Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη της σκληρωτιακής διαφοροποίησης στις τέσσερις βασικές μορφές της στους μυκηλιακούς μύκητες S. rolfsii, S. sclerotiorum, R. solani και S. minor σε σχέση με το οξειδωτικό στρες. Ως μάρτυρες για τους υπό μελέτη μύκητες χρησιμοποιήθηκαν αντίστοιχα μη σκληρωτιογόνα στελέχη. Τα πιο σημαντικά υπεροξείδια που συμβάλλουν στην δημιουργία οξειδωτικού στρες είναι: α) η ρίζα του σουπεροξειδίου (O2•-), που είναι το πρωταρχικό αίτιο του οξειδωτικού στρες, β) το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), που κυρίως προκύπτει από την ένωση δύο μορίων O2•- (αντίδραση αυτοοξειδοαναγωγής) και γ) τα λιπιδικά υδροϋπεροξείδια (LOOH), που είναι από τα πρώιμα αποτελέσματα του οξειδωτικού στρες, λόγω της προσβολής των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων. Επειδή λοιπόν στην διεθνή βιβλιογραφία δεν υπήρχε κατάλληλη μεθοδολογία για τον προσδιορισμό του O2•-, αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος εφαρμόσιμη εκτός από τους υπό μελέτη μύκητες, σε όλους τους οργανισμούς. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε η ποσοτικοποίηση της συγκέντρωσης των βασικών ενζύμων που σχετίζονται με τα προαναφερθέντα υπεροξείδια τα οποία είναι: α) η δισμουτάση του O2•- (SOD), που επιταχύνει την αντίδραση αυτοοξειδοαναγωγής, β) η καταλάση (CAT), που καταναλώνει το H2O2, γ) οι μη εξειδικευμένες υπεροξειδάσες (NSPX) που χρησιμοποιούν το H2O2 και τα LOOH σαν υπόστρωμα για να οξειδώνουν άλλα μόρια και δ) η οξειδάση της ξανθίνης (ΧΟ), που ανιχνεύεται για πρώτη φορά σε μύκητες και είναι υπεύθυνη μεταξύ άλλων και για την παραγωγή του O2•- και H2O2 στους οργανισμούς. Ακόμη, έγινε εκτίμηση της οξειδωτικής καταστροφής των μεμβρανικών λιπιδίων με τη μέτρηση των αλδεϋδικών παραγώγων της υπεροξείδωσης των λιπιδίων (MDA). Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν οι εξής εξωγενείς τροποποιητές των παραπάνω μορίων: α) μιμητές της SOD β) H2O2 γ) υδροϋπεροξείδιο του κουμενίου (λιπιδικό υδροϋπεροξείδιο) και δ) αμινοτριαζόλη (αναστολέας της CAT). Τα αποτελέσματα της μελέτης επιβεβαίωσαν την αναγκαιότητα της ανάπτυξης της νέας μεθόδου ποσοτικοποίησης του O2•-. Συγκεκριμένα, δείχθηκε ότι οι τέσσερις μορφές σκληρωτιακής διαφοροποίησης εξαρτώνται άμεσα από το οξειδωτικό στρες, και ότι οι σχετιζόμενοι με αυτό παράγοντες που εξετάστηκαν σε αυτή τη μελέτη μεταβάλλονται με διαφορετικό τρόπο σε κάθε μορφή σκληρωτιακής διαφοροποίησης. Τα βασικότερα συμπεράσματα αυτής της μελέτης είναι: α) το O2•- φαίνεται ότι παίζει έμμεσο ρόλο στην έναρξη της σκληρωτιογένεσης των μυκήτων S. rolfsii και S. sclerotiorum και άμεσο στων μυκήτων R. solani και S. minor και κύρια πηγή παραγωγής του O2•- είναι τα μιτοχόνδρια και δευτερευόντως η ΧΟ β) η SOD που υπάρχει σε όλους τους μύκητες χρησιμοποιείται από αυτούς για τη μετατροπή του O2•- σε H2O2 γ) η ΧΟ που μέχρι σήμερα δεν ήταν γνωστή η ύπαρξή της στους μύκητες, καθώς και η EC-SOD αλλά και το EC-H2O2, δεν σχετίζονται με τη διαφοροποίηση και ως γνωστόν μπορεί να εμπλέκονται στην προσβολή των φυτών ξενιστών από τους μύκητες αυτούς δ) το H2O2 επάγει την έναρξη της σκληρωτιογένεσης δρώντας σαν παράγοντας σημειακού κυτταρικού πολλαπλασιασμού ε) η CAT που υπάρχει σε όλους τους μύκητες στο αδιαφοροποίητο μόνο στάδιο, μάλλον χρησιμοποιείται από αυτούς ώστε ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός να μην γίνεται σε μεγάλη ένταση και αναστείλλει την σημειακή διαφοροποίηση ζ) οι NSPX που εντοπίζονται σε όλους τους μύκητες φαίνεται ότι ελέγχουν τα επίπεδα του H2O2 κυρίως στο διαφοροποιημένο στάδιο η) τα LOOH φαίνεται να δρουν στις μεμβράνες των μυκήτων και σχετίζονται με διαδικασίες μεταβίβασης κυτταρικών μηνυμάτων που επηρεάζουν τον κυτταρικό κύκλο θ) οι μιμητές της SOD Tiron και Tempol, που είχαν ανασταλτική δράση στην διαφοροποίηση θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως μη τοξικά αντιμυκητιακά παρασκευάσματα. / The purpose of this dissertation was the study of sclerotial differentiation, represented by four basic sclerotial types expressed by the filamentous fungi S. rolfsii, R. solani, S. sclerotiorum and S. minor in relation to oxidative stress. Non-sclerotium producing fungi were used as controls of the corresponding wild type strains. The most important peroxides that are responsible for oxidative stress are: a) superoxide radical (O2•-), the primary cause element of oxidative stress, b) hydrogen peroxide (H2O2), produced by the reaction between two O2•- (dismutation reaction), and c) lipid hydroperoxides (LOOH), the primary consequences of oxidative destruction due to free radical attack to polyunsaturated fatty acids. Since there was not available any appropriate method for the quantification of O2•-, a new method was developed for the purpose of this study and its applicability was extended to any organism. In addition, the estimation of the concentration of certain enzymes that regulate the levels