- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία περιλαμβάνει την σχεδίαση και τον έλεγχο μέσω προγράμματος σε περιβάλλον LabView, ενός διπλού παράλληλου μηχανισμού με Τεχνητούς Πνευματικούς Μύες (Pneumatic Artificial Muscles (PAMs)). Η μηχανική διάταξη που κατασκευάστηκε είναι ένας διπλός παράλληλος μηχανισμός βασισμένος σε δύο τροποποιημένες πλατφόρμες τύπου Stewart. Ως ενεργοποιητές για την κίνηση στις πλατφόρμες χρησιμοποιήθηκαν Τεχνητοί Πνευματικοί Μύες ενώ για την στήριξη αυτών σε συγκεκριμένο ρυθμιζόμενο ύψος πνευματικά έμβολα διπλής δράσης, με μη περιστρεφόμενα πιστόνια. Παράλληλα, πάνω στις πλατφόρμες τοποθετήθηκαν δύο κλισιόμετρα προκειμένου να παρέχουν πληροφορίες για την κλίση αυτών. Ο έλεγχος της πίεσης του αέρα που υπάρχει στους μύες και στα έμβολα γίνεται μέσω αναλογικών ρυθμιστών πίεσης. Σε λειτουργία Ανοικτού Βρόγχου (Open loop Operation) ο μηχανισμός μπορεί να εκτελέσει παράλληλες ή περιστροφικές κινήσεις σε κάθε πλατφόρμα ξεχωριστά ή και στις δύο ταυτόχρονα. Ο χρήστης επιλέγει το εύρος της κίνησης αλλά και τη συχνότητα εκτέλεσής της. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, μελετήθηκε η ανταγωνιστική λειτουργία των μυών και εξετάστηκαν τρόποι για την βελτίωσή της. Σε λειτουργία κλειστού βρόγχου (Closed Loop Operation) ο χρήστης εισάγει στον υπολογιστή με τον οποίο είναι συνδεδεμένη η διάταξη, τις επιθυμητές γωνίες στις οποίες θέλει να βρεθεί η κάθε πλατφόρμα. Υλοποιείται αλγόριθμος ελέγχου τύπου PID για κάθε ζεύγος μυών και μέσω αυτών υπολογίζονται οι κατάλληλες πιέσεις που πρέπει να έχει ο κάθε μυς, ώστε οι πλατφόρμες να επιτύχουν την επιθυμητή γωνία. Όλες οι διεργασίες ελέγχου της πλατφόρμας τόσο σε λειτουργία ανοικτού όσο και σε λειτουργία κλειστού βρόχου υλοποιούνται μέσω τους προγραμματιστικού περιβάλλοντος LabView της εταιρείας National Instruments (NI). / This thesis, presents the development of a double parallel mechanism actuated by Pneumatic Artificial Muscles (PAMs) and controlled via LabView. The mechanical arrangement is a double parallel mechanism based on two modified Stewart platforms. PAMs have been used as platforms’ actuators and also non revolute double action pneumatic cylinders have been incorporated in order to support them at a user specified height. In addition two dual axis inclinometers have been utilized in order to provide the necessary angle feedback for the control loop. The pressure regulation in the PAMs and in the pneumatic cylinders is performed by proportional pressure regulators. In the Open Loop Operation, the mechanism can perform parallel or circular motions, in each platform independently or combined. The user chooses the range and the frequency of the performed motion. Furthermore the antagonistic operation of the PAMs has been studied. In the Closed Loop Operation the user inserts the platforms’ desired angles. A PID controller is implemented for every pair of antagonistic muscles, giving the necessary pressures in the antagonistic PAMs. All the control operations both in Open and Closed Loop are performed via National’s Instruments LabView software.

Στο κεντρικό νευρικό σύστημα υπάρχουν διακριτές περιοχές με αμιγώς αισθητική λειτουργία κι άλλες με αμιγώς κινητική. Υπάρχουν ωστόσο και περιοχές, των οποίων η λειτουργία είναι να συντονίζουν ολόκληρο το νευρικό σύστημα. Σημαντικό ρόλο σε αυτόν το συντονισμό έχουν οι χολινεργικοί και οι μονοαμινεργικοί νευρώνες, οι οποίοι με τους νευροδιαβιβαστές που εκκρίνουν, μπορούν να ελέγχουν μερικές από τις πιο περίπλοκες λειτουργίες του ΚΝΣ (μνήμη, δραστηριοποίηση, διάθεση, libido και πολλές άλλες). Η Ρ4 είναι μια πρωτεΐνη που ανακαλύφθηκε μόλις το 2004. Ανήκει στην οικογένεια των μεταφορέων SLC10 και μοιράζεται αρκετά κοινή δομή με τα υπόλοιπα μέλη, παρόλο που εκφράζεται σε εντελώς διαφορετικές περιοχές από αυτά. Η μοναδικότητα της Ρ4 έγκειται στο ότι είναι ένας διαμεμβρανικός νευροδιαβιβαστής που εντοπίζεται τόσο στους χολινεργικούς όσο και στους μονοαμινεργικούς νευρώνες, γεγονός που την καθιστά τον μόνο διαβιβαστή με διτή παρουσία και στα δύο αυτά συστήματα. Ωστόσο, δεν υπάρχουν ακόμη πολλές πληροφορίες για τον ακριβή εντοπισμό της σε αυτούς τους νευρώνες ούτε για το μήνυμα το οποίο μεταφέρει. Προηγούμενα πειράματα έδειξαν ότι η Ρ4 σχετίζεται με τον έλεγχο στην έκκριση της ντοπαμίνης. Η αρχική μας υπόθεση είναι ότι αυτό επιτυγχάνεται μέσω κάποιας αλληλεπίδρασης της Ρ4 και της VMAT2, η οποία είναι υπεύθυνη για την απελευθέρωση ντοπαμίνης από τα συναπτικά κυστίδια. Μια τέτοια σχέση, θα μπορούσε να δικαιολογηθεί αν οι δύο αυτές πρωτεΐνες εντοπίζονται στο ίδιο συναπτικό κυστίδιο. Προκειμένου να επαληθεύσουμε αυτήν την υπόθεση, χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο της Ανοσοκατακρήμνησης. Τα αποτελέσματα μέχρι στιγμής είναι ενθαρρυντικά και με μερικές βελτιστοποιήσεις, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να επαληθεύσει αυτήν την υπόθεση. Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω η λειτουργία της Ρ4, μελέτες συμπεριφοράς καθώς και φαρμακολογικές μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε γενετικά τροποποιημένα ποντίκια, τα οποία δεν μπορούν να συνθέσουν Ρ4. Τα αποτέλεσματα έδειξαν ότι η Ρ4 δεν επηρεάζει τη λειτουργία της μνήμης, ωστόσο ίσως σχετίζεται με την ανάληψη πρωτοβουλίας και την επιθυμία ανταμοιβής. Παράλληλα, οι δοκιμές με αμφεταμίνη επαλήθευσαν ότι η Ρ4 σχετίζεται με την έκκριση ντοπαμίνης. Μελέτες με φλουοξετίνη έδειξαν πιθανή επίδραση της P4 στην έκκριση σεροτονίνης, η οποία ωστόσο δεν ήταν αρκετά ξεκάθαρη προς το παρόν. Τα πειράματα αυτά αποκάλυψαν ακόμη παράγοντες οι οποίοι μπορούν να επηρεάσουν την έκβαση των δοκιμών σε γενετικά τροποποιημένα ποντίκια και οι οποίοι θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό μελλοντικών πειραμάτων. Οι ιδιότητες της Ρ4 δεν έχουν κατανοηθεί ακόμα πλήρως και απαιτούνται πολλά επιπλέον πειράματα προκειμένου αυτές να αποκαλυφθούν. Νέες φαρμακολογικές μελέτες έχουν ήδη σχεδιαστεί, ενώ παράλληλα σύγχρονες μοριακές τεχνικές έχουν επιστρατευθεί ώστε να ρίξουν φως στην ακριβή της τοποθεσία. / This master thesis summarizes the efforts to identify the location and the behavioural effect of P4, a recently discovered protein. P4 belongs to the family of sodium‐dependent bile acid transporters (SLC10), whose first two members are expressed in the gastrointestinal system. However, P4 itself shows a wide expression pattern in various areas of the Central Nervous System. According to electron microscopy, in situ and immunohistochemistry studies, P4 is expressed specifically in both the cholinergic and the monoaminergic terminals, two systems that are responsible for various neurologic and psychiatric disorders. Previous cocaine provocation in KO animals indicated a possible effect of P4 in the release of dopamine. Since VMAT2 is responsible for the transfer of dopamine into the synaptic vesicles, the relation between P4 and VMAT2 needs to become clear. Using Immunoprecipitation, we tried to distinguish if P4 and VMAT2 share the same synaptic vesicle. Moreover, studies in animal models were used in order to unravel the function of P4: the Radial Arm Maze assessment showed no influence of P4 on memory but a possible effect in the reward system, amphetamine provocation showed that KO animals are more affected by amphetamine, while fluoxetine provocation indicated a possible effect of P4 in serotoninergic neurons. Tests in animals with different genetic origin revealed several factors that can affect the final outcome of these studies (age, weight and housing). All this data will help us design our future studies and cast more light in the properties of P4.

