Hellenic National Archive of Doctoral Dissertations
Not a member yet
56257 research outputs found
Sort by
Εφαρμογές της κβαντικής υπολογιστικής λογικής και της κβαντικής πληροφορικής σε προβλήματα φυσικής πλάσματος
No full textThe prospect that, for a range of problems, quantum computers could be exponentially faster than conventional computers has led to an enhanced interest in quantum computer sciences. Naturally, this raises the question of identifying suitable physical problems that can leverage these quantum resources for alternative numerical approaches. In this direction, the present thesis aims to explore integrating Maxwell equations within the quantum computation and information framework, focusing on electromagnetic wave propagation and scattering in magnetized plasmas and complex media. However, the goal is not to chase after a so called ``quantum advantage'' as it cannot be actually verified and tested in the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era. Instead, the objective is to identify the possibilities, limitations, and quantum resources required for a future quantum implementation of a realistic contemporary physical problem closely related to magnetic confinement fusion. This thesis is structured as follows: Chapter1 provides a brief overview of the motivation and current research status of quantum computing for plasma physics, along with the general objectives and vision of the manuscript. Chapter 2 introduces fundamental perquisites from quantum mechanics and quantum computing and algorithms to open quantum systems. Chapter 3 encompasses all the theoretical elements and insights, as well as the quantum algorithmic techniques required to eventually arrive in Chapter 4. There, a systematic approach to quantum representation and simulation simulation of Maxwell equations in complex media and magnetized plasmas is presented. Finally, Chapter 5 assesses the impact of the proposed research on both "quantum for plasmas" and "plasmas for quantum" perspectives and provides suggestions and open problems for future research and improvements.Η κβαντική υπολογιστική (QC) και η επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας (QIS) αποτελούν ταχέως αναπτυσσόμενους τομείς στη σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία, παρέχοντας τη δυνατότητα επίλυσης ορισμένων υπολογιστικών προβλημάτων με εκθετικά μεγαλύτερη ταχύτητα από τις κλασικές μεθόδους. Ως εκ τούτου, παρατηρείται έντονο ενδιαφέρον από διάφορους επιστημονικούς και τεχνολογικούς κλάδους για την ταυτοποίηση προβλημάτων και τον σχεδιασμό κβαντικών αλγορίθμων που επιδεικνύουν "κβαντικό πλεονέκτημα" σε σχέση με τις αντίστοιχες κλασικές μεθόδους. Η αναζήτηση εναλλακτικών μεθόδων υλοποίησης υπολογισμών δεν περιορίζεται αποκλειστικά στο πεδίο της κβαντικής υπολογιστικής. Αντίθετα, αποτελεί αντικείμενο ευρύτερης έρευνας τα τελευταία χρόνια π.χ. νευρομορφικά δίκτυα (neuromorphic networks), καθώς οι υπολογιστικές απαιτήσεις αυξάνονται συνεχώς, ενώ είναι δεδομένο ότι οι σύγχρονες υπολογιστικές μηχανές κάποια στιγμή θα αγγίξουν τα όριά τους. Συνεπώς, στο πλαίσιο της εξερεύνησης των υπολογιστικών δυνατοτήτων αλλά και της προοπτικής εφαρμογής των κβαντικών υπολογιστικών μεθόδων σε κλασσικά φυσικά προβλήματα, η παρούσα διατριβή μελετάει την σύγκλιση των κβαντικών τεχνολογιών με τον τομέα της φυσικής πλάσματος και σύντηξης όπου οι υπολογιστικές προκλήσεις είναι κρίσιμες για τη μελέτη των πολύπλοκων φυσικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο πλάσμα. Συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία εστιάζει στην διάδοση και τη σκέδαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε μαγνητισμένο πλάσμα και πολύπλοκα ηλεκτρομαγνητικά υλικά, μελετώντας και ενσωματώνοντας τις εξισώσεις του Μάξγουελ (Maxwell) στο πλαίσιο της κβαντικής υπολογιστικής. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, που περιγράφονται από τις εξισώσεις Maxwell, διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο σε σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές από τις τηλεπικοινωνίες μέχρι τη θέρμανση πλάσματος σε πειράματα σύντηξης. Στον τομέα της μαγνητικής σύντηξης, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι απαραίτητα για τον μετριασμό των ασταθειών, την οδήγηση ρεύματος, τη θέρμανση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας του πλάσματος. Παρότι η θεωρητική κατανόηση της δυναμικής των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε μαγνητισμένο πλάσμα και άλλα πολύπλοκα υλικά έχει εδραιωθεί, η ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων που μπορούν να περιγράψουν με ακρίβεια αυτά τα φαινόμενα υπό ρεαλιστικές πειραματικές συνθήκες παραμένουν ένα κρίσιμο πεδίο έρευνας. Η παρούσα διατριβή εξετάζει την κβαντική αναδιατύπωση των εξισώσεων Maxwell, με στόχο:(1) Την θεωρητική μελέτη και αξιολόγηση των περιορισμών και δυνατοτήτων της κβαντικής υπολογιστικής θεώρησης στις κλασσικές εξισώσεις Maxwell. (2) Την πρόταση και μελέτη κβαντικών αλγορίθμων και των κβαντικών πόρων που απαιτούνται για την προσομοίωση των εξισώσεων Maxwell στην εποχή των Κβαντικών Υπολογιστών με Θόρυβο (NISQ) και πέρα από αυτή. Η διατριβή οργανώνεται ως εξής: Το Κεφάλαιο 1 περιγράφει την τρέχουσα κατάσταση της έρευνας σχετικά με την κβαντική υπολογιστική στη φυσική πλάσματος. Παρουσιάζονται επίσης οι στόχοι και το όραμα της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφονται βασικές έννοιες της κβαντικής μηχανικής, της κβαντικής υπολογιστικής και των ανοικτών κβαντικών συστημάτων, οι οποίες αποτελούν τη θεωρητική βάση για τις επόμενες ενότητες. Το Κεφάλαιο 3 αναλύει τη θεωρητική διατύπωση και τις αλγοριθμικές τεχνικές που απαιτούνται για την κβαντική αναπαράσταση των εξισώσεων Maxwell. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται μια συστηματική προσέγγιση για την κβαντική προσομοίωση της διάδοσης και της σκέδασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε πολύπλοκα μέσα και μαγνητισμένο πλάσμα. Τέλος, το Κεφάλαιο 5 αξιολογεί την πιθανή επίδραση αυτής της έρευνας τόσο στις εφαρμογές της κβαντικής υπολογιστικής στη φυσική πλάσματος όσο και στις συνεισφορές της φυσικής πλάσματος στην προώθηση των κβαντικών τεχνολογιών. Συζητούνται επίσης προτάσεις για μελλοντική έρευνα και ανοιχτά ζητήματα