of the peroxides mentioned above was also used. These enzymes are a) superoxide dismutase (SOD), which catalyzes the dismutation reaction, b) catalase (CAT), which destroys H2O2, c) non-specific peroxidases (NSPX), which use either H2O2 or LOOH as substrates in order to oxidize other molecules and d) xanthine oxidase (XO), which was detected for the first time in fungi and is responsible, among other functions, for the production of O2•- in organisms. Furthermore, the aldehydic adducts of lipid peroxidation (MDA) were measured in order to evaluate the oxidative destruction of membrane lipids. Finally, specific externally added modulators of the above molecules were used, like: a) SOD mimetics b) H2O2 c) cumene hydroperoxide (lipid hydroperoxide) and d) aminotriazole (CAT inhibitor). The results of this study verified the need for the development of the new method for the quantification of O2•-. Specifically, it was found that the four studied types of sclerotial differentiation are directly related with oxidative stress, and that its components, tested in this study, are formed and changed variously, depending on the type of sclerotial differentiation. The most important conclusions of this study are: a) O2•- plays an indirect role in the initiation of sclerotiogenesis in fungi S. rolfsii and S. sclerotiorum, while in R. solani and S. minor its role is direct, and the main source that produces it in all four fungi are mitochondria and secondarily the ΧΟ enzyme, b) SOD is used by these fungi in order to convert O2•- to H2O2 via the dismutation reaction, c) ΧΟ which was found for the first time in fungi as well as EC-SOD and EC-H2O2, are not related with differentiation and possibly they are involved in tha attack of target plants by these fungi, d) H2O2 induces the initiation of sclerotiogenesis acting as a cell proliferating factor, e) CAT which was found in all fungi only in the undifferentiated stage, is probably used by them in order to control cell proliferation so as to avoid inhibition of sclerotiogenesis, f) NSPX are possibly used by these fungi in order to control H2O2 concentration mainly in the differentiated stage, g) LOOH appear to act on cell membrane and are related to signal transduction processes which affect cell cycle and h) SOD mimetics Tiron and Tempol, which reduced differentiation could be used as non-toxic fungicides.

The KDV-process uses catalytic depolymerisation to convert biomass into diesel oil. The environmental performance of KDV-diesel in a proposed KDV-plant located in the County of Jämtland, Sweden, was assessed using Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The functional unit of the study was one litre of KDV-diesel and the environmental impact categories that were considered were Global Warming Potential (GWP), Eutrophication Potential (EP) and Acidification Potential (AP). The acquisition of wood biomass significantly affected the life cycle performance of KDV-diesel production in all three impact categories. When benchmarked against conventional diesel oil, KDV-diesel contributed significantly less to GWP, since there are no fossil carbon dioxide (CO2) emissions from the use phase, but it contributed more to EP and AP due to slightly higher emissions in the production phases. This conclusion holds true for five investigated electricity-supply scenarios for the production of KDV-diesel. Each scenario utilised a different source for electricity production: wind power; hydro power; nuclear power; coal power; and using part of the produced KDV-diesel for on-site electricity production. Another scenario analysis compared an alternative use of the wood biomass and assumed that the same amount of wood biomass was used to generate bio-electricity, instead of being converted into KDV-diesel. The scenario analysis indicated that whether wood biomass should be used for KDV-diesel production or for bio-electricity production depends on the type of electricity that is used throughout the life cycle of KDV-diesel. / KDV-processen använder katalytisk depolymerisering för att omvandla biomassa till dieselolja. Miljöprestanda för KDV-diesel från en föreslagen KDV-anläggning i Jämtland län, Sverige, har studerats med livscykelanalys (LCA) metodik. Studiens funktionella enhet var en liter av KDV-diesel och de studerade miljöpåverkanskategorierna var Klimatpåverkan (GWP), Övergödning (EP) och Försurning (AP). Skogsbruket påverkade signifikant livscykelprestanda för KDV-dieselproduktion från trädbiomassa i de tre studerade miljöpåverkanskategorierna. Kontrasterad mot konventionell dieselolja bidrog KDV-diesel betydligt mindre till GWP eftersom det inte finns några utsläpp av fossil koldioxid (CO2) under användningsfasen, men bidrog samtidigt mer till EP och AP på grund av något högre utsläpp i produktionsfasen. Denna slutsats gäller för fem olika elförsörjning scenarier för