Η λειτουργία των αναπνευστικών μυών σε ασθενείς με Κυστική Ίνωση (ΚΙ) μπορεί να εκτιμηθεί με τη μέτρηση της μέγιστης εισπνευστικής πίεσης (Pimax), της μέγιστης εκπνευστικής πίεσης (Pemax), του δείκτη πίεσης-χρόνου των αναπνευστικών μυών (PTImus), του ρυθμού μυϊκής χαλάρωσης (MRR) και του μέγιστου ρυθμού αύξησης πίεσης (MRPD). Ο σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να μελετήσει τους δείκτες εκτίμησης της λειτουργίας των αναπνευστικών μυών σε ασθενείς με ΚΙ και την πιθανή επίδραση σπιρομετρικών και διατροφικών διαταραχών στη λειτουργία των αναπνευστικών μυών στους ασθενείς αυτούς. Επίσης να μελετήσει την πιθανή επίδραση της αεροβικής άσκησης στη λειτουργία των αναπνευστικών μυών σε ασθενείς με ΚΙ. Μελετήθηκε η λειτουργία των αναπνευστικών μυών με μέτρηση των PTImus, Pimax, Pemax, MRR και MRPD σε 140 ασθενείς με ΚΙ και σε ομάδα ελέγχου 140 υγιών μαρτύρων αντίστοιχης ηλικίας και φύλου. Η εκτίμηση της αναπνευστικής λειτουργίας περιλάμβανε μέτρηση του βιαίως εκπνεόμενου όγκου αέρα σε 1 δευτερόλεπτο (FEV1), της βιαίως εκπνεόμενης χωρητικότητας (FVC) και της βιαίως εκπνεόμενης ροής μεταξύ του 25% και του 75% της ζωτικής χωρητικότητας (MEF25-75). Η διατροφική εκτίμηση περιλάμβανε μέτρηση της περιφέρειας μυών μέσου βραχίονα (MAMC), της δερματικής πτυχής τρικεφάλου (TST), της μυϊκής επιφάνειας του βραχίονα (UAMA) και του δείκτη μάζας σώματος (BMI). Οι Pimax και Pemax βρέθηκαν σημαντικά ελαττωμένες σε ασθενείς με ΚΙ συγκρινόμενες με την ομάδα ελέγχου (p<0.01 και p<0.001 αντίστοιχα). Ο δείκτης PTImus βρέθηκε σημαντικά αυξημένος σε ασθενείς με ΚΙ σε σχέση με τα υγιή άτομα της ομάδας ελέγχου (p<0.05). Ο δείκτης PTImus βρέθηκε σημαντικά αυξημένος σε ασθενείς με ΚΙ και επηρεασμένους σπιρομετρικούς δείκτες. Επιπλέον, σε ασθενείς με ΚΙ ο δείκτης PTImus βρέθηκε να παρουσιάζει σημαντική αρνητική συσχέτιση με το δείκτη UAMA (p<0.05). Οι ασθενείς με ΚΙ και χαμηλές τιμές BMI δεν εμφάνισαν σημαντικά αυξημένες τιμές PTImus. Ο δείκτης MRR κατά την εκτέλεση δοκιμασίας Pemax (p<0.05) και ο δείκτης MRPD κατά την εκτέλεση δοκιμασίας Pemax (p<0.005) ήταν σημαντικά επηρεασμένοι σε ασθενείς με ΚΙ σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Οι ασκούμενοι ασθενείς με ΚΙ εμφάνισαν υψηλότερες τιμές μέγιστων αναπνευστικών πιέσεων και χαμηλότερες τιμές του δείκτη PTImus σε σχέση με μη ασκούμενους ασθενείς με ΚΙ. Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη κατέδειξε ότι οι ασθενείς με ΚΙ εμφανίζουν υψηλότερες τιμές PTImus σε σχέση με το γενικό πληθυσμό. Ασθενείς με επηρεασμένους σπιρομετρικούς δείκτες όπως οι FEV1,FVC and MEF25-75, και διατροφικούς δείκτες όπως ο UAMA εμφανίζουν υψηλότερες τιμές PTImus σε σχέση με ασθενείς με φυσιολογικούς ή λιγότερο επηρεασμένους διατροφικούς και σπιρομετρικούς δείκτες. Η αεροβική άσκηση πιθανόν να επιδρά ευεργετικά στη διατήρηση της ισχύος των αναπνευστικών μυών σε ασθενείς με ΚΙ. / Respiratory muscle function in patients with Cystic Fibrosis (CF) can be assessed by measurement of maximal inspiratory pressure (Pimax), maximal expiratory pressure (Pemax), pressure time index of the respiratory muscles (PTImus), muscle relaxation rate (ΜRR) and maximum rate of pressure development (MRPD). This study aimed to examine respiratory muscle function indices in CF and the possible effect of pulmonary function and nutrition abnormalities to respiratory muscle performance, in patients with CF, as well as to investigate the possible effect of aerobic exercise in respiratory muscle function in CF. Respiratory muscle function by measurement of PTImus, Pimax, Pemax, MRR and MRPD was assessed in 140 CF patients and a control group of 140 healthy subjects matched as possible for age and gender. Pulmonary function evaluation consisted of forced expiratory volume in 1 sec (FEV1), forced vital capacity (FVC) and maximal expiratory flow between 25 and 75% of VC (MEF25-75). Nutritional assessment consisted of mid arm muscle circumference (MAMC), triceps skinfold thickness (TST), upper arm muscle area (UAMA) and body mass index (BMI). Pimax and Pemax were significantly lower in CF patients compared to the control group (p<0.01 and p<0.001 respectively). PTImus in CF patients compared to healthy controls was significantly increased (p<0.05). PTImus was significantly higher in CF patients with impaired pulmonary function. Furthermore, in CF patients, PTImus was significantly negatively related to UAMA (p<0.05). Patients with low BMI values did not have significantly higher PTImus values. MRR during Pemax (p<0.05) and MRPD during Pemax (p< 0.005) were significantly altered in CF compared to the control group. Exercising CF patients maintained higher maximal respiratory pressures and lower PTImus values compared to non-exercising patients. In conclusion this study demonstrated that CF patients exhibit higher PTImus values compared to the healthy population. Patients with affected pulmonary function parameters, such as FEV1, FVC and MEF25-75, and nutrition parameters such as UAMA exhibit higher PTImus values compared to CF patients with normal or less affected pulmonary function and nutrition indices. Exercise might exert a beneficial effect on respiratory muscle strength in patients with CF.

