Οι όγκοι εγκεφάλου αποτελούν μια ομάδα όγκων με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Η ογκογένεση έχει συσχετισθεί σε αρκετούς όγκους, ανάμεσά τους και ορισμένοι όγκοι εγκεφάλου, με την πρωτείνη θερμικού σοκ 90 (Hsp90). Σε πρόσφατες μελέτες, έχει αποδειχθεί η η συμμετοχή της Hsp90 στην αποδόμηση της ογκοκατασταλτικής πρωτείνης pVHL, η οποία είναι απαραίτητητη για την αποδόμηση του μεταγραφικού παράγοντα που ενεργοποιείται στην υποξία (HIF-1α). Επιπλέον, έχει βρεθεί πως οι ανταγωνιστές της Hsp90 μειώνουν τα επίπεδα έκφρασης του VEGFR-3. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η εκτίμηση των επιπέδων έκφρασης των μορίων Hsp90, pVHL, HIF-1α και VEGFR-3 στους όγκους εγκεφάλου και οι πιθανές συσχετίσεις μεταξύ τους. Εξετάσθηκαν συνολικά 89 óγκοι εγκεφάλου με την ανοσοϊστοχημική μέθοδο. Στους αστροκυτταρικούς όγκους, η Ηsp90 φαίνεται πως οδηγεί στη σταθεροποίηση του HIF-1α μέσω της σύνδεσής της με τη pVHL. Στα μυελοβλαστώματα από την άλλη, ο HIF-1α ρυθμίζεται από τη Hsp90 με τρόπο ανεξάρτητο από τη pVHL. Βρέθηκε συσχέτιση της έκφρασης του VEGFR-3 με τη Hsp90 αλλά και τον HIF-1α σε ομάδα όγκων του εγκεφάλου, η βιολογική συμπεριφορά των οποίων θα πρέπει να διερευνηθεί. / Brain tumors constitute a special group of tumors. In many tumors, including brain tumors, tumorigenesis has been associated with heat shock protein 90 (Hsp90). ). Recent studies have demonstrated that Hsp90 is essential for the degradation of tumor suppressor protein, pVHL, which is essential for the degradation of Hypoxia Induced Factor 1α (HIF-1α). In addition,it has been proved that Hsp90 antagonists, reduce the expression VEGFR-3. the aim of the current study was to estimate the levels of expression of Hsp90, pVHL, HIF-1α and VEGFR-3 in brain tumors and the possible correlations among them.89 human brain tumors were studied immunohistochemically. In astrocytic tumors, Hsp90 seems to stabilize HIF-1α, through binding to pVHL. On the other hand, in medulloblastomas, HIF-1α seems to be regulated by Hsp90, in a way that seems to be independent from pVHL. We found a correlation between the expression of VEGFR-3 and Hsp90 and HIF-1α in a group of brain tumors, the biological behavior of which must be studied.

Αναφορές για την υποξία ή ακόμη και την ανοξία, υπήρχαν παγκοσμίως σε όλη τη διάρκεια των γεωλογικών ετών. Ωστόσο, η αρνητική τάση της συγκέντρωσης του οξυγόνου στις θάλασσες, που καταγράφεται μετά το 1950, σε συνδυασμό με τις αυξημένες διαστάσεις που λαμβάνει καθημερνά η υποξία, αλλά και τις δυσοίωνες προβλέψεις για ετήσια μελλοντική μείωση των συγκεντρώσεων του οξυγόνου, έχουν οδηγήσει στο χαρακτηρισμό της ως ένα παγκόσμιο πρόβλημα. Ο συνδυασμός φυσικών και ανθρωπογενών διεργασιών, αλλά και οι αρνητικές επιδράσεις του ευτροφισμού, ως αποτέλεσμα της παροχής μεγάλων ποσοτήτων θρεπτικών αλάτων αζώτου και φωσφόρου, σχετίζονται άμεσα με την παγκόσμια αύξηση των υποξικών περιοχών. Ανάμεσα στα πιο επιρρεπή περιβάλλοντα στην εμφάνιση υποξικών/ανοξικών συνθηκών είναι οι ημί-κλειστοι κόλποι. Η επικράτηση ή ακόμη και η εκδήλωση υποξικών συνθηκών σε ένα τέτοιο περιβάλλον, εκτός από την αρνητική επίδραση που έχει στους οργανισμούς και τα ενδιαιτήματά τους, επηρεάζει άμεσα αφενός την τροφική αλυσίδα και αφετέρου τις βιογεωχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του. Ο Αμβρακικός Κόλπος, αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα ημί-κλειστου κόλπου, τύπου φιόρδ, στη Μεσόγειο, εφόσον το μοναδικό σημείο επικοινωνίας του με την ανοιχτή θάλασσα είναι ο στενός δίαυλος του Ακτίου. Παρά τη σημαντικότητα του συγκεκριμένου περιβάλλοντος, η εξέλιξη και η ανάπτυξη του ανθρώπινου παράγοντα, έχουν οδηγήσει το οικοσύστημα του κόλπου σε ιδιαίτερα οριακό σημείο, υποβαθμίζοντας συνεχώς την ποιότητα των υδάτων του. Σκοπό της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής, αποτέλεσε η παρακολούθηση, κατανόηση και ερμηνεία του τρόπου λειτουργίας ενός Μεσογειακού κλειστού κόλπου, συμπεριλαμβανομένης