Ψηφιακός μετασχηματισμός και τεχνητή νοημοσύνη για τη δημιουργία επιχειρηματικής αξίας και καινοτομίας
No full textDue to technological advances and disruptions in the business environment, digital transformation has become imperative rather than a choice for organizations, attracting significant interest from researchers and practitioners. Despite the growing number of firms undertaking digital transformation, there is still limited understanding of how to realize business value, and many fail to implement it effectively, thereby facing a digital paradox and technological failures. Digital transformation goes beyond merely digitizing processes; it represents a comprehensive digital disruption that affects customers, business models, and the entire organization. This phenomenon has been explored from various perspectives in academic literature, including information systems management, marketing management, strategic management, innovation management, and operations management. Digital transformation consists of three key stages: digitization, digitalization, and digital transformation, all driven by the innovative use of digital technologies. Among others, Artificial Intelligence (AI) emerged as a key driver in the last period, ushering in a new wave of business transformation. The main objective of this research is to understand how digital technologies can create business value and drive innovation through business transformation. Notably, it examines how the impact of certain technologies can be framed under the lens of digital transformation to map expected and achieved economic, capability, and innovation-driven outcomes and necessary changes. This study also investigates the strategic role of digital transformation in driving business innovation. In addition, this thesis aims to study the impact of Artificial Intelligence on businesses and introduce the concept of AI transformation to address the lack of consensus around this term. The thesis research model is grounded upon a unified definition, a multi-layered theoretical digital transformation framework, and a practitioner-centric framework providing salient industry perspectives, enriching the analytical depth. We combine, validate, and extend both utilizing empirical evidence in real settings. The research model is based on six key building blocks that can be used to conceptualize digital transformation: the nature of change, the entity, the means (such as the appropriate resources, capabilities, and technologies), the expected outcome, the impact, and the scope of changes. This thesis employs a multiple-stage, mixed-method approach utilizing a quantitative and qualitative research strand to address the research objective and questions. Firstly, a preliminary quantitative study was conducted in small businesses (500 companies) to provide empirical evidence, deepening our understanding and enabling us to decide the more suitable entities for examining the digital transformation phenomenon. The study focused on measuring key dimensions of the research model, particularly technology adoption and key capabilities (such as the existence of basic digital skills). Results reveal that despite the various business benefits, including resilience in times of crisis, most small businesses are in the early stages of digitization, which is the preliminary phase of digital transformation. Small businesses utilize only a few available technologies, have limited digital skills, and face significant challenges, such as a lack of resources and awareness, which hinder their ability to adopt and leverage technologies for a comprehensive digital transformation. As a result, the following studies focus on bigger organizations and organizations with adequate resources (human, financial, and technological), so there is a higher probability of extracting meaningful insights and exploring digital transformation as organizations are involved in digital transformation initiatives. Main Study 1 aims to provide empirical evidence to support the research model, highlighting the strategic role of digital transformation as a catalyst for achieving business innovation. A quantitative study with 250 medium and big businesses in Greece is implemented to validate the above-mentioned relationship employing Partial Least Squares Structural Equation Modeling. The study’s findings confirm the significant impact of digital transformation on business model innovation, demonstrating that firms with higher digital transformation maturity can systematically redefine how they create, deliver, and acquire value to a greater extent. The study also highlights that digital transformation is significantly enhanced by an appropriate digital culture shaped by narrow strategic and organizational changes. In parallel, Main Study 2 leverages all dimensions of the research model to examine four real-life manufacturing transformation cases. We aim to combine theoretical insights and empirical evidence to validate the unified digital transformation framework (all dimensions of the research model) as a lens to frame the implementation of an advanced technological solution based on digital twins following a multiple-case study approach. We