produktion av KDV-diesel som studerats. Varje scenario använde olika typ av elproduktion: vindkraft; vattenkraft; kärnkraft; kolkraft; samt att använda en del av den producerade KDV-diesel för egen elproduktion. En annan scenarioanalys studerade alternativ användning av trädbiomassan och antog att samma mängd träbiomassa användes för att generera bio-elektricitet istället för KDV-diesel. Scenarioanalysen visade att utfallet för ifall träbiomassan borde användas för produktion av KDV-diesel eller bio-electricitet beror på typen av elproduktion som används för KDV-diesels livscykel. / Η διαδικασία KDV χρησιμοποιεί καταλυτικό αποπολυμερισμό για τη μετατροπή βιομάζας σε καύσιμο ντίζελ. Οι περιβαλλοντικές επιδόσεις του KDV-ντίζελ σε μια προτεινόμενη μονάδα KDV που βρίσκεται στην περιφέρεια Γιέμτλαντ της Σουηδίας, αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο Αξιολόγησης του Κύκλου Ζωής (LCA). Η λειτουργική μονάδα της μελέτης ήταν ένα λίτρο KDV-ντίζελ και οι κατηγορίες περιβαλλοντικών επιπτώσεων που εξετάστηκαν ήταν το Δυναμικό Θέρμανσης του Πλανήτη (GWP), το Δυναμικό Ευτροφισμού (EP) και το Δυναμικό Οξίνισης (AP). Η απόκτηση της βιομάζας ξύλου επηρέασε σημαντικά την απόδοση του κύκλου ζωής της παραγωγής KDV-ντίζελ και στις τρεις κατηγορίες περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Σε σύγκριση με το συμβατικό πετρέλαιο ντίζελ, το KDV-ντίζελ συνέβαλε σημαντικά λιγότερο στο GWP, δεδομένου ότι δεν υπάρχουν εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ορυκτής προέλευσης κατά τη φάση της χρήσης, αλλά συνέβαλε περισσότερο στο EP και στο AP λόγω ελαφρώς υψηλότερων εκπομπών στις φάσεις της παραγωγής. Το συμπέρασμα αυτό ισχύει για πέντε σενάρια παροχής ηλεκτρισμού για την παραγωγή του KDV-ντίζελ που μελετήθηκαν. Σε κάθε σενάριο χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική πηγή ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού: αιολική ενέργεια, υδροηλεκτρική ενέργεια, πυρηνική ενέργεια, ηλεκτροπαραγωγή με καύση άνθρακα και χρήση μέρους του παραγόμενου KDV-ντίζελ για επιτόπια παραγωγή ηλεκτρισμού. Μια διαφορετική ανάλυση σεναρίου συνέκρινε μια εναλλακτική χρήση της βιομάζας ξύλου, υποθέτοντας ότι η ίδια ποσότητα βιομάζας ξύλου χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή βιο-ηλεκτρισμού, αντί να μετατραπεί σε KDV-ντίζελ. Η ανάλυση σεναρίου κατέδειξε ότι η χρήση της βιομάζας ξύλου για την παραγωγή KDV-ντίζελ ή για την παραγωγή βιο-ηλεκτρισμού εξαρτάται από την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού καθ’όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής του KDV-ντίζελ.

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.

- / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προγραμματισμός και ο έλεγχος του ρομποτικού βραχίονα Katana s400 6M90 της εταιρίας Neuronics AG σε διάφορα περιβάλλοντα. Ο ρομποτικός βραχίονας έχει προγραμματιστεί στο περιβάλλον της γλώσσας C++, της γλώσσας C, του Matlab και του Labview. Βασικό στόχο αποτέλεσε η δημιουργία προγραμμάτων, τα οποία θέτουν τον ρομποτικό βραχίονα σε εκτέλεση βασικών λειτουργιών και κινήσεων. Τα προγράμματα αυτά δημιουργήθηκαν στο περιβάλλον της γλώσσας C++ και του Matlab. Προγράμματα για πιο σύνθετες λειτουργίες υλοποιήθηκαν στο περιβάλλον προγραμματισμού της γλώσσας C και του Labview. Στα προγράμματα αυτά συμπεριλαμβάνεται και ο έλεγχος του ρομπότ μέσω κάρτας ψηφιακών εισόδων/εξόδων (IOs), που είναι ενσωματωμένη στην βαθμίδα ελέγχου του ρομπότ. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε έλεγχος μέσω εφαρμογών TCP/IP, μέσω των οποίων δίνεται η δυνατότητα προγραμματισμού του ρομπότ από κάποια απομακρυσμένη θέση. Επιπρόσθετο στόχο αποτέλεσε η ανάπτυξη εφαρμογής, στην οποία χρησιμοποιήθηκε PLC για τον έλεγχο του ρομπότ σε συνδυασμό με μια μεταφορική ταινία, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τη μεταφορά αντικειμένων. Κατά την εφαρμογή αυτή, το ρομπότ ελέγχθηκε μέσω της κάρτας ψηφιακών εισόδων/εξόδων. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ορθή και αντίστροφη κινηματική ανάλυση και ορισμός του χώρου εργασίας του ρομποτικού βραχίονα. / The purpose of the present graduation study is the programming and control of the robotic arm Katana s400 6M90G, which belongs to the corporation Neuronics AG, under various softwares. The robotic arm has been programmed under a C++ and a C–based software, and under the development environments of Matlab and LabView. The main purpose was the creation of programs, which set the robot in mode of execution of main movements and functions. These programs were created in the environments of C++ and Matlab. Programs for more complex functions were created in the environment of C and LabView. These programs, also, include control via digital inputs/outputs (IOs) card, which is set in the control board of the robot. Moreover, control via TCP/IP applications has been accomplished, through which the user has the ability to program the robot while using a remote pc. An additional purpose was the development of an application, in which a plc and a conveyor were used. In this application, the robot was controlled via the digital inputs/outputs (IOs) card. Finally, direct kinematics and inverse kinematics analysis are presented, such as robot’s workspace definition.