Η νόσος του Πάρκινσον χαρακτηρίζεται από την προοδευτική εκφύλιση της μελαινοραβδωτής ντοπαμινεργικής οδού που οδηγεί σε κινητικές διαταραχές. Θεωρείται πολυπαραγοντική νόσος, η αιτιολογία της οποίας παραμένει άγνωστη. Με δεδομένο ότι η διαθέσιμη φαρμακευτική αγωγή της νόσου στηρίζεται στη συμπτωματολογία της και έχει σοβαρές παρενέργειες, η νευροπροστασία από τα πρώϊμα στάδια της νόσου αποτελεί τομέα έντονης έρευνας. Τα τελευταία χρόνια, ένα ευρύ φάσμα παραγόντων ερευνήθηκε ως προς το νευροπροστατευτικό τους ρόλο σε νευροτοξικά μοντέλα οξείας ντοπαμινεργικής εκφύλισης. Ο μεταλλαγμένος μυς “weaver” αποτελεί ένα μοναδικό γενετικό μοντέλο μελαινοραβδωτής νευροεκφύλισης, η οποία λαμβάνει χώρα ενδογενώς και προοδευτικά, αρχίζοντας μετά την 7η μετεμβρυϊκή ημέρα (Ρ7) και προσεγγίζοντας το 50% την 21η μετεμβρυϊκή ημέρα (Ρ21). Στην παρούσα μελέτη, προκειμένου να διερευνηθούν νευροπροστατευτικοί μηχανισμοί κατά τα πρώτα στάδια της νευροεκφυλιστικής διαδικασίας στο μυ “weaver”, και να επιτευχθεί μία πλειοτροπική θεραπευτική δράση, χορηγήθηκαν τρεις φαρμακευτικοί νευροπροστατευτικοί παράγοντες με διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης καθώς και ένα σχήμα συνδυασμού τους. Συγκεκριμένα, χορηγήθηκαν, μεμονωμένα και σε συνδυασμό, στους μυς “weaver” N-ακετυλοκυστεΐνη (ΝAC) (αντιοξειδωτική δράση), ασπιρίνη (αντιφλεγμονώδης δράση) και 17β οιστραδιόλη [Ε2] (αντιοξειδωτική, αντιαποπτωτική, νευροτροφική δράση) σε καθημερινή βάση από την Ρ1 μέχρι την Ρ21. Το νευροπροστατευτικό αποτέλεσμα αξιολογήθηκε με ανοσοϊστοχημικό προσδιορισμό των ντοπαμινεργικών νευρώνων της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας (SNpc) των μυών στους οποίους χορηγήθηκαν τα παραπάνω φάρμακα. Η χορήγηση των NAC και ασπιρίνης δεν επηρέασε την επιβίωση των ντοπαμινεργικών νευρώνων (DA) των weaver μυών. Αντίθετα η χορήγηση της 17β οιστραδιόλης οδήγησε σε σημαντική επιβίωση των DA νευρώνων της SNpc, της τάξης του 48%, στους weaver μυς που έλαβαν την αγωγή, συγκριτικά με τους weaver μυς που έλαβαν φυσιολογικό ορό. Επιπλέον η χορήγηση του συνδυασμού των τριών φαρμάκων (cocktail) προώθησε σε ακόμα μεγαλύτερο βαθμό την επιβίωση των DA νευρώνων της SNpc, σε ποσοστό 86%. Οι weaver μύες που έλαβαν το cocktail εμφάνισαν 26% περισσότερους DA νευρώνες σε σύγκριση με τους weaver μυς που έλαβαν μεμονωμένα 17β οιστραδιόλη προτείνοντας πιθανή συνεργιστική δράση μεταξύ 17β οιστραδιόλης και NAC. Η διερεύνηση του μηχανισμού της νευροεκφύλισης στην SNpc και της παρεχόμενης νευροπροστασίας από τη χορήγηση της 17β οιστραδιόλης και του cocktail πραγματοποιήθηκε σε δύο επίπεδα. Αρχικά με τον προσδιορισμό μιας σειράς δεικτών οξειδωτικού στρες όπως η υπεροξείδωση λιπιδίων και δείκτες της θειολικής κατάστασης του κυττάρου (GSH, GSSG, CSH NPSSC, PSH, PSSP, NPSH, NSPSSR). Ο προσδιορισμός της υπεροξείδωση λιπιδίων πραγματοποιήθηκε στο μεσεγκέφαλο και το ραβδωτό σώμα των φυσιολογικών και weaver μυών που έλαβαν φυσιολογικό ορό (saline +/+ και saline wv/wv), 17 β οιστραδιόλη (17β +/+ και 17β wv/wv) cocktail (cocktail +/+ και cocktail wv/wv). Τα επίπεδα της υπεροξείδωσης λιπιδίων, στο μεσεγκέφαλο, αυξήθηκαν περίπου κατά 98% στους saline wv/wv μυς συγκριτικά με τους saline +/+ δείχνοντας παρουσία έντονου οξειδωτικού στρες στην παθολογική κατάσταση των weaver μυών. Ήταν ενδιαφέρον όμως το γεγονός ότι η λιπιδική υπεροξείδωση ανεστάλη σε ποσοστό 27% στους 17β wv/wv ενώ επανήλθε στα φυσιολογικά επίπεδα στους cocktail wv/wv μύες. Από τους υπόλοιπους δείκτες που εξετάστηκαν μόνο το NPSSC έδειξε διαφορές μεταξύ saline +/+ και saline wv/wv, ενώ οι GSSG, PSSP και PSH ακολούθησαν παρόμοια αύξηση στους cocktail +/+ και cocktail wv/w. Οι παρατηρήσεις αυτές δείχνουν ότι οι συγκεκριμένοι δείκτες από μόνοι τους δεν μπορούν να δώσουν σαφή εικόνα της οξειδωτικής κατάστασης, καθώς αποτελούν ταχέως μεταβαλλόμενα συστατικά αντιοξειδωτικών κύκλων. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η έκφραση των γονιδίων Lasp1, Supt14h, Nr4a2 (nurr1), Dlg4 και του γονιδίου του μεταφορέα της σεροτονίνης (SERT), τα οποία φαίνονται να εμπλέκονται στα μονοπάτια της νευροεκφύλισης, στη μεσεγκεφαλική περιοχή και στο ραβδωτό σώμα των weaver μυών. Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στα επίπεδα έκφρασής τους με χρήση της τεχνικής RT-PCR σε καμία από τις υπό εξέταση περιοχές. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η 17β-οιστραδιόλη παρείχε σημαντική νευροπροστασία στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες, για πρώτη φορά, ενός μοντέλου in vivo, ενδογενούς, προοδευτικής μελαινοραβδωτής νευροεκφύλισης, του μοντέλου weaver. Στο μηχανισμό της νευροπροστατευτικής δράσης της Ε2 φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο η αντιοξειδωτική της δράση αφού η χορήγησή της αναστέλλει τη λιπιδική υπεροξείδωση. Επιπλέον η νευροπροστατευτική δράση της Ε2 ενδυναμώθηκε σημαντικά κατά τη συγχορήγηση του NAC, προτείνοντας την ύπαρξη συνέργειας μεταξύ της Ε2 και της GSH, για πρώτη φορά σε ένα in vivo μοντέλο νευροεκφύλισης. Η ενίσχυση του νευροπροστατευτικού αποτελέσματος από το cocktail δίνει ένα πρόσθετο επιχείρημα στην υπόθεση του αντιοξειδωτικού τρόπου δράσης της Ε2 αφού παράλληλα το cocktail επαναφέρει την υπεροξείδωση των λιπιδίων στα φυσιολογικά επίπεδα. Οι παρατηρήσεις αυτές προτείνουν την Ε2 ως μια μελλοντική υποψήφια φαρμακευτική αγωγή για νευροεκφυλιστικές καταστάσεις, όπως είναι η νόσος του Πάρκινσον, για τα θηλυκά βέβαια άτομα. Eπιπλέον προτείνουν ότι ο συνδυασμός της Ε2 και του NAC μπορεί να οδηγήσει σε εφαρμογή μικρότερων και κατά συνέπεια λιγότερο επιβαρυντικών, από άποψη παρενεργειών, δόσεων που θα οδηγεί σε ίδιο ή και μεγαλύτερο νευροπροστατευτικό αποτέλεσμα με τη μεμονωμένη χορήγηση της 17β-οιστραδιόλης. / Parkinson’s disease (PD) is characterized by the progressive degeneration of the nigrostriatal dopaminergic innervation that leads to motor disturbances. It is considered to be a multifactor disease, the etiology of which still remains unknown. Since currently available treatments are only symptomatic, having severe side-effects, neuroprotection from the early stages of the disease has been given much attention as a promising approach to PD