purposively selected these four case studies based on their data availability, engagement in the study, and relevance to the research objective. The findings show that the research model of this thesis can be used to frame and evaluate certain technologies and transformation projects under the digital transformation lens, highlighting key expected and observed outcomes and revealing essential future strategic roles and prerequisites for organizational transformation. In recent years, companies’ transformation efforts have increasingly focused on harnessing business value from AI, ushering in a new era of AI-driven transformation. To this end, this thesis aims to examine the impact of AI under a digital transformation lens, introducing the term ‘AI transformation’ by extending the identified unified definition of digital transformation and providing a conceptualization building upon the thesis research model. The study’s strength lies in its empirical foundation, as Main Study 3 concerns a global survey with 1594 big businesses across different geographies and industries. The findings of the study offer valuable insights regarding the key dimensions of our research model, such as the AI technologies adopted by businesses, the most critical capabilities/resources, and the expected outcomes that companies aim to achieve as well as have achieved. The study analyzes the differences, along these dimensions, between firms that have achieved substantial impact through AI transformation and those that, despite its use, have failed to reap the expected benefits. This comparative analysis highlights the critical conditions, i.e., organizational capabilities necessary for a successful transformation, such as resource prioritization, organizational support, and linking business needs with appropriate AI solutions. This PhD thesis offers multidisciplinary theoretical and empirical contributions primarily in information systems, innovation, and strategy management literature, as well as marketing and operations management literature. Firstly, it contributes to the literature by providing empirical evidence on the digitization of small businesses, revealing key business benefits and challenges. Secondly, it investigates and validates the real-life impact of digital transformation on business innovation as an essential business outcome of digital transformation, while most existing studies have focused on economic-driven outcomes, as well as it supports the strong effect of digital organizational culture on driving digital transformation and highlights the critical role of organizational transformation for businesses. Additionally, this thesis contributes by developing a methodological approach to studying and understanding the impact of digital technologies through the lens of digital transformation, bridging the gap between the theoretical understanding of digital transformation and its practical implications. It presents the applicability of this proposed approach by applying it to four case studies of advanced technology transformation projects (the case of digital twins in production). As a result, the study presents a mixed-method qualitative and quantitative evaluation of digital twins’ applications in manufacturing to inform relevant literature on the obtained and expected outcomes and the challenges of introducing them in the field. Finally, this thesis contributes to the literature by introducing, defining, and conceptualizing the new term ‘AI Transformation’ to address the ambiguity observed in both academic research and practical applications, presenting also prominent expected outcomes, achieved outcomes, challenges, and critical competencies required for enterprises to integrate AI. This PhD provides managerial implications for practitioners. Specifically, it introduces a digital readiness index that small businesses can use to assess their digital readiness and insights for deepening the awareness of employees and owners on small business digitalization. Additionally, it offers guidance for manufacturing firms on leveraging digital twins as a catalyst for digital transformation. The research also presents a structured approach for analyzing technologies and transformation projects through a digital transformation lens to map expected and observed outcomes, future considerations, and organization requirements. Lastly, it conceptualizes the impact of artificial intelligence on businesses, highlighting key capabilities that organizations should prioritize to drive AI-enabled growth. It also offers practical insights and a primer that companies can use to inform their AI strategies and successfully implement them in the context of digital transformation. This thesis provides some future research directions. Future studies should investigate where and under which circumstances small businesses can achieve a comprehensive digital transformation. Additionally, by building upon the thesis approach, future studies could replicate digital transformation analysis in various industries and other technologies, such as real-life AI transformation cases, comparing the findings with the thesis results. For instance, future research can shed light on companies’ diverse AI transformation paths, examining multiple cases from diverse industries, geographies, and sizes. Additionally, while the thesis focuses on large firms and high-turnover industries, there is a need to understand further the unique challenges SMEs face in AI transformation, given their limited financial and human capital resources. In this context, collaborative networks, innovation ecosystems, and public policy interventions could be explored. Finally, the socio-technical transformation of AI technologies is significant. As the new paradigm of human-AI collaboration presents both opportunities and challenges, there is a need for a deeper analysis of trust, workforce transformation and augmentation, leadership adaptation, and the well-being of employees in AI-augmented workplaces, balancing business efficiency. Finally, as sustainability becomes a central focus in business discourse, future research should investigate how AI technologies can simultaneously drive economic growth and environmental sustainability, particularly regarding AI’s carbon footprint, ESG compliance, and sustainable business practices.