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή μιας διάταξης που παρακολουθεί συνεχώς τη θέση του ήλιου στον ουρανό και στρέφει αντίστοιχα ένα φωτοβολταϊκό πάνελ κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μεγιστοποιείται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτό και επομένως και η ενεργειακή του απόδοση (solar tracker). Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η εφαρμογή, το ίδιο το φωτοβολταϊκό πάνελ χρησιμοποιήθηκε ως ανιχνευτής της θέσης του ήλιου στον ουρανό απλουστεύοντας έτσι την κατασκευή και μειώνοντας το κόστος της καθώς δεν χρειάστηκαν επιπλέον αισθητήρες. Συγκεκριμένα, ανά τακτά χρονικά διαστήματα δειγματοληπτούνταν η τιμή της τάσης στα άκρα του φωτοβολταϊκού πάνελ από τον μικροελεγκτή msp430F169 της εταιρείας texas instruments, αποθηκεύονταν στους καταχωρητές του και αφού μετατρεπόταν το σήμα από αναλογικό σε ψηφιακό συγκρινόταν με τις προηγούμενες τιμές. Ανάλογα με το αποτέλεσμα της σύγκρισης, ο μικροελεγκτής έδινε εντολή στον κινητήρα που κατεύθυνε το φωτοβολταϊκό πάνελ να κινηθεί στην αντίστοιχη κατεύθυνση. Η διαδικασία επαναλαμβανόταν μέχρις ότου βρεθεί το σημείο εκείνο όπου η τάση στα άκρα του γίνεται μέγιστη. Το σύστημα που κατασκευάσαμε περιλαμβάνει κίνηση γύρω από έναν άξονα. Συγκεκριμένα παρακολουθεί την αζιμουθιακή κίνηση του ήλιου ξεκινώντας από την ανατολή (Earth) και καταλήγοντας στη δύση (West). / The present thesis deals with the study and construction of a solar tracker that constantly detects the sun position to the sky and directs correspondingly a photovoltaic panel in order to maximize the intensity of solar radiation prostrating to it and as a result, its energy performance as well. In order the application to be realized, the same photovoltaic panel was used as detector of the sun position to the sky, simplifying the construction and reducing its cost, as no further sensors were required. Particularly, the point-to-point voltage value of the photovoltaic panel was regularly sampled by the microcontroller msp430F169 of the Texas Instruments Company, it was saved to the register, and after the signal was being converted from analog to digital, it was being compared to the previous value. Depending on the result of the comparison, the microcontroller ordered the motor directing the photovoltaic panel to move across the corresponding direction. The process was being repeated until a point was found were the point-to-point voltage value was the maximum. The system created includes motion around one axis. Particularly, it observes the azimuthal solar motion starting from East and ending to West

Η θανατηφόρος δράση του βακτηρίου του άνθρακα (Bacillus anthracis), στο οποίο οφείλεται η καλούμενη ως νόσος του άνθρακα, εντοπίζεται στη συνεργό δράση τριών εκλυόμενων τοξινών του και ειδικότερα στην πρωτεολυτική δράση του θανατηφόρου παράγοντα (anthrax Lethal Factor, LF). Ο LF είναι μία μεταλλοπρωτεάση ψευδαργύρου και ισχυρή τοξίνη, η οποία απελευθερώνεται στον οργανισμό στα πρώτα στάδια προσβολής του ατόμου από το βακτήριο. Το ενεργό/καταλυτικό κέντρο του αναγνωρίζει και υδρολύει με εξαιρετική εξειδίκευση πεπτιδικά υποστρώματα ΜΚΚ κινασών, αναστέλλοντας τις διαδικασίες μεταγωγής σήματος στα κύτταρα του μολυσμένου ξενιστή επιφέροντας το θάνατό του. Από την άλλη, η εξειδικευμένη πρωτεολυτική ικανότητα του LF έναντι αυτών των κινασών, οι οποίες πρόσφατα συσχετίστηκαν με ανάπτυξη καρκινικών όγκων, ενδέχεται να αποτελέσει μια καινοτόμο θεραπευτική οδό για την αντιμετώπιση καρκινικών όγκων εν τη γενέση τους. Ωστόσο, ο μηχανισμός της αλληλεπίδρασης σε μοριακό επίπεδο και της πρωτεολυτικής διάσπασης των υποστρωμάτων του LF παραμένει μέχρι και σήμερα αδιευκρίνιστος και συνεπώς χρήζει ιδιαίτερης μελέτης. Προς αυτή την κατεύθυνση εστιάστηκε το ενδιαφέρον της διατριβής έχοντας ως πρωτογενείς στόχους την in silico μελέτη της αλληλεπίδρασης, σε μοριακό επίπεδο, του καταλυτικού κέντρου του LF με τα υποστρώματα των ΜΚΚ κινασών που υδρολύει, και την μελέτη μέσω Φασματοσκοπίας NMR της δομής και δυναμικής του ενεργού κέντρου του LF σε ελεύθερη μορφή, το οποίο ευρίσκεται στο C-τελικό άκρο του. Με την εφαρμογή τεχνικών προσομοίωσης πρόσδεσης και μοριακής δυναμικής πραγματοποιήθηκε in silico μελέτη των συμπλόκων LF-υποστρώματα, και προσδιορίστηκε ένα ευρύ φάσμα αλληλεπιδράσεων, όχι μόνο γύρω από το μεταλλικό/καταλυτικό κέντρο αλλά και σε απόσταση 20 Å στην περιοχή δέσμευσης του Zn2+, υποδεικνύοντας έτσι τους δομικούς παράγοντες που πιθανόν καθορίζουν το είδος της αλληλεπίδρασής ενζύμου με τις κινάσες που υδρολύει, παρέχοντας έτσι