management. Indeed, a broad range of agents has been investigated for their neuroprotective role in neurotoxical models of acute dopaminergic degeneration. “Weaver” mutant mouse represents a unique genetic model, in which the nigrostriatal neurodegeneration occurs endogenously and progressively, starting after postnatal day 7 (P7) and reaching 50% at P21. In the present study, aiming to identify neuroprotective mechanisms in the early progression of the “weaver” degenerative process and to achieve a potentially pleiotropic therapeutic action, we applied three pharmaceutical agents with different mechanisms of action, as well as a scheme combining them. Specifically, “weaver” mice were treated, individually and in combination, with N-acetylcysteine (NAC) (antioxidant), aspirine (anti-inflammatory) and 17b-estradiol [E2] (antioxidant, antiapoptotic, neurotrophic) daily, from P1 to P21. The neuroprotective effect was evaluated by immunohistochemical detection of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra (SNpc) of treated animals. The administration of ΝΑC and aspirine did not influence the survival of (DA) neurons of weaver mice. On the contrary, the administration of 17b estradiol led to significant survival of DA neurons of SNpc, approximately 48%, in weaver mice that received E2, comparatively with weaver mice that received saline. Moreover the administration of the combination of the three drugs (cocktail) promoted the survival of DA neurons of SNpc, approximately 86% to a higher degree. Weaver mice that received cocktail had 26% more DA neurons compared to weaver mice that received individually 17b estradiol, proposing a possible synergistic action between 17b estradiol and NAC. The investigation of mechanism of neurodegeneration in SNpc and provided neuroprotection by 17b estradiol and cocktail, was realised in two levels. Initiall, by determination of oxidative stress markers, like lipid peroxidation and markers of cellular thiol redox (GSH, GSSG, CSH NPSSC, PSH, PSSP, NPSH, NSPSSR). The determination of lipid peroxidation was realised in the midbrain and striatum of normal and weaver mice that received saline (saline +/+ and saline wv/wv), 17 b estradiol (17b +/+ and 17b wv/wv) cocktail (cocktail +/+ and cocktail wv/wv). Lipid peroxidation levels in the midbrain were increased about 98% in saline wv/wv mice comparatively with the saline +/+, showing the presence of intense oxidative stress in the weaver mutant mouse. It was interesting, however, the fact that lipid peroxidation was inhibited approximately 27% in 17b wv/wv mice, while it was reverted at the normal levels in cocktail wv/wv mice. Regarding to the other oxidative markers that were examined, only NPSSC showed differences between saline +/+ and saline wv/wv, while the GSSG, PSSP and PSH followed similar increasement in both cocktail +/+ and cocktail wv/w animals. This observation indicates that these markers alone cannot give a clear figure of oxidative situation, as they constitute rapidly altered components of antioxidant cycles. Afterwards, we investigated the expression of genes Lasp1, Supt14h, Nr4a2 (nurr1), Dlg4 and serotonin transporter’s gene (SERT), which appear to be involved in neurodegeneration pathways, in the midbrain ant striatum of normal and weaver mice. There were not observed differences in their expression levels (using the RT-PCR technique) in both regions investigated. The results of the present study, lead to the conclusion that 17b-estradiol provided important neuroprotection in the DA neurons, for the first time, in a model of in vivo, endogenous, progressive dopaminergic degeneration, the weaver model. The mechanism of E2’s neuroprotective effect appears to be antioxidant as the administration of E2 suspends lipid peroxidation. Moreover the E2’s neuroprotective effect was strengthened significantly by the co-treatment of NAC, proposing the existence of synergy between E2 and GSH, for the first time in an in vivo model of neurodegeneration. The reinforced cocktail’s result gives an additional argument in the hypothesis of antioxidant mechanism of E2’s action, as cocktail, at the same time, restores lipid peroxidation in normal levels. These observations propose E2 as a future candidate pharmaceutic treatment for neurodegenerative situations, like PD, of course for female individuals. Moreover they propose that the combined treatment of E2 and NAC, can lead to the application of lower and, in consequence, less aggravating doses, concerning the side effects, that will lead to same or even higher neuroprotective result with the individual administration of 17b-estradiol

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία, μέσω προγραμματισμού, μιας πειραματικής διάταξης αυτοματισμού που περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως πνευματικά έμβολα κλατικού τύπου ή τύπου μυών, αισθητήρες θέσης κλπ.- είτε ανεξάρτητα είτε συνδυασμός αυτών - και έναν Προγραμματιζόμενo Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Το κομμάτι του προγραμματισμού αναφέρεται στο PLC. Η πειραματική διάταξη αυτοματισμού που κατασκευάστηκε είναι ένας μηχανικός αναρριχητής. Η διάταξη αναρρίχησης αποτελείται απο 4 έμβολα / τεχνητούς μύες πεπιεσμένου αέρα προσαρμοσμένα στο ένα τους άκρο σε μια κοινή βάση (σώμα του αναρριχητή). Στο άλλο άκρο υπάρχει κατάλληλος μηχανισμός ολίσθησης που τους επιτρέπει να κινηθούν πάνω στην επιφάνεια των κάθετων δοκών αλουμινίου που συνθέτουν τη διαταξη προς αναρρίχηση. Κάθε μηχανισμός ολίσθησης διαθέτει μικρό έμβολο πεπιεσμένου αέρα με χρήση του οποίου επιτυγχάνουμε την παύση της ολίσθησης του άκρου. Η συνδυασμένη και διαδοχική έκταση-συστολή των εμβόλων προκαλεί την κίνηση προς τα πάνω ή προς τα κάτω του σώματος, το οποίο μιμείται κατά έναν τρόπο την αναρρίχηση του ανθρώπου σε σκάλα. Η λειτουργια της διάταξης έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ο αναρριχητής να φθάνει στο επιθυμητό ύψος το οποίο και θα ορίζεται απο τον χρήστη. Η αναρρίχηση στο επιθυμητό σημείο μπορεί να εκτελεστεί με τέσσερις (4) διαφορετικους τροπους: 1) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των άνω άκρων. 2) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των κάτω άκρων. 3) Αναρρίχηση με ταυτόχρονη λειτουργία των άνω και κάτω άκρων. 4) Αναρρίχηση με λειτουργία των άνω & κάτω άκρων και PID έλεγχο θέσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να ορίσει το επιθυμητό σημείο θέσης και να διαλέξει ένα από τα τέσσερα μοτίβα ανάβασης. Στα τρία πρώτα μοτίβα η έκταση και συστολή των μυών γίνεται με χρήση προκαθορισμένων τιμών πίεσης. Με αυτό το τρόπο για τα τρία αυτά σενάρια κίνησης ο έλεγχος θέσης προσεγγίζει τη διακοπτική ON/OFF θεωρία ελέγχου. Στο τέταρτο σενάριο, η ανάβαση πραγματοποιείται επίσης με το διακοπτικό ON/OFF τρόπο, ο τελικός όμως έλεγχος θέσης επιτυγχάνεται με χρήση PID ελεγκτή. Μετά την ολοκλήρωση ή και κατά την διάρκεια εκτέλεσης του εκάστοτε μοτίβου κίνησης, ο χρήστης έχει επίσης την δυνατότητα ενεργοποίησης της ρουτίνας κατάβασης που επιστρέφει τον αναρριχητή στην αρχική του θέση. / This Diploma Thesis consists of the construction and operation, through the means of programming, of an experimental automated system which includes equipment such as pneumatic cylinders (classic or muscle type), position sensors etc. - combined or independent – and a Programmable Logic Controller (PLC) which controls the functions of the automated system. The programming part is referred to the PLC. The experimental automated system that was constructed is that of a mechanical climber. The climber consists of 4 pneumatic cylinders / artificial muscles, the one end of which is attached to a common body. The other end is attached to a sliding mechanism which allows the movement of the muscles on the surface of the vertical aluminum beams that compose the climbing structure. A small pneumatic cylinder is attached on every sliding mechanism, which is used to stop the sliding of the muscles. The combined and successive outstroke and instroke of the cylinders causes the upward or downward movement of the climber’s body, which mimics in a way the movements of a human body while climbing a ladder. Those functions are designed so that the mechanical climber reaches a desired height, which is set by the user. The climb to the desired height can be executed with four (4) different movement patterns: 1) Climb using only the upper limbs. 2) Climb using only the lower limbs. 3) Climb using the upper and lower limbs simultaneously. 4) Climb using the upper and lower limbs and PID position control. The user can set the desired height and choose one of the four movement routines. During the first three movement patterns, the instroke and outstroke of the cylinders is done with the use of predetermined pressure values. In this way, during those patterns the position control approximates the ON/OFF control theory. During the fourth movement pattern, the climb is executed with the same ON/OFF way but the final position control is done by use of a PID controller. After the completion of a movement pattern, or even during movement, the user can always enable the descendance movement routine which returns the climber to its former position.

Το γονίδιο του ανθρώπινου μετατρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης ACE περιέχει έναν πολυμορφισμό δύο αλληλομόρφων που αποτελείται είτε από την παρουσία (I) είτε από την απουσία (D) ενός τμήματος 287 ζευγών βάσεων (bp). Πρόσφατες μελέτες έχουν προτείνει ότι το αλληλόμορφο Ι, μπορεί να σχετίζεται με απόδοση σχετιζόμενη με τη μυϊκή αντοχή. Αντιθέτως, το αλληλόμορφο D γονίδιο έχει συσχετισθεί με απόδοση σχετιζόμενη με τη μυϊκή ισχύ. Επιπλέον, έχει καταδειχθεί ότι η δραστικότητα του κυκλοφορούντος ACE (cACE) συσχετίζεται ευθέως με τη μυική ισχύ σε υγιείς ενήλικες. Η φυσιολογία και η βιοχημεία των αναπνευστικών μυών είναι παρόμοια με αυτή των σκελετικών μυών. Επομένως, η λειτουργικότητα των αναπνευστικών μυών και ιδίως του διαφράγματος, του πλέον σημαντικού αναπνευστικού μυ, μπορεί να επηρεάζεται αναλόγως. Η κόπωση των αναπνευστικών μυών μπορεί να οδηγεί σε αδυναμία διατήρησης του απαραίτητου κυψελιδικού αερισμού. Διάφορες μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί για να αξιολογηθούν οι ιδιότητες αντοχής των αναπνευστικών μυών. Ο διαφραγματικός δείκτης πίεσης-χρόνου (PTIdi) και ο μη επεμβατικός δείκτης πίεσης-χρόνου των αναπνευστικών μυών (PTImus), είναι δύο μέθοδοι εκτίμησης της αντοχής του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών, αντίστοιχα. Έχουν χρησιμοποιηθεί σε ενήλικες και παιδιά και έχουν τεκμηριωθεί σε νεογνά. Η διαφραγματική ισχύς και η ισχύς των αναπνευστικών μυών στα νεογνά μπορεί να αξιολογηθούν ειδικά με τη μέτρηση της μέγιστης δια-διαφραγματικής πίεσης (Pdimax) και της μεγίστης εισπνευστικής πίεσης αεραγωγών (Pimax), αντίστοιχα. Σκοπός. Να εξετασθεί η πιθανή συσχέτιση του πολυμορφισμού I/D του ACE και του κυκλοφορούντος ACE με την λειτουργικότητα του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών σε νεογνά. Δευτερεύων σκοπός ήταν ο προσδιορισμός της κατανομής του πολυμορφισμού I/D του ACE στον συγκεκριμένο πληθυσμό και η συσχέτισή του με την δραστικότητα του cACE. Υλικό και Μέθοδοι. Μελετήθηκαν νεογνά που είχαν εισαχθεί στην Μονάδα Εντατικής Νοσηλείας Νεογνών- Παιδιατρική κλινική του Πανεπιστημίου Πατρών. Τα Ι και D αλληλόμορφα του γονιδίου του ACE προσδιορίστηκαν με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR amplification) σε DNA το οποίο εξήχθη από 0,5 mL ολικού αίματος. Η δραστηριότητα του ACE ορού αξιολογήθηκε με τη χρησιμοποίηση μιας UV κινητικής μεθόδου. Η αντοχή του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών εκτιμήθηκαν με μέτρηση του διαφραγματικού δείκτη πίεση-χρόνου (PTIdi) και του δείκτη πίεσης-χρόνου των αναπνευστικών μυών (PTImus), αντίστοιχα. Η διαφραγματική ισχύς και η ισχύς των αναπνευστικών μυών στα νεογνά αξιολογήθηκαν με μέτρηση της μέγιστης δια-διαφραγματικής πίεσης (Pdimax) και της μεγίστης εισπνευστικής πίεσης αεραγωγών (Pimax), αντίστοιχα. Αποτελέσματα. Συνολικά εξετάστηκαν 171 νεογνά. Στην πρώτη μελέτη της διατριβής μελετήθηκαν 148 νεογνά, στην δεύτερη μελέτη 132 και στην τρίτη μελέτη 110 νεογνά. Η κατανομή του πολυμορφισμού του ACE στο συγκεκριμένο πληθυσμό βρέθηκε κοντά σε