της υδροδυναμικής κυκλοφορίας και των φυσικοχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του, καθώς επίσης και η ανάδειξη της δυναμικής και του μηχανισμού δημιουργίας της υποξικής/ανοξικής ζώνης που χαρακτηρίζει ένα τέτοιο περιβάλλον. Για την επίτευξη των προαναφερθέντων, πραγματοποιήθηκε συστηματική παρακολούθηση των φυσικοχημικών, ωκεανογραφικών και μετεωρολογικών χαρακτηριστικών του συστήματος του Αμβρακικού, μέσω μιας σειράς εποχιακών και διμηνιαίων δειγματοληψιών, συνολικής διάρκειας δύο ετών. Επιπρόσθετα, για τις ανάγκες της μελέτης της υδροδυναμικής κυκλοφορίας του κόλπου, προσομοιώθηκε η κυκλοφορία του, χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλο τρισδιάστατο αριθμητικό ομοίωμα. Η βαθμονόμηση, η επαλήθευση και η προσομοίωση της υδροδυναμικής του Αμβρακικού, πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα, τα οποία και συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των διετών δειγματοληψιών. Η μόνιμη στρωμάτωση της υδάτινης στήλης του κόλπου, σε όλη τη διάρκεια του έτους, ως αποτέλεσμα της παροχής μεγάλων ποσοτήτων γλυκού νερού επιφανειακά, σε συνδυασμό με τον εμπλουτισμό της υδάτινης στήλης με θρεπτικά στοιχεία, είναι οι σημαντικότερες διεργασίες οι οποίες οδήγησαν στην περεταίρω υποβάθμιση του συστήματος τα τελευταία τριάντα χρόνια. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτής, είναι η επικράτηση πλέον υποξικών συνθηκών στο μεγαλύτερο τμήμα του κόλπου, καθώς επίσης και η εποχιακή εμφάνιση ανοξικών συνθηκών στο βαθύτερο στρώμα της υδάτινης στήλης. Η δυναμική της υποξικής ζώνης, η οποία αναπτύσσεται στο εσωτερικό του κόλπου, εκφράζεται μέσω ενός ιδιαίτερα γνώριμου προτύπου κυρίως σε παρόμοια περιβάλλοντα (τύπου φιόρδ) των Σκανδιναβικών χωρών, ωστόσο, σπάνιου ή ακόμη και πρωτόγνωρου για τα Μεσογειακά δεδομένα. Η εισροή των υδάτων της ανοιχτής θάλασσας, η οποία λαμβάνει χώρα σαν ένα ρεύμα, πυκνού νερού κοντά στο πυθμένα, είναι η κύρια αιτία εμπλουτισμού των βαθύτερων στρωμάτων του κόλπου με οξυγόνο. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα η υδάτινη στήλη να οξυγονώνεται από τα βαθύτερα προς τα ρηχότερα τμήματα αυτής και ένα στρώμα νερού υποξικών/ανοξικών συνθηκών να επιπλέει σε ενδιάμεσα βάθη. Η προσομοίωση της ετήσιας υδροδυναμικής κυκλοφορίας του Αμβρακικού, ενός συστήματος με τόσο ιδιαίτερα μορφολογικά και υδρολογικά χαρακτηριστικά, βοήθησε στην κατανόηση και περιγραφή των υδροδυναμικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα ετησίως και ελέγχουν την οξυγόνωση του βαθύτερου τμήματος της υδάτινης στήλης. Ανάμεσα στις πιο σημαντικές συγκαταλέγονται η διαφορά πυκνότητας μεταξύ των υδάτων της ανοιχτής θάλασσας και του βαθύτερου τμήματος του Αμβρακικού, η οποία σε συνδυασμό με την έκταση του πυκνοκλινούς και την παροχή γλυκού νερού από του δύο ποταμούς που εκβάλλουν στο εσωτερικό, ελέγχουν το βάθος της εισροής και κατ’ επέκταση το βαθμό της οξυγόνωσης του βαθύτερου στρώματος του κόλπου. Από την ολοκληρωμένη παρακολούθηση των χημικών χαρακτηριστικών της υδάτινης στήλης, την εκτίμηση της ποιότητας και της τροφικής κατάστασης των υδάτων του Αμβρακικού, προέκυψε στο συμπέρασμα ότι τελικά ο Αμβρακικός, είναι ένα μεσοτροφικό και εποχιακά ευτροφικό περιβάλλον. Ο ευτροφικός χαρακτήρας του κόλπου, χρονικά συνδέεται άμεσα με την περίοδο των μέγιστων παροχών των ποταμών, υποδεικνύοντας την καθοριστική συμβολή τους στην ποιότητα των υδάτων του κόλπου. / Hypoxic or even anoxic references existed globally throughout the geological age. However, the negative trend of the oxygen concentration is recorded after 1950. This, in combination with the increased dimensions that hypoxia is daily receiving and also ominous predictions for the future annual reduction of its concentrations, have led to the characterization as a global problem. The combination of natural and anthropogenic processes and also the negative effects of eutrophication as a result of the enrichment with large amounts of nutrients, such as nitrogen and phosphorus, are