σημαντικές πληροφορίες για τον σχεδιασμό και την αναζήτηση βιοδραστικών μορίων με φαρμακευτικό ενδιαφέρον έναντι στον LF. Τα δεδομένα αυτά μπορούν επίσης να αξιοποιηθούν σε μελέτες δομής-δράσης με σημειακές και/ή πολλαπλές μεταλλάξεις. Με την χρήση φασματοσκοπίας NMR, πραγματοποιήθηκε μελέτη της δομής και δυναμικής του ενεργού κέντρου του LF σε ελεύθερη μορφή (apoLF672-776). Η επίλυση των τρισδιάστατων NMR δομών του apoLF672-776 έδωσαν μια εξαιρετικά σαφή εικόνα για τη δομή του ενεργού κέντρου του LF, το οποίο βρίσκεται σε συμφωνία με τις υπάρχουσες κρυσταλλικές δομές. Τα συγκεκριμένα ΝΜR δεδομένα μπορούν να αξιοποιηθούν σε μελέτες με NMR υπό το καθεστώς αλληλεπίδρασης του LF με τα πεπτιδικά υποστρώματά του και χαρακτηρισμό της δυναμικής της αλληλεπίδρασης, όπως επίσης και τον υπολογισμό της συγγένειας δέσμευσής τους. / The anthrax toxin of the bacterium Bacillus anthracis consists of three distinct proteins, one of which is the anthrax lethal factor (LF). LF is a gluzincin Zn-dependent, highly specific metalloprotease with a molecular mass of ~90 kDa that cleaves most isoforms of the family of mitogen-activated protein kinase kinases (MEKs/MKKs) close to their amino termini, resulting in the inhibition of one or more signaling pathways. Previous studies on the crystal structures of uncomplexed LF and LF complexed with the substrate MEK2 or a MKK-based synthetic peptide provided structure-activity correlations and the basis for the rational design of efficient inhibitors. However, in the crystallographic structures, the substrate peptide was not properly oriented in the active site due to the absence of the catalytic zinc atom. The primary target of the thesis was to examine in silico the LF-MEK/MKK interaction along the catalytic channel up to a distance of 20 Å from the zinc atom, using docking and molecular dynamics protocols. This residue-specific view of the enzyme-substrate interaction provides valuable information about: (i) the substrate selectivity of LF and its inactivation of MEKs/MKKs, (an issue highly important not only to anthrax infection, but also to the pathogenesis of cancer), and (ii) the discovery of new, previously unexploited, hot-spots of the LF catalytic channel that are important in the enzyme/substrate binding and interaction. Given the importance of the interaction between LF and substrate for the development of anti-anthrax agents as well as the potential treatment of nascent tumours, the analysis of the structure and dynamic properties of the LF catalytic site are essential to elucidate its enzymatic properties. The thesis interest was oriented then to the solution structure of the catalytic domain of apo LF and present data on its dynamics. The solution nuclear magnetic resonance (NMR) structure and mobility studies of the catalytic domain of apoLF672-776 reveals that the conformation of the C-terminal construct of the LF catalytic domain and the orientation of the six helical motifs are remarkably similar to the native structure, indicating the LF polypeptides catalytic site as reliable models of the enzyme active centre.

Η εξελικτική δυσλεξία είναι μια ειδική μαθησιακή δυσκολία στην κατάκτηση του γραπτού λόγου που δεν σχετίζεται με χαμηλό νοητικό δυναμικό, ελλιπείς εκπαιδευτικές ευκαιρίες ή κάποιο εμφανές αισθητηριακό ή νευρολογικό πρόβλημα. Σύμφωνα με την «υπόθεση των φωνολογικών αναπαραστάσεων», που έχει υποστηριχθεί από δεδομένα στην αγγλική γλώσσα, τα άτομα με δυσλεξία παρουσιάζουν δυσκολία στην επαρκή αποθήκευση και ανάσυρση ακολουθιών ήχων που απαρτίζουν λέξεις, δηλαδή στη διαμόρφωση επαρκών «φωνολογικών αναπαραστάσεων». Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε συστηματικά η παραπάνω υπόθεση. Δύο ομάδες 25 (επιλεγμένων από την κοινή τάξη) και 20 (με επίσημη διάγνωση από το ΚΕΔΔΥ) δυσλεξικών μαθητών εξετάστηκαν παράλληλα με δύο ομάδες ελεγχου: η πρώτη ίδιας χρονολογικής ηλικίας και καλής αναγνωστικής ικανότητας και η δεύτερη μικρότερης χρονολογικής ηλικίας και ανάλογης αναγνωστικής ικανότητας με τους δυσλεξικούς. Διαπιστώθηκαν ήπιες δυσκολίες των δυσλεξικών αναφορικά με την ποιότητα των φωνολογικών τους αναπαραστάσεων, όπως αξιολογήθηκε από την ικανότητά τους στην κατονομασία εικόνων. Από την άλλη, οι συσχετίσεις της επίδοσής τους στην κατονομασία εικόνων με επιδόσεις σε δοκιμασίες επεξεργασίας εξερχόμενης και εισερχόμενης φωνολογικής πληροφορίας, αλλά και φωνολογικής επίγνωσης, βασισμένων μάλιστα στα ίδια στοιχεία του λεξικού με εκείνα που είχαν χρησιμοποιηθεί στη δοκιμασία κατονομασίας εικόνων, δεν ήταν σε όλες τις περιπτώσεις ιδιαίτερα ισχυρές. Πιθανοί αιτιολογικοί παράγοντες για τις δυσκολίες των δυσλεξικών μαθητών στο φωνολογικό επίπεδο διερευνήθηκαν τόσο σε γνωστικό όσο και σε αντιληπτικό επίπεδο. Σε γνωστικό επίπεδο, ο παράγοντας της «συχνότητας» της φωνολογικής αναπαράστασης φάνηκε να σχετίζεται ισχυρότερα με την ποιότητα των φωνολογικών αναπαραστάσεων