Λόγω των τεχνολογικών εξελίξεων και των διαταραχών στο επιχειρηματικό περιβάλλον, ο ψηφιακός μετασχηματισμός έχει καταστεί επιτακτική ανάγκη και όχι επιλογή για τους οργανισμούς, προσελκύοντας σημαντικό ενδιαφέρον από ερευνητές και επαγγελματίες. Παρά την αυξανόμενη τάση των επιχειρήσεων προς τον ψηφιακό μετασχηματισμό, εξακολουθεί να παρατηρείται περιορισμένη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μπορεί να δημιουργήσει επιχειρηματική αξία. Ως αποτέλεσμα, πολλές επιχειρήσεις αποτυγχάνουν να τον εφαρμόσουν αποτελεσματικά, οδηγούμενες σε ένα ψηφιακό παράδοξο και τεχνολογικές αποτυχίες. Ο ψηφιακός μετασχηματισμός υπερβαίνει την απλή ψηφιοποίηση των διαδικασιών, αντιπροσωπεύει μια συνολική ψηφιακή αναστάτωση που επηρεάζει τους πελάτες, τα επιχειρηματικά μοντέλα και ολόκληρο τον οργανισμό. Το φαινόμενο αυτό έχει διερευνηθεί από διάφορες οπτικές γωνίες στην ακαδημαϊκή βιβλιογραφία, συμπεριλαμβανομένης της διοίκησης πληροφοριακών συστημάτων, της στρατηγικής διοίκησης, της διοίκησης καινοτομίας, της διοίκησης μάρκετινγκ και της διοίκησης λειτουργιών. Ο ψηφιακός μετασχηματισμός αποτελείται από τρία βασικά στάδια: την ψηφιοποίηση (digitization), όπου αναλογικές πληροφορίες μετατρέπονται σε ψηφιακή μορφή, την ψηφιοποίηση διαδικασιών (digitalization), που αφορά την ενσωμάτωση ψηφιακών τεχνολογιών στις επιχειρησιακές λειτουργίες και τέλος, τον ψηφιακό μετασχηματισμό (digital transformation), ο οποίος αφορά την πιο εκτεταμένη φάση, με ουσιαστικό μετασχηματισμό της εμπειρίας των πελατών, των διαδικασιών και του επιχειρηματικού μοντέλου. Μεταξύ των ψηφιακών τεχνολογιών που ενεργοποιούν και υποστηρίζουν τον ψηφιακό μετασχηματισμό, η τεχνητή νοημοσύνη έχει αναδειχθεί σε βασικό μοχλό, σηματοδοτώντας πιθανόν ένα νέο κύμα μετασχηματισμού. Ο κύριος στόχος της παρούσας έρευνας είναι να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο οι ψηφιακές τεχνολογίες μπορούν να δημιουργήσουν επιχειρηματική αξία και καινοτομία μέσω του επιχειρηματικού μετασχηματισμού. Ειδικότερα, εξετάζει πως ο αντίκτυπος συγκεκριμένων τεχνολογιών μπορεί να αναλυθεί υπό το πρίσμα του ψηφιακού μετασχηματισμού, επιτρέποντας τη συστηματική χαρτογράφηση των αναμενόμενων και επιτευχθέντων επιχειρηματικών αποτελεσμάτων και οργανωτικών αλλαγών. Παράλληλα, η μελέτη αποσκοπεί στην επικύρωση του στρατηγικού ρόλου των ψηφιακών τεχνολογιών και του μετασχηματισμού στην ενίσχυση της επιχειρηματικής καινοτομίας. Επιπλέον, η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο να εξετάσει τον αντίκτυπο της τεχνητής νοημοσύνης στις επιχειρήσεις και να εισαγάγει την έννοια του μετασχηματισμού της τεχνητής νοημοσύνης ‘ΑΙ Transformation’. Το ερευνητικό μοντέλο βασίζεται σε έναν ενοποιημένο ορισμό, ένα πολυεπίπεδο θεωρητικό πλαίσιο ψηφιακού μετασχηματισμού και ένα εμπειρικό πλαίσιο. Συνδυάζουμε, επικυρώνουμε και επεκτείνουμε και τα δύο πλαίσια αξιοποιώντας εμπειρικά στοιχεία. Το ερευνητικό μοντέλο αποτελείται από έξι βασικά δομικά στοιχεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εννοιολόγηση του ψηφιακού μετασχηματισμού: η φύση της αλλαγής, η επιχειρηματική οντότητα, τα μέσα (όπως οι κατάλληλοι πόροι, οι ικανότητες και οι τεχνολογίες), τα αναμενόμενα αποτέλεσμα, ο αντίκτυπος και το εύρος των αλλαγών. Η παρούσα διατριβή χρησιμοποιεί μια προσέγγιση πολλαπλών σταδίων, μικτής μεθόδου που χρησιμοποιεί ποσοτικό και ένα ποιοτικό ερευνητικό σκέλος, προκειμένου να επιτευχθεί ο ερευνητικός στόχος και να απαντηθούν τα ερευνητικά ερωτήματα. Αρχικά, διεξήχθη μια προκαταρκτική ποσοτική μελέτη σε μικρές επιχειρήσεις (500 εταιρείες), εμβαθύνοντας την κατανόηση του θέματος και επιτρέποντας την επιλογή των καταλληλότερων επιχειρηματικών οντοτήτων για την εξέταση του φαινομένου του ψηφιακού μετασχηματισμού. Η μελέτη επικεντρώθηκε στη μέτρηση των βασικών διαστάσεων του ερευνητικού μοντέλου, ιδίως της υιοθέτησης ψηφιακών τεχνολογιών και βασικών ικανοτήτων (όπως η ύπαρξη βασικών ψηφιακών δεξιοτήτων). Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι, παρά τα διάφορα επιχειρηματικά οφέλη, συμπεριλαμβανομένης της ανθεκτικότητας σε περιόδους κρίσης, οι περισσότερες μικρές επιχειρήσεις βρίσκονται στα αρχικά στάδια της ψηφιοποίησης που αποτελεί την προκαταρκτική φάση του ψηφιακού μετασχηματισμού. Οι μικρές επιχειρήσεις χρησιμοποιούν λίγες μόνο διαθέσιμες τεχνολογίες, διαθέτουν περιορισμένες ψηφιακές δεξιότητες και αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις, όπως η έλλειψη πόρων και ευαισθητοποίησης, οι οποίες εμποδίζουν την ικανότητά τους να υιοθετήσουν και να αξιοποιήσουν τεχνολογίες για έναν ολοκληρωμένο ψηφιακό μετασχηματισμό. Ως αποτέλεσμα, οι μελέτες που ακολουθούν, επικεντρώνονται σε μεγαλύτερους οργανισμούς και οργανισμούς που διαθέτουν επαρκείς πόρους (ανθρώπινους, οικονομικούς, τεχνολογικούς) και οργανωσιακή ετοιμότητα, ώστε οι οργανισμοί να εμπλέκονται σε πρωτοβουλίες ψηφιακού μετασχηματισμού και να υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα εξαγωγής ουσιαστικών πληροφοριών και διερεύνησης του φαινομένου του ψηφιακού μετασχηματισμού. Η Κύρια Μελέτη 1 αποσκοπεί στην παροχή εμπειρικών στοιχείων που υποστηρίζουν το ερευνητικό μοντέλο, αναδεικνύοντας