προηγούμενα αναφερόμενα στοιχεία. Τα νεογνά με Ι/Ι γονότυπο είχαν χαμηλότερο PTIdi και PTImus από τα νεογνά με γονοτύπους είτε D/D ή I/D. Η ανάλυση των επιμέρους στοιχείων των PTIdi και PTImus έδειξε ότι μόνο οι λόγοι Pdimean (μέση διαδιαφραγματική πίεση) προς Pdimax και Pimean (μέση πίεση αεραγωγών) προς Pimax, αντίστοιχα, ήταν χαμηλότεροι σε νεογνά με γονότυπο I/I έναντι των νεογνών με γονοτύπους είτε D/D είτε I/D. Οι Pdimax και Pimax δεν ήταν στατιστικά διαφορετικές ανάμεσα στις τρείς ομάδες. Ανάλυση βηματικής παλινδρόμησης κατέδειξε σημαντική συσχέτιση των γονότυπων του ACE με τις τιμές του PTIdi και του PTImus, ανεξαρτήτως παραγόντων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την λειτουργικότητα του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών. Νεογνά με το D/D γονότυπο είχαν αυξημένη δραστικότητα ACE ορού σε σχέση με νεογνά με I/I ή I/D γονοτύπους. Η δραστικότητα του cACE σχετιζόταν σημαντικά ευθέως με τη Pimax και αντιστρόφως με το PTImus. Συμπεράσματα. Στις μελέτες αυτής της διατριβής ανεδείχθη συσχέτιση ανάμεσα στους γονοτύπους του ACE και την αντοχή του διαφράγματος και γενικότερα των αναπνευστικών μυών όπως αξιολογείται με τη μέτρηση των PTIdi και PTImus, αντίστοιχα, σε νεογνά. Δεν ανεδείχθη συσχέτιση ανάμεσα στους γονοτύπους του ACE και την ισχύ του διαφράγματος και γενικότερα των αναπνευστικών μυών όπως αξιολογείται με τη μέτρηση των Pdimax και Pimax, αντίστοιχα, σε αυτό τον πληθυσμό. Εντούτοις, κατεδείχθη μια θετική συσχέτιση μεταξύ της δραστικότητας του ACE ορού και της ισχύος των αναπνευστικών μυών, όπως αυτή αξιολογείται από μετρήσεις της Pimax , και μια αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στη δραστικότητα του ACE ορού και του PTImus. Επιπλέον, δείχθηκε μια συσχέτιση του αλληλόμορφου D γονιδίου του γονοτύπου ACE με την αυξημένη δραστικότητα του cACE στα νεογνά. / The human ACE (angiotensin converting enzyme) gene contains a polymorphism consisting of either the presence (insertion, I) or absence (deletion, D) of a 287 base pair (bp) fragment. Recent studies have suggested that the I-allele may be associated with endurance performance. Conversely, D-allele has been associated with power-oriented performance. Moreover, it has been suggested that circulating ACE (cACE) activity is correlated with muscle strength in healthy adults. The physiological and biochemical properties of the respiratory and skeletal muscles are quite similar. Therefore, respiratory muscle and specific diaphragmatic function, may be similarly influenced. Fatigue of respiratory muscles may result in inability to maintain adequate alveolar ventilation. Several methods have been used to assess the endurance properties of respiratory muscles. Diaphragmatic pressure-time index (PTIdi) and the non-invasive pressure-time index of respiratory muscles (PTImus), are two methods of assessment of diaphragmatic and respiratory muscle endurance, respectively. They have been validated in both adults and infants. Diaphragmatic and respiratory muscle strength in infants can be assessed specifically, by measurement of maximum transdiaphragmatic pressure (Pdimax) and maximum inspiratory pressure (Pimax), respectively. Aims. To examine the possible association of the I/D genotypes of ACE and cACE, with diaphragmatic and respiratory muscle performance, in infants. Secondary aims were to identify the distribution of the I/D genotypes of ACE in the specific population and its association with cACE activity. Material and methods. Infants cared for at the Neonatal Intensive Care Unit- Paediatric Department of the University General Hospital of Patras, Greece, were eligible for the study. ACE genotyping was performed by polymerase chain reaction amplification on DNA, extracted from 0,5 ml of whole blood. Serum ACE activity was assayed by using a UV-kinetic method. The endurance of the diaphragm and the respiratory muscles was assessed by measurement of diaphragmatic pressure-time index (PTIdi) and pressure-time index of the respiratory muscles (PTImus), respectively. Diaphragmatic and respiratory muscle strength was assessed by measurement of maximum transdiaphragmatic (Pdimax) and maximum inspiratory (Pimax) pressures, respectively. Results. One hundred seventy one infants were recruited. One hundred fourty eight infants were included in the first study, one hundred thirty two in the second study and one hundred ten in the third study of this thesis. The distribution of the I/D genotypes of ACE in the specific population was close to previous reported data. Infants with I/I ACE genotype had lower PTIdi and PTImus than infants with either D/D or I/D genotypes. Analysis of the components of the PTIdi and PTImus has shown that the ratios of Pdimean to Pdimax and Pimean to Pimax , only, were lower in infants with the I/I genotype, compared to infants with either the D/D or I/D genotypes. Neither Pdimax, nor Pimax were statistically different between the three groups. A stepwise regression analysis revealed that ACE genotypes were significantly related to the PTIdi and PTImus measurements, independent of other factors that may affect diaphragmatic and respiratory muscle function. Infants with D/D genotype had significantly higher serum ACE activity than infants with I/I or I/D genotypes. Circulating ACE activity was significantly related to Pimax and inversely related to PTImus. Conclusions. In the studies of this thesis, an association between ACE genotypes and the endurance of the diaphragm and the respiratory muscles, assessed by measurement of PTIdi and PTImus, respectively, was demonstrated, in infants. No such association was demonstrated between ACE genotypes and strength of the diaphragm and the respiratory muscles, assessed by measurement of Pdimax and Pimax, respectively, in the specific population. However, a positive correlation between serum ACE activity and respiratory muscle strength, assessed by measurement of Pimax and and a negative correlation between serum ACE activity and PTImus, was shown. Moreover, an association of D-allele of ACE genotype with increased circulating ACE activity in infants, was demonstrated.