όλων των μαθητών ανεξάρτητα από το επίπεδο αναγνωστικής ικανότητας, σε σχέση με τον παράγοντα του «αριθμού των συλλαβών». Τέλος, σε αντιληπτικό επίπεδο εξετάστηκαν δύο παράμετροι της ακουστικής αντίληψης ως πιθανοί αιτιολογικοί παράγοντες των δυσκολιών των δυσλεξικών στη φωνολογική επεξεργασία: α. η αντίληψη ταχύτατα παρουσιαζόμενων ακουστικών ερεθισμάτων (Tallal) και β. η αντίληψη του κέντρου του ακουστικού ερεθίσματος (p-center, Goswami). Τα αποτελέσματα δεν φαίνεται να υποστηρίζουν τις υποθέσεις για πιθανά ελλείμματα στις συγκεκριμένες παραμέτρους ακουστικής αντίληψης που εξετάστηκαν. / Developmental dyslexia is a specific learning difficulty in acquiring literacy skills that manifests despite normal IQ, adequate educational opportunity and in the absence of any obvious sensory or neurological damage. According to the “Phonological Representations Hypothesis”, a hypothesis that has been supported by research in English, a core deficit for individuals with dyslexia is a difficulty in accurately storing and retrieving the sound sequences that make up words, or “phonological representations”. In this thesis the “Phonological Representations Hypothesis” of dyslexia was tested and elaborated. Two groups of 25 (chosen from normal classes) and 20 (with formal diagnosis from the National Center of Diagnosis, Differential Diagnosis and Educational Support of Greece) dyslexics were assessed alongside chronological age and reading ability matched groups. Mild difficulties of dyslexics were found as far as the quality of the phonological representations is concerned, as indexed by picture naming. Assossiations between performance in picture naming and performance on related input and output phonological processing tasks and phonological awareness taks were not in all cases strong. Possible reasons for dyslxexic’s phonological difficulties were investigated at both cognitive and perceptual levels. As far as the cognitive level is concerned, “frequency” rather than “ length” of the phonological representation was found to be associated more strongly with the quality of the phonological representation of all students independently of their reading ability. As far as the perceptual level is concerned, two different explanatory factors for dyslexic’s difficulties in phonological processing were assessed: a. perception of rapidly presented auditory stimuli (Tallal, 1980) and b. perception of the perceptual center of acoustic signals (p-center, Goswami, 2002). Results are not stronlgy supportive of the two hypotheses tested concerning deficits in parameters of perception of acoustic stimuli.

Οι μεγάλης εκτάσεως μεταρρυθμιστικές προσπάθειες που εφαρμόστηκαν στο δυτικό κόσμο τις τελευταίες δεκαετίες δεν κατέληξαν σε θεαματικά αποτελέσματα. Μπορεί να βελτιώθηκαν οι ικανότητες των εκπαιδευτικών και να εμπλουτίστηκαν οι γνώσεις τους, αλλά δεν κατόρθωσαν να ενεργοποιήσουν τη δημιουργικότητα τους. Αντίθετα τα τελευταία χρόνια εκφράζεται η άποψη ότι εστιασμένες παρεμβάσεις στα σχολεία, που το καθένα έχει τη δική του δυναμική ενδεχομένως να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά. Για τους λόγους αυτούς στη διατριβή αυτή διερευνώνται διαδικασίες μέσα από τις οποίες ένα σχολείο μπορεί να ενεργοποιηθεί και να προωθήσει βελτιωτικές αλλαγές αξιοποιώντας τις δικές του δυνάμεις. Γίνεται απόπειρα να διαμορφωθεί ένα σύνθετο εργαλείο,το πορτραίτο, που θα μπορούσε να συμβάλλει σε προσπάθειες αυτοβελτίωσης του σχολείου. Στόχο του έχει να παράσχει μία εικόνα του σχολείου ως προς την ηγεσία για τη μάθηση, να δημιουργήσει κουλτούρας ανοιχτής και σοβαρής συζήτησης και να βοηθήσει τα μέλη της σχολικής κοινότητας να εντοπίσουν εστίες ανάπτυξης. Συνδυάζει ποσοτικά και ποιοτικά εργαλεία, που λειτουργούν συμπληρωματικά, στοχεύει στην οικοδόμηση γνώσης και συμβάλλει στη γεφύρωση της επιστημονικής με την εμπειρική γνώση. / The extensive reform efforts in the western world the recent decades didn’t end up to spectacular results. There might be improvements in the skills of teachers and enrichment of their knowledge but they didn’t manage to activate creativity. To the contrary in recent years there is a view that focused interventions in schools, each with a different dynamic, could be more effective. For these reasons this thesis researches processes through which a school can activate and promote improvement utilizing each own capability.There is an effort to format a complex tool, the portrait, which could contribute to self improvement efforts of the school. Its goal is to provide a picture of the school in regard to shared leadership for learning, to create a culture of open and in depth discussion and assist the members of the school community to identify possible focal points of growth.It combines quantitative and qualitative tools with complementary function, aims at knowledge building and bridges scientific and empirical knowledge.