τον στρατηγικό ρόλο του ψηφιακού μετασχηματισμού ως καταλύτη για την επίτευξη επιχειρηματικής καινοτομίας. Μια ποσοτική μελέτη με 250 μεσαίες και μεγάλες επιχειρήσεις στην Ελλάδα υλοποιήθηκε για την επικύρωση της προαναφερθείσας σχέσης, χρησιμοποιώντας το Μοντέλο Δομικών Εξισώσεων Μερικών Ελαχίστων Τετραγώνων (Partial Least Squares Structural Equation Modeling). Τα ευρήματα της μελέτης επιβεβαιώνουν τη σημαντική επίδραση του ψηφιακού μετασχηματισμού στην καινοτομία του επιχειρηματικού μοντέλου, αναδεικνύοντας πως οι επιχειρήσεις που υιοθετούν ψηφιακές τεχνολογίες με στρατηγικό τρόπο μπορούν συστηματικά να επαναπροσδιορίσουν τον τρόπο δημιουργίας, παροχής και απόκτησης αξίας. Η μελέτη υπογραμμίζει ότι ο ψηφιακός μετασχηματισμός ενισχύεται σημαντικά από την ύπαρξη μιας κατάλληλης ψηφιακής κουλτούρας, η οποία διαμορφώνεται μέσα από στοχευμένες στρατηγικές και οργανωτικές αλλαγές. Παράλληλα, η Κύρια Μελέτη 2 αξιοποιεί όλες τις διαστάσεις του ερευνητικού μοντέλου για την ανάλυση τεσσάρων (4) περιπτώσεων ψηφιακού μετασχηματισμού στη βιομηχανία. Ο στόχος είναι η σύνθεση θεωρητικών γνώσεων και εμπειρικών δεδομένων, προκειμένου να επικυρωθεί το συνδυαστικό πλαίσιο ψηφιακού μετασχηματισμού, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις διαστάσεις του ερευνητικού μοντέλου. Η μελέτη επικεντρώνεται στην ανάλυση μιας προηγμένης τεχνολογικής λύσης που βασίζεται σε ψηφιακά δίδυμα, ακολουθώντας μια προσέγγιση πολλαπλών περιπτώσεων. Επιλέχθηκαν, σκόπιμα, αυτές οι τέσσερις περιπτώσεις με βάση τη διαθεσιμότητα των δεδομένων, τη συμμετοχή τους στη μελέτη και τη συνάφεια με τον ερευνητικό στόχο. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πλαισίωση και αξιολόγηση συγκεκριμένων τεχνολογιών και έργων μετασχηματισμού υπό το πρίσμα του ψηφιακού μετασχηματισμού, αναδεικνύοντας τα βασικά αναμενόμενα και παρατηρούμενα αποτελέσματα και αποκαλύπτοντας μελλοντικούς στρατηγικούς ρόλους και προϋποθέσεις για τον οργανωτικό μετασχηματισμό. Τα τελευταία χρόνια, οι προσπάθειες μετασχηματισμού των εταιρειών επικεντρώνονται όλο και περισσότερο στην αξιοποίηση της τεχνητής νοημοσύνης για τη δημιουργία επιχειρηματικής αξίας, σηματοδοτώντας μια νέα εποχή μετασχηματισμού. Για το σκοπό αυτό, η παρούσα διατριβή εξετάζει τον αντίκτυπο της τεχνητής νοημοσύνης υπό το πρίσμα του ψηφιακού μετασχηματισμού, εισάγοντας τον όρο ‘Μετασχηματισμός με βάση την Τεχνητή Νοημοσύνη’ (ΑΙ Transformation), επεκτείνοντας τον ορισμό του ψηφιακού μετασχηματισμού και παρέχοντας μια εννοιολόγηση που βασίζεται στο ερευνητικό μοντέλο της διατριβής. Η Κύρια Μελέτη 3 αφορά μια παγκόσμια έρευνα με 1594 μεγάλες επιχειρήσεις σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές και κλάδους. Τα ευρήματα της μελέτης παρέχουν γνώση σχετικά με τις βασικές διαστάσεις του ερευνητικού μοντέλου, όπως οι τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης που υιοθετούνται από τις επιχειρήσεις, οι πιο κρίσιμες ικανότητες/πόροι και τα αναμενόμενα αποτελέσματα που οι επιχειρήσεις στοχεύουν να επιτύχουν, αλλά και έχουν επιτύχει. Η μελέτη αναλύει τις διαφοροποιήσεις, στις παραπάνω διαστάσεις, μεταξύ επιχειρήσεων που έχουν επιτύχει ουσιαστικό αντίκτυπο μέσω του μετασχηματισμού με τεχνητή νοημοσύνη και εκείνων που, παρά τη χρήση της, δεν έχουν καταφέρει να αποκομίσουν τα αναμενόμενα οφέλη. Μέσα από αυτή τη συγκριτική ανάλυση, αναδεικνύονται οι κρίσιμες συνθήκες, δηλαδή οι ικανότητες του οργανισμού που είναι απαραίτητες για έναν επιτυχημένο μετασχηματισμό, όπως η προτεραιοποίηση πόρων, η στήριξη από τη διοίκηση και τα ανώτερα στελέχη και η σύνδεση επιχειρηματικών αναγκών με κατάλληλες λύσεις τεχνητής νοημοσύνης. Η διδακτορική διατριβή προσφέρει διεπιστημονικές θεωρητικές και εμπειρικές συνεισφορές, κυρίως στη βιβλιογραφία της διοίκησης πληροφοριακών συστημάτων, της καινοτομίας και της στρατηγικής, καθώς και στη βιβλιογραφία της διοίκησης λειτουργιών και του μάρκετινγκ. Πρώτον, συμβάλλει στη βιβλιογραφία, αναλύοντας την ψηφιοποίηση των μικρών επιχειρήσεων, αποκαλύπτοντας βασικά επιχειρηματικά οφέλη και προκλήσεις. Δεύτερον, διερευνά και επικυρώνει τον αντίκτυπο του ψηφιακού μετασχηματισμού στην επιχειρηματική καινοτομία ως κρίσιμο στρατηγικό επιχειρηματικό αποτέλεσμα, ενώ οι περισσότερες υπάρχουσες μελέτες έχουν επικεντρωθεί σε οικονομικά αποτελέσματα. Υποστηρίζει επίσης την ισχυρή επίδραση της ψηφιακής οργανωτικής κουλτούρας στον ψηφιακό μετασχηματισμό και υπογραμμίζει τον κρίσιμο ρόλο του οργανωτικού μετασχηματισμού για τις επιχειρήσεις. Επιπλέον, η συμβολή της έρευνας βασίζεται στην ανάπτυξη μιας μεθοδολογικής προσέγγισης για τη μελέτη και την κατανόηση του αντίκτυπου των ψηφιακών τεχνολογιών υπό το πρίσμα του ψηφιακού μετασχηματισμού, γεφυρώνοντας το χάσμα μεταξύ της θεωρητικής και των πρακτικών εφαρμογών. Αξιολογείται η προτεινόμενη προσέγγιση με την εφαρμογή της σε τέσσερις μελέτες περιπτώσεων έργων ψηφιακού μετασχηματισμού (η περίπτωση των τεχνολογιών ψηφιακών διδύμων στην παραγωγή). Ως αποτέλεσμα, η μελέτη παρουσιάζει μια μεικτή μεθοδολογική ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση των εφαρμογών των ψηφιακών διδύμων στην παραγωγή. Η ανάλυση εστιάζει, τόσο στα επιτευχθέντα, όσο και στα αναμενόμενα αποτελέσματα, καθώς και στις προκλήσεις που προκύπτουν από την εισαγωγή τους στον κλάδο. Τέλος, η παρούσα διατριβή συμβάλλει στη βιβλιογραφία με την εισαγωγή, τον ορισμό και την εννοιολόγηση του νέου όρου ‘Μετασχηματισμός με βάση την Τεχνητή Νοημοσύνη’ (AI Transformation) για την αντιμετώπιση της ασάφει
Βελτιστοποίηση και αυτοματοποίηση εκτέλεσης αποστολών σε συστήματα με μη-επανδρωμένα εναέρια οχήματα
