a rapid development in the ominous course of cancer. The effort to deceive the molecular basis of this phenomenon is not a subject of simple academic interest since the exploit of the molecular mechanisms so as to gain the control of metastasis could be the ‘bet’ for a futuristic ‘molecular surgery’.

Στην επίκτητη απλαστική αναιμία (ΑΑ) ο υποκυτταρικός μυελός και η πανκυτταροπενία στο περιφερικό αίμα είναι αποτέλεσμα βλάβης των αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα της νόσου είναι η ποσοτική αλλά και ποιοτική διαταραχή της stem cell δεξαμενής. Κλινικά και εργαστηριακά ευρήματα προτείνουν το σημαντικό ρόλο του ανοσοποιητικού συστήματος και ειδικά των Τ λεμφοκυττάρων στην ανάπτυξη της απλαστικής αναιμίας. Σήμερα, πλέον, είναι ευρύτερα αποδεκτό ότι η καταστολή του μυελού, που παρατηρείται στην ιδιοπαθή απλαστική αναιμία, είναι αποτέλεσμα της υπερπαραγωγής των μυελοκατασταλτικών κυτταροκινών IFN-γ και TNF-α από διεγερμένα CD8+ κυτταροτοξικά λεμφοκύτταρα, τα οποία συναντούμε τόσο στο περιφερικό αίμα όσο και στο μυελό ασθενών με απλαστική αναιμία. Οι κυτοκίνες αυτές παρουσιάζουν μάλλον προσθετική αντί συνεργική δράση, η οποία σχετίζεται με την IFN-γ-εξαρτώμενη αύξηση της έκφρασης του Fas στα CD34+ κύτταρα και από την IFN-γ-επαγώμενη έκκριση του TNF-α από τα μακροφάγα. Μελέτες έχουν δείξει ότι τόσο τα CD34+ όσο και τα BMMNC κύτταρα του μυελού των ασθενών με ΑΑ είναι περισσότερα αποπτωτικά σε σχέση με φυσιολογικούς μυελούς. Στόχος της διατριβής ήταν η περαιτέρω μελέτη των μοριακών μηχανισμών που εμπλέκονται στην ανοσολογικής προέλευσης απλαστική αναιμία. Λόγω, όμως, του ότι η απλαστική αναιμία είναι μια σπάνια νόσος, η παρουσία ενός εύκολα αναπαραγώγιμου in vitro μοντέλου μυελικής απλασίας θα βοηθούσε περισσότερο στη μοριακή μελέτη αυτής. Στη μελέτη μας, η αναπαραγωγή του καταλληλότερου μοντέλου μυελικής απλασίας επιτεύχθηκε με την προσθήκη των μυελοκατασταλτικών κυτταροκινών IFN-γ και TNF-α σε φυσιολογικό σύστημα μακράς διάρκειας καλλιέργειας μυελού των οστών. Στο μοντέλο αυτό έγινε διερεύνηση των μοριακών μονοπατιών των σχετιζομένων με την Fas και TRAIL επαγόμενη απόπτωση. Παράλληλα, έγινε σύγκριση των δεδομένων από το in vitro μοντέλο με τα αποτελέσματα της παράλληλης μελέτης των αντίστοιχων μοριακών παραμέτρων σε κύτταρα μυελού ασθενών με απλαστική αναιμία. Στο IFN-γ/ΤNF-α μοντέλο παρατηρήθηκε σημαντική μείωση τόσο των πιο άωρων LTC-IC όσο και των πιο δεσμευμένων προγονικών κυττάρων, σε σχέση με τις καλλιέργειες-μάρτυρες. Επιπλέον, τα αποτελέσματα των πρωτογενών και δευτερογενών καλλιεργειών βραχείας διάρκειας σε μυελικά κύτταρα ασθενών με ενεργό νόσο, επιβεβαίωσαν το χαρακτηριστικό γνώρισμα της απλαστικής αναιμίας, δηλαδή, το μειωμένο αριθμό προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων. Η επώαση φρέσκων φυσιολογικών μυελικών κυττάρων, σε 5-6 εβδομάδων LTBMC σύστημα, με συνδυασμό των TNF-α/IFN-γ παραγόντων οδηγεί σε αύξηση της Fas mRNA έκφρασης στα CD34+ κύτταρα, κάτι που δεν παρατηρείται στα, αντίστοιχα, φρέσκα και στα 5-6 εβδομάδων κύτταρα-μάρτυρες. Το εύρημα αυτό σε συνδυασμό με τη χαμηλή mRNA έκφραση της caspase 3 καθώς και την απουσία έκφρασης των Bcl-2, Bax και της caspase 8 στον ίδιο πληθυσμό, προτείνουν το σημαντικό ρόλο του external μονοπατιού επαγωγής της απόπτωσης, όπως αυτό ρυθμίζεται από την δράση των μυελοκατασταλτικών κυτοκινών TNF-α/IFN-γ. Παράλληλα, η παρουσία χαμηλής Bcl-2 mRNA έκφρασης, στα CD34+ κύτταρα, τονίζει τη σημασία της αναλογίας προ-αποπτωτικών/αντι-αποπτωτικών σημάτων στη κυτταρική έκβαση. To σημαντικότερο, πάντως, εύρημα του TNF-α/IFN-γ μοντέλου είναι η συνεχής TRAIL mRNA έκφραση, στα CD34+ κύτταρα αυτού, κάτι το οποίο δεν έχει αναφερθεί, ως τώρα, στη βιβλιογραφία. Η μοριακή ανάλυση των μυελικών κυττάρων των ΑΑ ασθενών απεκάλυψε, εκτός της Fas mRNA έκφρασης στα BMMNC και/ή στα CD34+ κύτταρα, την αυξημένη TRAIL mRNA έκφραση στο CD34+ κυτταρικό πληθυσμό των ασθενών με ενεργό νόσο. Αντίθετα, στους ασθενείς σε ύφεση, απουσιάζει η έκφραση και των δύο γονιδίων στον ίδιο πληθυσμό. Ενώ, στα BMMNC η έκφραση του TRAIL mRNA παραμένει, ένα συνεχές εύρημα, ακόμη και στους ασθενείς σε ύφεση. Επιπρόσθετα, η μειωμένη έκφραση των αντι-αποπτωτικών γονιδίων Bcl-xl και/ή Bcl-2 στα BMMNC όλων των ασθενών και του Bcl-xl στα CD34+ κύτταρα των ασθενών με ενεργό νόσο, δείχνει «ανίκανη» να αναστείλλει το μηχανισμό της απόπτωσης στους AA ασθενείς. Το γεγονός ότι η έκφραση του TRAIL mRNA είναι συνεχής στο CD34+ κυτταρικό πληθυσμό του TNF-α/IFN-γ μοντέλου και μόνο στα CD34+κύτταρα ΑΑ ασθενών με ενεργό νόσο, δείχνει τη σημαντικότητα του συγκεκριμένου μορίου στην απόπτωση των προγονικών κυττάρων στη