Στην παρούσα μελέτη παρουσιάσαμε τα αποτελέσματα της λειτουργικής απεικόνισης με SPECT αιμάτωσης εγκεφάλου σε δύο διαφορετικές παθολογικές καταστάσεις, την νόσο του Παρκινσον και τη δευτεροπαθή δυστονία. Στο πρώτο μέρος της μελέτης διερευνήσαμε την ακεραιότητα της μελανοραβδωτής οδού και την αιματική εγκεφαλική ροή στα διάφορα στάδια της νόσου Parkinson. Στη μελέτη συμμετείχαν συνολικά 53 ασθενείς (27 άνδρες, 26 γυναίκες) που πληρούσαν τα κριτήρια της Ιδιοπαθούς νόσου του Parkinson και αξιολογήθηκαν σύμφωνα με την κλίμακα Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS) καθώς και την κλίμακα Hoehn-Yahr. Οι ασθενείς χωρίστηκαν σε 4 ομάδες σύμφωνα με την κλίμακα Hoehn-Yahr. Το πρωτόκολλο μελέτης των 53 ασθενών περιελάμβανε 2 απεικονιστικές εξετάσεις: Α) το SPECT εγκεφάλου με το ραδιοφάρμακο 123Ι- Ioflupane (DaTSCAN) και Β) το SPECT αιμάτωσης εγκεφάλου με το ραδιοφάρμακο 99m Tc-ECD (Neurolite ). Η νόσος Πάρκινσον είναι ένα υποκινητικό σύνδρομο και όπως καταδείξαμε από τη μέλετη ασθενών σε διάφορα στάδια της νόσου, το πρότυπο της αιμάτωσης του εγκεφάλου είναι αυτό της σταδιακής προσβολής περιοχών του φλοιού ως συνέπεια της απόσχισης των συνδέσεων του κυκλώματος βασικών γαγγλίων με το φλοιό. Συγκεκριμένα αποδείξαμε ότι στα αρχικά στάδια της νόσου παρατηρείται υποαιμάτωση περιοχών του μετωπιαίου λοβού (κινητικών, προκινητικών και περιοχών του προμετωπαίου λοβού) ενώ σε πιο προχωρημένα στάδια η προσβολή του φλοιού επεκτείνεται σε περιοχές του βρεγματικού και κροταφικού λοβού. Επίσης βρέθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ της ειδικής σύνδεσης του ρ/φ στον αριστερό κερκοφόρο πυρήνα και της αιματικής εγκεφαλικής ροής στην περιοχή DLPFC του προμετωπιαίου λοβού αριστερά, καθώς επίσης και μεταξύ της ειδικής σύνδεσης του ρ/φ στο αριστερό κέλυφος και της αιματικής εγκεφαλικής ροής στην πρωτοταγή κινητική περιοχή αριστερά. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας μελετήσαμε 21 ασθενείς με Ιδιοπαθή νόσο Parkinson που πληρούσαν τα κριτήρια για χειρουργική αντιμετώπιση με εν τω βάθει εγκεφαλικό ερεθισμό (DBS). Οι ασθενείς ήταν 11 γυναίκες και 10 άνδρες, μέσης ηλικίας 63±8 χρόνια, μέσης διάρκειας της νόσου 11.5±4.8 και σταδίου 2.9±0.8 κατά Hoehn and Yahr. Οι ασθενείς αυτοί υπεβλήθησαν σε 2 ξεχωριστές μελέτες SPECT αιμάτωσης εγκεφάλου, η πρώτη πριν το χειρουργείο (meds off) και η δεύτερη 6 μήνες μετά το χειρουργείο (DBS on/ off meds). Οι δύο αυτές μελέτες συγκρίθηκαν μεταξύ τους με το πρόγραμμα Neurogam και εξετάστηκαν συγκεκριμένα οι μεταβολές στην αιματική εγκεφαλική ροή των κινητικών περιοχών του εγκεφάλου. Παράλληλα εξετάσθηκε η κινητική βελτίωση των ασθενών κλινικά και με βάση την κλίμακα mUPDRS. Τα αποτελέσματα της μελέτης ήταν πολύ καλά καθώς οι 20 ασθενείς παρουσίασαν σημαντική κλινική βελτίωση μειώνοντας την κλίμακα mUPDRS κατά 44% και τη χορηγούμενη δόση levodopa από 850 ± 108 mg πριν το χειρουργείο σε 446 ± 188 mg στο διάστημα επανελέγχου. Επίσης στους 6 μήνες παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της αιματικής εγκεφαλικής ροής στην προκινητική και πρωτοταγή κινητική περιοχή του εγκεφαλικού φλοιού κατά 10.9% και σημαντική συσχέτιση αυτής με την κινητική βελτίωση των ασθενών (r=.89, p<.001). Από τη μελέτη μας προκύπτει ότι το DBS είναι ικανό να άρει την υποαιμάτωση τουλάχιστον των κινητικών περιοχών του φλοιού, οδηγώντας στην κινητική βελτίωση των ασθενών. Στο τρίτο μέρος της μελέτης μας ασχοληθήκαμε με την μελέτη ασθενών με δευτεροπαθή δυστονία που αποτελεί ένα υπερκινητικό σύνδρομο με ετερογένεια όσον αφορά την αιτιολογία του. Συγκεκριμένα μελετήσαμε το αποτέλεσμα της δράσης του DBS στην περιοχική αιματική εγκεφαλική ροή των κινητικών περιοχών του φλοιού σε συνάρτηση με το κλινικό αποτέλεσμα. Στο πρωτόκολλο πριελήφθησαν 6 ασθενείς με φαρμακευτικά ανθεκτική δευτεροπαθή δυστονία που υπεβλήθησαν σε DBS. Οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε SPECT αιμάτωσης εγκεφάλου σε δύο διαφορετκές λειτουργικές καταστάσεις μετεγχειρητικά: DBS on & DBS off κατάσταση. Οι δύο μελέτες συγκρίθηκαν μεταξύ τους με το πρόγραμμα Neurogam. Η κινητική εκτίμηση των ασθενών έγινε με την κλίμακα Burke–Fahn–Mardsen Dystonia Rating Scale (BFMDRS) στις δυο διαφορετικές καταστάσεις (DBS on & DBS off). Δύο ασθενείς έδειξαν άριστη κλινική βελτίωση στον επανέλεγχο, σε δύο άλλους τα αποτελέσματα ήταν μέτρια και σε δύο τα αποτελέσματα της επέμβασης κρίθηκαν φτωχά. Ο μέσος βαθμός βελτίωσης της κλίμακας BFMDRS ήταν 49.1% (0–90.7%). Επίσης η ανάλυση των SPECT μελετών έδειξε σημαντική μείωση της rCBF στην κατάσταση on DBS κάτι που συσχετίστηκε με την κλινική βελτίωση. Όσον αφορά το μηχανισμό δράσης του εν τω βάθη εγκεφαλικού ερεθισμού, παρά τις πολλαπλές θεωρίες που υπάρχουν, φαίνεται, τουλάχιστον από το δικό μας μικρό δείγμα ασθενών, να λειτουργεί με το να επαναρυθμίζει το υπάρχων παθολογικό λειτουργικό κύκλωμα σε ένα νέο πιο αρμονικό ρυθμό, προσφέροντας στους ασθενείς μία νέα οδό επικοινωνίας του συστήματος των βασικών γαγγλίων με το φλοιό και στις περισσότερες περιπτώσεις να καταφέρνει να προσφέρει κινητική βελτίωση. / In the present study we present the results of functional