No full textDuring the last years, unmanned aerial vehicles (drones), polycopters in particular, are used in an increasing number of civilian applications. This trend is expected to continue thanks to rapidly decreasing acquisition costs, simple deployment, high maneuverability and significant customization potential. Namely, drones can be equipped with various sensors and actuators, they can feature Wi-Fi, 4/5G and custom RF modules for the wireless communication with base-stations and servers that are nearby or in the cloud, and they can carry different embedded platforms to perform computations and data processing onboard, according to the requirements of the application at hand. This thesis focuses on autonomous drones that visit a set of pre-specified locations of interest to perform a sensing task, and, if needed, an additional action (further sensing or some actuation) on the spot. To decide whether such an action is needed, the drones must process the sensed data to detect objects or situations that are relevant for the application at hand. The respective computations can be done locally using an onboard computer, or they can be offloaded to a more powerful server. We study how to minimize the completion time (makespan) of such missions by (i) reducing the flight time of the drones, (ii) reducing the hovering time over the points of interest due to waiting for the computation to complete, and (iii) offloading computations to nearby edge servers to accelerate data processing. These problems become more challenging when considering the limited autonomy of drones and the need to recharge or switch batteries during the mission. Additionally, the shared servers used by drones to offload computations may have limited computational resources thus requiring suitable scheduling for computation offloading in conjunction with path planning. Furthermore, there may be uncertainty regarding the drones’ flight and processing times, introducing changes in the mission plan and server usage. We capture these problems in a formal way, propose solutions and evaluate them through a wide range of simulation experiments, configured using realistic parameters obtained from corresponding software-in-the-loop setups as well as real drone behavior in field tests. Last but not least, we propose a modular software architecture for an autonomous remote sensing system based on drones, which fully automates the entire cycle of operation, including handling of user requests, mission planning, take-off, navigation, sensing, landing, charging and processing the data collected by the drones. Notably, the software can split the mission into parts that can be executed in parallel by multiple drones, with adaptive planning in case a drone experiences an issue and must land earlier than anticipated. The complete software has been tested using software-in-the-loop simulations but also in the field using a real drone which takes-off and lands from/on an automatically controlled hangar.Τα τελευταία χρόνια, τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (drones), και ιδιαίτερα τα πολυκόπτερα, χρησιμοποιούνται σε όλο και περισσότερες μη στρατιωτικές εφαρμογές. Αυτή η τάση αναμένεται να συνεχιστεί χάρη στη συνεχή πτώση του κόστους κτήσης τους, την ευκολία χρήσης τους, την ικανότητά τους για ελιγμούς και τις σημαντικές δυνατότητες προσαρμογής τους. Συγκεκριμένα, τα drones μπορούν να εξοπλιστούν με διάφορους αισθητήρες και ενεργοποιητές, μπορούν να διαθέτουν Wi-Fi, 4/5G και ειδικές συσκευές RF για την ασύρματη επικοινωνία με σταθμούς βάσης και διακομιστές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση ή στο νέφος (cloud), και μπορούν να διαθέτουν διάφορες ενσωματωμένες πλατφόρμες για την εκτέλεση υπολογισμών και την επεξεργασία δεδομένων, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής. Αυτή η διατριβή εστιάζει σε αυτόνομα drones που επισκέπτονται ένα σύνολο προκαθορισμένων τοποθεσιών ενδιαφέροντος για να εκτελέσουν μια εργασία ανίχνευσης και, εάν χρειάζεται, μια πρόσθετη ενέργεια (περαιτέρω ανίχνευση ή κάποια ενεργοποίηση) επιτόπου. Για να αποφασίσουν εάν χρειάζεται μια τέτοια ενέργεια, τα drones πρέπει να επεξεργάζονται τα δεδομένα που συνέλεξαν από τους αισθητήρες για να διακρίνουν αντικείμενα ή καταστάσεις που σχετίζονται με την εφαρμογή. Οι αντίστοιχοι υπολογισμοί μπορούν να γίνουν τοπικά χρησιμοποιώντας έναν ενσωματωμένο υπολογιστή ή μπορούν να εκφορτωθούν σε έναν πιο ισχυρό διακομιστή. Μελετάμε πώς μπορούμε να ελαχιστοποιήσουμε τον χρόνο ολοκλήρωσης τέτοιων αποστολών (i) μειώνοντας τον χρόνο πτήσης των drones, (ii) μειώνοντας τον χρόνο αιώρησής τους πάνω από τα σημεία ενδιαφέροντος λόγω αναμονής για την ολοκλήρωση των υπολογισμών, και (iii) εκφορτώνοντας υπολογισμούς σε κοντινούς διακομιστές που βρίσκονται στα άκρα του δικτύου (edge) για την επιτάχυνση της επεξεργασίας δεδομένων. Αυτά τα προβλήματα γίνονται πιο δύσκολα όταν λαμβάνεται υπόψην η περιορισμένη αυτονομία των drones και η ανάγκη επαναφόρτισης ή αλλαγής μπαταριών κατά την διάρκεια της αποστολής. Επιπλέον, οι κοινόχρηστοι διακομιστές που χρησιμοποιούνται από τα drones για την εκφόρτωση υπολογισμών μπορεί να έχουν περιορισμένους υπολογιστικούς πόρους, οπότε απαιτείται κατάλληλος προγραμματισμός για την εκφόρτωση υπολογισμών σε συνδυασμό με τον σχεδιασμό διαδρομών. Ακόμα, ενδέχεται να υπάρχει αβεβαιότητα σχετικά με τους χρόνους πτήσης των drones και της επεξεργασίας δεδομένων, εισάγοντας αλλαγές στο πλάνο της αποστολής και στη χρήση των διακομιστών. Ορίζουμε αυτά τα προβλήματα με επίσημο τρόπο, προτείνουμε λύσεις και τις αξιολογούμε μέσα από ένα ευρύ φάσμα πειραμάτων προσομοίωσης, που έχουν διαμορφωθεί χρησιμοποιώντας ρεαλιστικές παραμέτρους οι οποίες λαμβάνονται από αντίστοιχες προσομοιώσεις όπου χρησιμοποιείται το πραγματικό λογισμικό συστήματος (software-in-the-loop) καθώς και από την πραγματική συμπεριφορά ενός drone σε δοκιμές στο πεδίο. Τέλος, προτείνουμε μια αρθρωτή