directly related to the global increase of hypoxic areas. Among the most prone environments in appearance of hypoxic / anoxic conditions are semi-enclosed bays. The dominance or even the appearance of hypoxic conditions in such an environment, apart from the negative impact that it has on organisms and their habitats, directly affects both the food chain and also the biogeochemical processes that take place inside it. Amvrakikos Gulf, is a characteristic example of semi-enclosed bay, fjord-type, in the Mediterranean Sea, as its only connection with the open sea is the narrow inlet of Aktio. Despite the importance of this environment, the evolution and development of human factors have led the ecosystem of the gulf in particular boundary point, degrading constantly the water quality. The main purpose of this thesis, has been the monitoring, understanding and interpretation the mode of operation of a Mediterranean semi-enclosed bay, including hydrodynamic circulation and physicochemical processes that take place inside, as well as highlighting of dynamic and forming mechanism of hypoxic / anoxic zone which characterizes such an environment. In order the above targets to be achieved, a systematic monitoring of physico-chemical, oceanographic and meteorological characteristics of Amvrakikos Gulf takes place, through a series of seasonal and bimonthly samplings, of two years duration. Additionally, for the purposes of the study of hydrodynamic circulation, an appropriate three-dimensional hydrodynamic model was used. The calibration and verification of the hydrodynamic model and the simulation of the hydrodynamic circulation takes place using data, which were collected during the two-year sampling. The permanent stratification of the water column , throughout the year, as a result of the surface enrichment with large quantities of fresh water ,in combination with the water column' s enrichment with nutrients, are the most important processes which lead to further degradation of the system over the last thirty years. The main characteristics of this degradation are the dominance of hypoxic conditions in the greater part of the gulf, and the seasonal occurrence of anoxic conditions in the deepest layer of the water column. The dynamics of the hypoxic zone, which grows inside the gulf, expressed through a very familiar pattern mainly in similar environments (fjord-type) of the Scandinavian countries, however, it is rare or even unprecedented for the Mediterranean area. The inflow of waters of the open sea, which occurs as a stream of dense water near the bottom, is the main reason of enrichment of the deepest layers of the bay with oxygen. This has resulted in the water column to be oxygenated from its deepest to the shallowest parts and a water layer with hypoxic / anoxic conditions to be floated at intermediate depths. The simulation of the annual hydrodynamic circulation of Amvrakikos Gulf, a system with both morphological and hydrological characteristics, helped the understanding and description of hydrodynamic processes that take place annually and monitor the oxygenation of the deepest parts of the water column. Among the most important processes are included the density difference between the waters of the open sea and the deepest part of Amvrakikos Gulf, which combined with the extent of pycnocline and supply of fresh water from the two rivers that flow inside, control the depth of the input and consequently the degree of oxygenation of the deeper layer of the gulf. The comprehensive monitoring of the chemical characteristics of the water column, the assess of the quality and trophic status of waters of Amvrakikos Gulf have shown that eventually Amvrakikos Gulf is a mesotrophic and seasonally eutrophic environment. The eutrophic character of the gulf, is directly related to the period of maximum discharges of rivers, indicating the vital contribution to the water quality of the bay.