Η προσομοίωση της κίνησης των ζώων αποτελεί αντικείμενο έρευνας στον τομέα της ρομποτικής από το 1960. Έκτοτε έχουν κατασκευαστεί πολλά ρομπότ τα οποία εξομοιώνουν πλήρως την κίνηση των θηλαστικών, των πτηνών και των ερπετών και συμπεριφέρονται ακριβώς όπως αυτά. Συγκεκριμένα στον τομέα των ερπετών ο Hirose το 1972 παρουσίασε το τον ACMIII, το πρώτο φίδι ρομπότ, το οποίο μπορούσε να κινηθεί μόνο σε λεία επιφάνεια, προσομοιώνοντας την κίνηση του φιδιού. Εν συνεχεία, με την πρόοδο της τεχνολογίας και τον πνευματικό κόπο χιλιάδων επιστημόνων, κατασκευάστηκαν διάφορα εξελιγμένα μοντέλα ρομπότ-φιδιών με τεράστιες δυνατότητες. Αποτελεί, πλέον, πραγματικότητα η ύπαρξη ρομπότ-φιδιών, που μπορούν να κινηθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια. Στη διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε η κατασκευή και η λειτουργία ενός σύνθετου ενεργοποιητή αποτελούμενου από μια συστοιχία πνευματικών μυών πεπιεσμένου αέρα και ελεγχόμενου μέσω ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC). Τα έμβολα συνδέονται μεταξύ τους είτε με σταθερή είτε με ελεύθερη άρθρωση επιτρέποντας στη συστοιχία να κινηθεί ευθύγραμμα ή καμπυλόγραμμα αντίστοιχα. Κατά την ευθύγραμμη κίνηση η κατασκευή αποτελείται από 7 τεχνητούς μύες, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με σταθερή άρθρωση και τροφοδοτούνται από ψηφιακές βαλβίδες. Επίσης, η συστοιχία είναι εφοδιασμένη με μια συμπαγή σιδερένια κατασκευή ως ουρά και έναν αυτοσχέδιο μηχανισμό φρένων. Ο χρήστης, αφού φορτώσει το αντίστοιχο πρόγραμμα στην CPU του PLC, με το πάτημα ενός μπουτόν ξεκινά την κίνηση της διάταξης. Στο πρόγραμμα αυτό χρησιμοποιείται ένα πλήθος από χρονομετρητές οι οποίοι καθορίζουν πότε πραγματοποιείται η διαστολή και η συστολή των εμβόλων ρυθμίζοντας έτσι τη συμπεριφορά του πνευματικού ενεργοποιητή. Στην παρούσα διπλωματική αναλύθηκαν 3 μοτίβα ευθύγραμ-μης κίνησης. Στο πρώτο μοτίβο η συστολή και η διαστολή είναι ανεξάρτητες, στο δεύτερο έχουμε διαδοχική συστολή/διαδοχική διαστολή και στο τρίτο η διαστολή επικαλύπτει τη συστολή. Η διακοπή της κίνησης γίνεται μέσω του μπουτόν λήξης. Για το σενάριο της οφιοειδούς και της πλάγιας κίνησης η κατασκευή αποτελείται από 5 τεχνητούς πνευματικούς ενεργοποιητές. Οι 4 χρησιμοποιούνται ως ενεργό μέρος της συστοιχίας, ενώ ο πέμπτος ως κεφαλή. Ανάμεσα στα έμβολα υπάρχει αρθρωτή ζεύξη με δυνατότητα κίνησης. Έτσι, κατά τη συστολή και την διαστολή των μυών δημιουργείται μια γωνία μεταξύ τους. Ρυθμίζοντας αυτή τη γωνία κατάλληλα μέσω της πίεσης επιτυγχάνουμε την οφιοειδή κίνηση του σύνθετου πνευματικού ενεργοποιητή. Ο χρήστης μέσω μπουτόν έχει τη δυνατότητα να ελέγχει την κίνηση της συστοιχίας. Επιλέγει την έναρξη και τη λήξη της κίνησης καθώς και το αναποδογυρίζει. Στην ευθύγραμμη κίνηση εστιάσαμε την προσοχή μας στην εύρεση του βέλτιστου πλάνου κίνησης ώστε να επιτευχθεί το γρηγορότερο αποτέλεσμα. Από την άλλη μεριά στην καμπυλόγραμμη κίνηση τα πράγματα δεν ήταν τόσο απλά. Κύριο ζητούμενο εδώ ήταν η προσομοίωση της οφιοειδούς κίνησης. Η αδυναμία εφαρμογής του θεωρητικού υπόβαθρου που ήδη υπάρχει για τα φίδια-ρομπότ, εξαιτίας της ασυμμετρίας της κατασκευής, της αδυναμίας να επιτευχθούν οι επιθυμητές γωνίες λόγω παραμόρφωσης του σκελετού και της μη γραμμικής συμπεριφοράς της, οδήγησαν στη διενέργεια πολλών πειραμάτων ώστε να υπερκεραστούν οι δυσκολίες και να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Παράλληλα, στην πλάγια κίνηση μελετήθηκε η ικανότητα μετακίνησης της συστοιχίας σε ανισόπεδα τερέν. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων παρουσιάστηκε μια πληθώρα προβλημάτων τα οποία έπρεπε να αντιμετωπιστούν τόσο στην ευθύγραμμη όσο και στην οφιοειδή κίνηση. Λόγω της μεγάλης δύναμης που ασκούν οι μύες κατά την εκτόνωσή τους και του μικρού συντελεστή τριβής του εδάφους του εργαστηρίου, η συστοιχία κατά τη διαστολή των εμβόλων ολίσθαινε προς τα όπισθεν, δημιουργώντας έτσι σημαντική καθυστέρηση στην συνολική μετακίνηση της συστοιχίας. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου αυτού χρησιμοποιήθηκε ένα σιδερένιο βαρίδιο και ένα αυτοσχέδιο φρένο στην “ουρά” της συστοιχίας, που συγκρατούσαν τη συστοιχία κατά τη διαστολή των μυών και την ωθούσαν προς τα εμπρός. Αυτή η μεγάλη δύναμη των μυών ήταν πρόβλημα και για την καμπυλόγραμμη κίνηση, καθώς προκαλούσε παραμόρφωση του σκελετού, εισάγοντας έτσι σημαντικούς περιορισμούς στη μέγιστη πίεση των μυών. Ταυτόχρονα, οδηγούσε σε “χαλάρωση” των βιδών που συγκρατούσαν την κινούμενη άρθρωση. Εκτός αυτών, ένα επιπλέον εμπόδιο που παρουσιάστηκε ήταν η παρακώλυση της κίνησης από τους σωλήνες που τροφοδοτούσαν τα έμβολα. Αυτό το θέμα ήταν μείζονος σημασίας για την οφιοειδή κίνηση, καθώς αν δεν ομαδοποιούνταν κατάλληλα οι σωλήνες, η μετακίνηση της συστοιχίας ήταν μηδενική. Τέλος, οι βαλβίδες έπρεπε να είχαν τη δυνατότητα της εύκολης μετακίνησης, καθώς, λόγω του περιορισμένου μήκους σωλήνων, εισάγονταν περιορισμοί στο διάστημα που μπορούσε να διανύσει η συστοιχία. Τα θέματα αυτά αντιμετωπίσθηκαν με πρακτικούς τρόπους ώστε η μεταφορά των βαλβίδων να γίνεται εύκολα και με ασφάλεια, χωρίς να παρενοχλείται η κίνηση. Εν κατακλείδι, το αποτέλεσμα της προσπάθειας αυτής ήταν να δημιουργηθεί ένας σύνθετος ενεργοποιητής, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να κινείται πλάγια, ευθύγραμμα, καθώς και να προσομοιώνει την κίνηση του φιδιού σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό με μικρό όμως αποτέλεσμα ως προς την ταχύτητα. Η χρήση αισθητήρων για μέτρηση της γωνίας που δημιουργείται μεταξύ των εμβόλων και η κατασκευή πιο ανθεκτικού σκελετού, ώστε να αντέχει στη μεγάλη δύναμη που ασκούν οι μύες, θα οδηγούσαν σε ένα καλύτερο αποτέλεσμα αλλά θα ξέφευγε από τα όρια της εργασίας αυτής. / --