brain imaging with regional Cerebral Blood Flow SPECT (rCBF SPECT) in two different neurological disorders; Parkinson’ Disease (PD) and Secondary Dystonia. In the first case of Parkinson’s Disease, our first purpose was to investigate the differences and associations between cortical perfusion and nigrostriatal dopamine pathway in different stages of Parkinson’s disease (PD). For that purpose we recruited 53 non-demented PD patients divided into four groups according to the Hoehn and Yahr (HY) staging system. Each patient underwent two separate brain single photon emission computed tomography (SPECT) studies (perfusion and dopamine transporter binding). Perfusion images of each patient were quantified and compared with a normative database provided by the NeuroGam software manufacturers. Compared with controls, PD patients showed impairments of cerebral perfusion that increased with clinical severity. Furthermore Dopamine transporter binding in the left caudate nucleus and putamen significantly correlated with blood flow in the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and primary motor cortex respectively. We concluded that there are significant perfusion deficits, that are associated with PD progression, implying a multifactorial neurodegeneration process apart from dopamine depletion in the substantia nigra pars compacta (SNc). Given the fact that high-frequency deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) has become an established therapeutic approach for the management of patients with medically intractable idiopathic Parkinson’s disease (PD), our second purpose was to to assess regional cerebral blood flow (rCBF) changes related to motor improvement after Deep Brain Stimulation of the Subthalamic Nucleus (STN DBS). For that purpose we studied twenty-one PD patients (11 females and 10 males, mean age 63±8, mean disease duration 11.5±4.8, mean Hoehn and Yahr stage:2.9±0.8), that underwent two rCBF SPECT studies at rest, once preoperatively in the off-meds state and the other postoperatively (at 6±2 months) in the off-meds/on-stimulation state. Patients were classified according to the Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS) and Hoehn and Yahr (H&Y) scale. Neurogam software was used to register, quantify and compare two sequential brain SPECT studies of the same patient in order to investigate rCBF changes during STN stimulation in comparison with preoperative rCBF. The results showed that all patients presented clinical improvement during the first months after surgery resulting in a 44% reduction of the UPDRS motor score. The administered mean daily levodopa dose significantly decreased from 850 ± 108 mg before surgery to 446 ± 188 mg during off meds state (p < .001, paired t-test). At the 6 month postoperative assessment we noticed rCBF increases in the pre-supplementary motor area (pre-SMA) and the premotor cortex (PMC) (mean rCBF increase=10.9%), the dorsolateral prefrontal cortex and in associative and limbic territories of the frontal cortex (mean rCBF increase=8.2%). A correlation was detected between the improvement in motor scores and the rCBF increase in the pre-SMA and PMC (r=.89, p<.001). Our study suggests that STN stimulation leads to improvement in neural activity in the frontal motor/associative areas. The correlation between motor improvement and rCBF increase in higher order motor cortical areas suggests that even the short term stimulation achieves its therapeutic benefit by restoring the activity within these cortical regions. In the third part of our study we investigated the effect of deep brain stimulation (DBS) on regional cerebral blood flow (rCBF) in cases of secondary dystonia in correlation with clinical outcomes. For that purpose we studied six patients with medically intractable secondary dystonia who underwent DBS surgery. Burke–Fahn–Mardsen Dystonia Rating Scale (BFMDRS) was used for the assessment of dystonia, in the on & off DBS state. Single photon emission computed tomography (SPECT) of the brain was performed postoperatively in the two stimulation states (ON-DBS and OFFDBS) and the changes of rCBF in the three following brain regions of interest (ROIs): primary motor cortex, premotor and supplementary motor cortex, and prefrontal cortex were evaluated. Two patients exhibited excellent response to DBS, two patients got moderate benefit after the procedure, and in two patients, no clinical improvement was achieved. A mean improvement of 49.1% (0–90.7%) in BFMDRS total scores was found postoperatively. Brain SPECT data analysis revealed an overall decrease in rCBF in the investigated ROIs, during the ON-DBS state. Clinical improvement was significantly correlated with the observed decrease in rCBF in the presence of DBS. We concluded that when conservative treatment fails to relieve severely disabled patients suffering from secondary dystonia, DBS may be a promising therapeutic alternative. Moreover, thiat study indicates a putative role of brain SPECT imaging as a postoperative indicator of clinical responsiveness to DBS.