Τα τελευταία χρόνια τόσο σε διεθνές όσο και σε εθνικό επίπεδο έχει δοθεί βαρύτητα στην ανίχνευση της εμβρυϊκής υποξίας κατά τη διάρκεια της κύησης και του τοκετού, καθώς είναι σαφής η άμεση συσχέτισή της με βραχυπρόθεσμες και απώτερες επιπλοκές του νεογνού. Η επιτυχής έκβαση ενός τοκετού εξαρτάται κυρίως από τον έγκαιρο εντοπισμό της δημιουργίας της εμβρυϊκής υποξίας και η ανάγκη για την υλοποίηση υπολογιστικών συστημάτων για την έγκαιρη διάγνωσή της είναι συνεχής και αυξανόμενη. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα πρωτότυπο σύστημα διάγνωσης της πρόωρης οξέωσης του εμβρύου κατά τη διάρκεια του τοκετού, το οποίο βασίστηκε στην επεξεργασία του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού και στην ανάλυση της εμβρυϊκής παλμικής οξυμετρίας. Στόχος του συγκεκριμένου συστήματος είναι να αποτελέσει ένα βοηθητικό σύστημα διάγνωσης της εμβρυϊκής υποξίας και να συμβάλει στη λήψη αποφάσεων σχετικά με το χρόνο αποπεράτωσης του τοκετού, με σκοπό την πρόληψη άμεσων και απώτερων σοβαρών νεογνικών επιπλοκών. Ειδικότερα, η υλοποίηση του προτεινόμενου συστήματος βασίστηκε στην εφαρμογή του συνεχούς μετασχηματισμού κυματιδίων και της προσαρμοστικής προσέγγισης με τη χρήση του αλγορίθμου matching pursuit για την ανάδειξη της «κρυμμένης» πληροφορίας που μεταφέρει ο εμβρυϊκός καρδιακός ρυθμός στις πολύ χαμηλές συχνότητες. Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα των παραπάνω τεχνικών επεξεργασίας, και ιδιαίτερα του αλγορίθμου matching pursuit, με τον προσδιορισμό του συνολικού χρόνου χαμηλού κορεσμού του αρτηριακού εμβρυϊκού αίματος, υλοποιήθηκε, με τη χρήση ενός διαμεριστικού αλγορίθμου, το προτεινόμενο σύστημα. Η ανάπτυξη αυτού του συστήματος αποτελεί μια καινοτόμα και πολλά υποσχόμενη προσέγγιση στην προσπάθεια της διάγνωσης της εμβρυϊκής υποξίας δεδομένου ότι παρουσιάζει υψηλή ειδικότητα και θετική προγνωστική αξία συμβάλοντας στην επίλυση του σοβαρότερου μειονεκτήματος της κλασσικής καρδιοτοκογραφίας που είναι η χαμηλή τιμή των αντίστοιχων προγνωστικών δεικτών. / In the last few years the research community has given great attention to the detection of antepartum and intrapartum fetal hypoxia, given its direct impact on both short- and long-term neonatal morbidity and mortality. The successful completion of labor depends mainly on the prompt identification of fetal hypoxia. The development of computational systems for the early diagnosis of restricted fetal oxygen supply is therefore of critical importance. This thesis involves the design and development of an innovative system for the early detection of acidosis, which was based on the fetal heart rate processing and fetal pulse oximetry analysis. The aim of the system is to comprise a computer-aided diagnostic system of fetal hypoxia and to contribute to the decision making regarding the labor completion time, in order to prevent short- and long-term neonatal complications. Specifically, the development of the system was based on the implementation of continuous wavelet transform and adaptive approximation using the matching pursuit algorithm, in order to reveal the “hidden” information conveyed in the very low frequency range of the fetal heart rate. The system involves the combination of the results of the above-mentioned processing techniques, and especially of the matching pursuit algorithm, along with the calculation of the duration of fetal arterial low oxygen saturation, applying a commonly used clustering algorithm. The proposed system is an innovative and promising approach towards the early diagnosis of fetal hypoxia, given its high specificity and positive predictive value, thus effectively addressing the major drawback of clinical cardiotocography.