Η δημιουργία του εγκεφαλικού φλοιού στηρίζεται στη διαδοχική εμφάνιση πληθυσμών προγονικών νευρώνων, οι οποίοι δίνουν γένεση σε νευρικά και γλοιακά κύτταρα. Κατά την νευρογένεση όλοι οι νευρώνες του εγκεφαλικού φλοιού προέρχονται από το νευροεπιθήλιο που βρίσκεται δίπλα από τις πλευρικές κοιλίες. Τα νευροεπιθηλιακά κύτταρα αρχικά διαιρούνται με σκοπό την δημιουργία ικανού αριθμού πρόδρομων κυττάρων που θα δώσουν γένεση στον αναπτυσσόμενο φλοιό. Αργότερα, τα κύτταρα αυτά, διαφοροποιούνται προς τις άλλες κατηγορίες πρόδρομων κυττάρων και προς τους διαφοροποιημένους νευρώνες. Η πρωτεΐνη Geminin έχει προταθεί ως ένα μόριο που ρυθμίζει τόσο τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό όσο και την κυτταρική διαφοροποίηση. Προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος της πρωτεΐνης Geminin in vivo στη δημιουργία νευρώνων, πραγματοποιήθηκαν πειράματα υπερέκφρασης της Geminin στον αναπτυσσόμενο εγκεφαλικό φλοιό του μυός κατά την Ε14.5 dpc. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας δείχνουν ότι η υπερέκφραση της Geminin οδηγεί στην αύξηση του αριθμού των κυττάρων της ανώτερης στοιβάδας και μείωση του αριθμού των κυττάρων της κατώτερης στοιβάδας. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματά μας προτείνουν ότι η Geminin συμμετέχει στη ρύθμιση του πληθυσμού των φλοιϊκών νευρώνων. / Cortical development is a highly ordered process, involving the timely orchestration of the appearance of different neural progenitor lineages, which succeed one another in order to generate the neurons and glia comprising the cortex.During neurogenesis, the cortical neurons are originated from the neuroepithelium that lies next to the lateral vesicles. At the beginning, neuroepithelial cells divide in order to expand their population and to create the number of progenitor cells that would give rise to the neurons and glia that comprise the cortex. Geminin has been shown to regulate cell proliferation, fate determination and organogenesis, representing a potential link between these processes. In order to investigate the in vivo role of Geminin in the creation of the cortical neurons, we performed overexpression experiments with of Geminin in the developing mouse cortex. Our results indicate that overexpression of Geminin in the developing cerebral cortex increases the number of the upper layer cells and reduces the number of the deep layer cells at E14.5 dpc. Our work suggests that Geminin is a molecule that participates in the regulation of the correct number of cortical progenitors and neurons in the cerebral cortex.

Η νόσος Parkinson είναι μία νόσος νευροεκφυλιστικής φύσεως, η οποία αναπτύσσεται προοδευτικά και χαρακτηρίζεται κλινικά από κινητική δυσλειτουργία. Τα αίτια της νόσου μέχρι σήμερα είναι άγνωστα. Η εκφύλιση της ντοπαμινεργικής μελαινοραβδωτής οδού στη νόσο Parkinson οδηγεί σε επακόλουθη ελάττωση του νευροδιαβιβιστή ντοπαμίνη στο ραβδωτό σώμα και σε διαταραχή της ισορροπίας της λειτουργίας του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων, γεγονός που έχει ως συνέπεια την εμφάνιση των κινητικών συμπτωμάτων της νόσου. Ο μυς weaver αποτελεί ένα εξαιρετικό πειραματικό μοντέλο για τη διαλεύκανση των μηχανισμών που ευθύνονται για την προοδευτική εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων, η οποία λαμβάνει χώρα ενδογενώς και προοδευτικά. Στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε ο πιθανός ρόλος του οξειδωτικού στρες και της απόπτωσης στη νευροεκφύλιση των μυών weaver. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν οι εγκεφαλικές περιοχές που εμπλέκονται άμεσα ή έμμεσα στη μελαινοραβδωτή νευροεκφύλιση καθώς και η παρεγκεφαλίδα. Επίσης, στις παραπάνω περιοχές, μελετήθηκε η έκφραση των αποπτωτικών/αντι-αποπτωτικών γονιδίων της οικογένειας bcl-2 καθώς και η έκφραση των προστατευτικών θερμοεπαγόμενων γονιδίων, Hsp27 και Hsp70. Οι παραπάνω μελέτες έγιναν σε φυσιολογικούς και weaver μύες 21 ημερών επειδή στο στάδιο αυτό η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων έχει φτάσει στο 42% και οι ντοπαμινεργικοί δενδρίτες είναι ήδη μειωμένοι κατά 76%. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα της διατριβής συνοψίζονται στα παρακάτω: Οι weaver μύες παρουσίασαν σημαντική αύξηση του οξειδωτικό στρες στη παρεγκεφαλίδα και στο μεσεγκέφαλο που είναι οι εγκεφαλικές περιοχές στις οποίες συμβαίνει νευροεκφύλιση. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι το οξειδωτικό στρες πιθανόν να συμμετέχει στη νευροεκφύλιση των περιοχών αυτών. Επίσης η παρεγκεφαλίδα και ο μεσεγκέφαλος εμφάνισαν υψηλά επίπεδα κατακερματισμένου DNA. Σημαντικά επίπεδα κατακερματισμένου DNA εμφάνισαν και άλλες περιοχές του εγκεφάλου που εξετάστηκαν. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι η απόπτωση πιθανόν να συμμετέχει στη νευροεκφύλιση των περιοχών αυτών. Τόσο τα επίπεδα έκφρασης του αντιαποπτωτικού γονιδίου bcl2 όσο και τα επίπεδα έκφρασης των προστατευτικών και αντιαποπωτικών γονιδίων Hsp27 και Hsp70, βρέθηκαν αυξημένα στη παρεγκεφαλίδα των Weaver μυών υποδηλώνοντας ότι τα κύτταρα της παρεγκεφαλίδας επιστρατεύουν αμυντικούς μηχανισμούς έναντι του οξειδωτικού στρες και της απόπτωσης. / The Parkinson disease is a neurodegeneration disease that develops progressively and it is clinically characterized by motor disturbances. The degeneration of nigrostriatal dopaminergic innervations in Parkinson disease leads to subsequent decrease of dopamine neurotransmitter in corpus striatum and to disturbance of operational equilibrium of basal ganglia circuit. The result of this is the motor symptoms that the disease appears. The weaver mouse constitutes an excellent Parkinson model for understanding the mechanisms which are responsible for the progressive degeneration of the dopaminergic neurons. The roles of oxidative stress and apoptosis in the neurodegeneration of weaver mice were investigated. The brain regions that are involved directly or indirectly in nigrostriatal dopaminergic innervations as well as cerebellum were examined. In addition, the expression of the apoptotic/antiapoptotic genes of bcl-2 family as well as the expression of the protective heat shock protein genes, Hsp27 and Hsp70. were examined in the above brain regions. The results and conclusions of this work are summarized bellow: The weaver mice showed significant increase of the oxidative stress in cerebellum and midbrain which are the major regions where neurodigeneration takes place. These results suggest that oxidative stress is probably involved in the neurodigeneration of these regions. All brain regions of weaver mice examined showed significant increases in fragmented DNA with the higher fragmentation taking place in the cerebellum and in midbrain. These results suggest that apoptosis is may involved in the neurodegeneration of all these regions. The expression levels of the antiapoptotic gene bcl-2 as well as the expression of the protective heat shock protein genes, Hsp27 and Hsp70, were found to increase in the cerebellum of the weaver mice suggesting that the cerebellum cells recruit defense mechanisms against oxidative stress and apoptosis.