μυελική απλασία. Συμπερασματικά, το μοντέλο μυελικής απλασίας που τελικά επιλέξαμε επιβεβαιώνει προηγούμενη γνώση της συμμετοχής των TNF-α και IFN-γ στη παθοφυσιολογία της απλαστικής αναιμίας. Παράλληλα, τα μοριακά δεδομένα, τόσο του μοντέλου όσο και των ασθενών με απλαστική αναιμία, ενισχύουν την εμπλοκή του Fas/FasL στη παθογένεση της νόσου και προτείνουν την πιθανή συμμετοχή του TRAIL/Apo2L στην όλη διαδικασία. / In aplastic anemia (AA) the hypocellular bone marrow and blood pancytopenia occur as a result of damage to hematopoietic stem cells . Previous studies have shown that a profound quantitative and qualitative defect in the stem cell compartment is a common feature in most patients with AA. Clinical and laboratory data suggest that the immune system, especially T lymphocytes, have an important role in the development of AA. It is well established that IFN-γ and TNF-α mediate hematopoietic stem cell suppression in aplastic anemia. These proinflammatory cytokines exhibit additive rather than synergistic effect, which may be mediated by the IFN-γ-dependent increase in Fas expression on CD34+ progenitor cells and by the IFN-γ-inducible secretion of TNF-α by macrophages. Bone marrow total mononuclear and progenitor cells from aplastic anemia patients are more apoptotic than cells from normal donors, indicating that apoptosis may be a major mechanism of stem cell loss in aplastic anemia. The aim of our study was to investigate the molecular mechanisms involved in the immune-mediated pathology of aplastic anemia. Since aplastic anemia is a rare disease the existence of an easily reproducible model of in vitro hematopoietic cell suppression can facilitate studies concerning the molecular pathways of this disease. In our study, we reproduced such a model with the addition of the myelosuppressive cytokines IFN-γ and TNF-α in a normal long term bone marrow culture system. In this model, we examined the Fas mediated pathway of apoptosis and especially the correlation between TRAIL expression and myelosuppression. We, also, studied these parameters in marrow cells from aplastic anemia patients. The IFN-γ and TNF-α inhibitory cytokines appeared to affect both immature LTC-ICs and more commited progenitor cells capable of lineage-specific colony formation (CFCs). In addition our progenitor cell assays results in patients, supported this unifying feature of reduced haematopoietic progenitor cells in aplastic anemia. TNF-α and IFN-γ treatment up-modulated Fas expression and induced apoptosis of 5-6 weeks cultured normal CD34+ cells, while normal freshly isolated and 5-6 weeks untreated cultured CD34+ cells showed no Fas mRNA expression. This finding, along with the low mRNA expression of caspase 3 and the absence of Bcl-2, Bax and caspase 8 expression, proposes the major role for activation of the extrinsic apoptosis pathway due to treatment of BMMNC with TNF-α and IFN-γ. In parallel, the existence of the low Bcl-xl mRNA expression in the same cell compartment points to the importance of the ratio of pro-apoptotic to anti-apoptotic signals, in cell fate. The most interesting finding is the constant TRAIL mRNA expression on CD34+ cells in TNF-α/IFN-γ treated LTBMC, something not mentioned before. Molecular analysis of patients’ marrow cells revealed, apart from Fas mRNA expression in BMMNC and/or CD34+ cells, TRAIL mRNA expression in CD34+ cell population in active disease. Ιn contrast, in patients in remission, both Fas and TRAIL mRNA expression does not exist. Instead, in BMMNC’s cell compartment TRAIL mRNA expression remains a constant finding even in patients in remission. Additionally, the decreased expression of anti-apoptotic bcl-xl and/or bcl-2 in all patients’ BMMNCs and bcl-xl expression in CD34+ cells from patients with active disease, seems unable to inhibit the mechanism of apoptosis in aplastic anemia patients. In our study, the fact that the expression of TRAIL was constant on CD34+ cells in TNF-α/IFN-γ treated LTBMC and only in CD34+ cells of patients with active disease, points out its significance in apoptosis of progenitor cells. In conclusion, our in vitro model of hematopoietic suppression confirmed previous knowledge for participation of TNF-α and IFN-γ in the pathophysiology of marrow failure in aplastic anemia. In parallel, the molecular data both from the in vitro model, as well as from patients with aplastic anemia, reinforce the implication of Fas/FasL pathway in the pathogenesis of this disease and propose a probable role for TRAIL/Apo2L in the process.

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.