Αντικείμενο της διατριβής ήταν η ανάπτυξη υπολογιστικών μεθόδων διάγνωσης και εκτίμησης της κατάστασης της υγείας του εμβρύου. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες αναλύουν και εξάγουν πληροφορίες από το σήμα της ΕΚΣ καθώς το συγκεκριμένο σήμα αποτελεί ένα από τα λιγοστά διαθέσιμα εργαλεία για την εκτίμηση της οξυγόνωσης του εμβρύου και της αξιολόγησης της κατάστασης της υγείας του κατά τη διάρκεια του τοκετού. Για την αξιολόγηση των μεθόδων εξετάστηκε η συσχέτιση της Εμβρυϊκής Καρδιακής Συχνότητας (ΕΚΣ) με βραχυπρόθεσμες αξιόπιστες ενδείξεις για την κατάσταση του εμβρύου και πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε η συσχέτιση της τιμής του pH του αίματος του εμβρύου η οποία αποτελεί μια έμμεση ένδειξη για την ανάπτυξη υποξίας κατά τη διάρκεια του τοκετού. Στα πλαίσια της διατριβής χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος της ανάλυσης σε ανεξάρτητες συνιστώσες για την εξαγωγή χαρακτηριστικών από το σήμα της ΕΚΣ. Επίσης προτάθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν Κρυφά Μοντέλα Markov σε μια προσπάθεια να «συλληφθεί» η χρονική εξέλιξη του φαινομένου της μεταβολής της κατάστασης του εμβρύου. Επιπλέον προτάθηκαν νέα χαρακτηριστικά εξαγόμενα με τη χρήση του Διακριτού Μετασχηματισμού Κυματιδίου. Με χρήση μιας υβριδική μέθοδος, που βασίζεται στη χρήση εξελικτικής γραμματικής «κατασκευάστηκαν» νέα χαρακτηριστικά παραγόμενα από τα χαρακτηριστικά που είχαν ήδη εξαχθεί με συμβατικές μεθόδους. Επιπρόσθετα στα πλαίσια της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά (και η μόνη μέχρι στιγμής) μηχανές διανυσμάτων υποστήριξης για την ταξινόμηση και προτάθηκε και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος βελτιστοποίησης με σμήνος σωματιδίων για τη ρύθμιση των παραμέτρων τους. Τέλος προτάθηκε και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος βελτιστοποίησης με σμήνος σωματιδίων για την εκπαίδευση μιας νέας οικογένειας νευρωνικών δικτύων, των νευρωνικών δικτύων κυματιδίου. Μέσα από τα πειράματα τα οποία διεξήγαμε καταφέραμε να δείξουμε ότι τα δεδομένα της ΕΚΣ διαθέτουν σημαντική πληροφορία η οποία με τη χρήση κατάλληλων προηγμένων μεθόδων επεξεργασίας και ταξινόμησης μπορεί να συσχετιστεί με την τιμή του pH του εμβρύου, κάτι το οποίο θεωρούνταν ουτοπικό στη δεκαετία του 90. / This Dissertation dealt with the development of computational methods for the diagnosis and estimation of fetal condition. The proposed methods analyzed and extracted information from the Fetal Heart Rate (FHR) signal, since this is one of the few available tools for the estimation of fetal oxygenation and the assessment of fetal condition during labor. For the evaluation of the proposed methods the correlation of the FHR signal with short term indices were employed and to be more specific, its correlation with the pH values of fetal blood, which is an indirect sign of the development of fetal hypoxia during labor. In the context of this Dissertation, Independent Component Analysis (ICA) for feature extraction from the FHR signal was used for the first time. Moreover we used Hidden Markov Models in an attempt to “capture” the evolution in time of the fetal condition. Furthermore, new features based on the Discrete Wavelet Transform were proposed and used. Using a new hybrid method based on grammatical evolution new features were constructed based on already extracted features by conventional methods. Moreover, for the first (and only) time, Support Vector Machine (SVM) classifiers were employed in the field of FHR processing and the Particle Swarm Optimization (PSO) method was proposed for tuning their parameters. Finally, a new family of neural networks, the Wavelet Neural Networks (WNN) was proposed and used, trained using the PSO method. By conducting a number of experiments we managed to show that the FHR signal conveys valuable information, which by the use of advanced data processing and classification techniques can be associated with fetal pH, something which was not regarded feasible during the 90’s.