αρχιτεκτονική λογισμικού για ένα αυτόνομο σύστημα απομακρυσμένης ανίχνευσης (τηλεπισκόπησης) που χρησιμοποιεί drones, το οποίο αυτοματοποιεί πλήρως ολόκληρο τον κύκλο λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένου του χειρισμού των αιτημάτων του χρήστη, του σχεδιασμού της αποστολής, της απογείωσης, της πλοήγησης, της ανίχνευσης, της προσγείωσης, της φόρτισης και τέλος της επεξεργασίας δεδομένων που συλλέγονται από τα drones. Αξίζει να σημειωθεί ότι το λογισμικό μπορεί να χωρίσει την αποστολή σε μέρη που μπορούν να εκτελεστούν παράλληλα από πολλά drones, με δυνατότητα αναπροσαρμογής του πλάνου σε περίπτωση που κάποιο drone αντιμετωπίσει πρόβλημα και πρέπει να προσγειωθεί νωρίτερα από το αναμενόμενο. Το πλήρες λογισμικό έχει δοκιμαστεί χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις software-in-the-loop αλλά και στο πεδίο χρησιμοποιώντας ένα πραγματικό drone που απογειώνεται και προσγειώνεται από/σε ένα αυτόματα ελεγχόμενο υπόστεγο (βάση φύλαξης/φόρτισης)
Προβλήματα χρονοδρομολόγησης στις βιομηχανίες παραγωγής και επεξεργασίας
No full textThis thesis investigates the design and application of combinatorial optimization techniques to complex scheduling and process industry problems. Conventional optimization models often face difficulties when integrating multiple real-world-inspired properties. To address the arising issues, we propose hybrid methods that, while not guaranteeing optimality, are efficient in tackling large-scale, complex, and practically relevant problems. These hybrid approaches combine elements from various optimization techniques, including exact methods such as Mixed-Integer Linear Programming (MILP) and Constraint Programming (CP), as well as metaheuristic algorithms like Genetic Algorithms (GA), Simulated Annealing (SA), and Local Search (LS), among others. We begin by addressing the Unrelated Parallel Machine Scheduling Problem (UPMS) with sequence-dependent and machine-dependent setup times, as well as a renewable resource constraint on simultaneous setups. In contrast to the traditional makespan objective, we focus on minimizing the total weighted tardiness, providing a practical framework for real-world applications. The proposed approach combines MILP, GA, SA, and CP to effectively handle the complexity of the problem. Our extensive experimentation demonstrates the efficiency of this framework on large-scale instances, incorporating both benchmark and real-world data. Additionally, to better capture the dynamics of real-world manufacturing environments, we explore parallel manufacturing processes across multiple stages. Specifically, we examine the Hybrid Flexible Flowshop Scheduling Problem (HFFS), where jobs must be scheduled over multiple stages with parallel machines and stage-skipping flexibility. Critical real-world factors, such as machine-dependent transportation times and limited capacity buffers, are also considered. Due to the problem's inherent complexity, this thesis develops and evaluates five metaheuristic approaches — GA, SA, Particle Swarm Optimization (PSO), LS, and Tabu Search (TS) —, coupled with a CP component, to assess their efficiency and solution quality on large-scale instances, consisting of over 300 jobs and 9 stages. The results provide valuable insights into the comparative performance of these methods and suggest potential hybridization strategies for improving results. In addition to scheduling optimization, we emphasize the critical need to manage residual by-products, such as wastewater, generated by industrial processes, and focus on the efficient management of water resources. To tackle these challenges, we approach the problem from a network perspective and propose a novel Mixed-Integer Non-Linear Program (MINLP), which is then both linearized into a MILP formulation and transformed into a CP formulation. The experimental instances are sourced from leading organizations in the field, ensuring a strong connection to real-world applications. Obtained results validate the overall efficiency of our framework in terms of optimality gap and computational time and show its applicability across various industries and offering a versatile solution to real-world challenges. The thesis concludes by outlining potential future research directions. First, the emphasis is placed on both scheduling problems presented: the UPMS and HFFS. For the UPMS, we highlight the need to explore job splitting strategies for both population-based and search-based algorithms to improve scheduling efficiency and flexibility. Towards a similar direction, we, also, provide dominance rules on the tardiness minimization problem, which may assist in avoiding visiting provably inferior solutions. For the HFFS, we provide ideas for hybridizing exact methods - MILP and CP -, aiming to enhance optimization performance and tackle these complex scheduling challenges more effectively.Η παρούσα διατριβή εξετάζει το σχεδιασμό και την εφαρμογή τεχνικών συνδυαστικής βελτιστοποίησης σε σύνθετα προβλήματα χρονοδρομολόγησης (scheduling) και της βιομηχανίας επεξεργασίας (process industries). Τα παραδοσιακά μοντέλα βελτιστοποίησης συχνά αντιμετωπίζουν δυσκολίες κατά την ενσωμάτωση πολλών ιδιοτήτων που προέρχονται από τον πραγματικό κόσμο. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, προτείνονται ευέλικτες μέθοδοι, οι οποίες παρόλο που δεν εγγυώνται την βελτιστότητα, προσφέρουν υψηλή αποδοτικότητα στην αντιμετώπιση μεγάλων, σύνθετων και πρακτικά κρίσιμων προβλημάτων. Αυτές οι υβριδικές προσεγγίσεις συνδυάζουν στοιχεία από διάφορες τεχνικές βελτιστοποίησης: ακριβείς μεθόδους όπως ο Μικτός Ακέραιος Γραμμικός Προγραμματισμός (MILP) και ο Προγραμματισμός Περιορισμών (CP), καθώς και μεθευρετικούς αλγορίθμους, όπως οι Γενετικοί Αλγόριθμοι (GA), η Προσομοιώμενη Ανόπτηση (SA) και η Τοπική Αναζήτηση (LS), μεταξύ άλλων. Αρχικά, αναλύεται το πρόβλημα Χρονοδρομολόγησης Ασυσχέτιστων Παράλληλων Μηχανών (UPMS) με εξαρτώμενους από την ακολουθία και την μηχανή χρόνους προετοιμασίας (setup times), καθώς και περιορισμένους ανανεώσιμους πόρους. Αντί για τον απλότερο στόχο ελαχιστοποίησης της μέγιστης συνολικής διάρκειας (makespan), εστιάζουμε στη μείωση της συνολικής σταθμισμένης καθυστέρησης (total weighted tardiness), παρέχοντας ένα πρακτικό πλαίσιο για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Η προτεινόμενη προσέγγιση συνδυάζει MILP, GA, SA και CP για να διαχειριστεί αποτελεσματικά την πολυπλοκότητα του προβλήματος. Η εκτενής πειραματική διαδικασία υπογραμμίζει την αποδοτικότητα του σχεδιασθέντος πλαισίου σε μεγάλα στιγμιότυπα, ενσωματώνοντας τόσο δεδομένα αναφοράς (benchmark data) όσο και πραγματικά δεδομένα. Επιπλέον, για να αποτυπωθεί ακριβέστερα η δυναμική των πραγματικών περιβαλλόντων παραγωγής, εξετάζονται παράλληλες διαδικασίες παραγωγής σε πολλαπλά στάδια. Συγκεκριμένα, εξετάζεται το Πρόβλημα Υβριδικής Ευέλικτης Χρονοδρομολόγησης (HFFS), όπου ένα σύνολο εργασιών πρέπει να προγραμματιστεί σε διαφορετικά στάδια αποτελούμενα από παράλληλες μηχανές και τη δυνατότητα παράκαμψης σταδίων. Κρίσιμες ιδιότητες εμπνευσμένες από πραγματικά περιβάλλοντα, περιλαμβάνουν τους χρόνους μεταφοράς και την περιορισμένη χωρητικότητα των αποθηκευτικών χώρων στις μηχανές. Λόγω της σημαντικής πολυπλοκότητας του προβλήματος, η διατριβή αναπτύσσει και αξιολογεί πέντε μεθευρετικούς αλγορίθμους —GA, SA, Βελτιστοποίηση Σμήνους Σωματιδίων (PSO), LS και Αναζήτηση Tabu (TS) — συνδυαζόμενες με ένα στοιχείο CP, ώστε να αξιολογηθεί η αποδοτικότητά τους και η ποιότητα των λύσεων σε μεγάλα στιγμιότυπα που περιλαμβάνουν πάνω από 300 εργασίες και 9 στάδια. Τα αποτελέσματα προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για τη συγκριτική απόδοση αυτών των μεθόδων και προτείνουν στρατηγικές υβριδοποίησης για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων. Εκτός από τη βελτιστοποίηση της χρονοδρομολόγησης, τονίζεται η κρισιμότητα της διαχείρισης των υπολειπόμενων παραπροϊόντων, όπως τα απόβλητα, που παράγονται από βιομηχανικές διαδικασίες, αλλά και η αποτελεσματική διαχείριση των υδάτινων πόρων. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, προσεγγίζεται το πρόβλημα από την σκοπιά του δικτύου και σχεδιάζεται ένα καινοτόμο Μικτό-Ακεραίο Μη Γραμμικό Πρόγραμμα (MINLP), το οποίο στη συνέχεια γραμμικοποιείται σε MILP, αλλά και μετασχη ματίζεται σε ένα μοντέλο CP. Τα πειραματικά δεδομένα προέρχονται από κορυφαίους οργανισμούς στον τομέα, διασφαλίζοντας την ισχυρή σύνδεση με τις εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη συνολική αποδοτικότητα της μεθόδου και ενθαρρύνουν την εφαρμοσιμότητά της σε διαφορετικές βιομηχανίες, προσφέροντας ένα ευέλικτο πλαίσιο για τις προκλήσεις του πραγματικού κόσμου. Η διατριβή ολοκληρώνεται παραθέτοντας πιθανές μελλοντικές ερευνητικές οδούς. Αρχικά, δίνεται έμφαση και στα δύο προβλήματα χρονοδρομολόγησης που παρουσιάστηκαν: το UPMS και το HFFS. Για το UPMS, τονίζεται η ανάγκη για εξερεύνηση στρατηγικών καταμερισμού εργασιών (job splitting) τόσο για πληθυσμιακές μεθόδους όσο και για αλγορίθμους αναζήτησης, με σκοπό τη βελτίωση της αποδοτικότητας και ευελιξίας του προγράμματος. Προς την ίδια κατεύθυνση, παρέχονται επίσης κανόνες κυριαρχίας (dominance rules) για το πρόβλημα της ελαχιστοποίησης της καθυστέρησης, οι οποίοι δύνανται να βοηθήσουν στην αποφυγή εξέτασης αποδεδειγμένα κατώτερων λύσεων. Για το HFFS, προτείνονται ιδέες για υβριδισμό ακριβών μεθόδων – MILP και CP – με στόχο την αύξηση της απόδοσης βελτιστοποίησης και την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση αυτών των σύνθετων προκλήσεων
Bioinformatic analysis of dietary and genetic data for the diagnosis and prognosis of non-alcoholic fatty liver disease/steatohepatitis (NAFLD/NASH)
No full textNon-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a complex disease, where various genetic and environmental factors play an essential role in its initiation and progression. Despite the efforts made by the scientific community to treat the disease, there has been an increase in its incidence over the years. The purpose of this PhD thesis was to propose new candidate diagnostic biomarkers and to investigate the role of nutrition in the disease. Genes/proteins associated with NAFLD were collected from human studies. Then, an interaction network was constructed, based on their protein interactions, and further analyzed and studied. The analysis methods applied to the network allowed us to propose 77 candidate proteins/genes for NAFLD, which may have an important role in its pathogenesis and/or progression. We believe that these results will be helpful in future experimental studies on the study of the disease. Anthropometric, biochemical, clinical, nutritional and metabolomic data of 98 subjects with NAFLD from the MAST4HEALTH study were also used in this thesis. Possible associations of dietary patterns, extracted from our analysis, as well as amino acids concentrations in patients' plasma, with novel MRI parameters - indicative of liver inflammation and fibrosis - were investigated. According to the results, the "Western dietary pattern", consisting mainly of the intake of refined grains, red meat and fast food, was associated, for the first time, with increased values of MRI-cT1 – which is indicative of NAFLD activity and fibrosis. Also, the "Low-fat dairy and poultry pattern" was associated with lower values of MRI parameters. As highlighted from our findings, the role of diet is very important in NAFLD. Furthermore, it was shown that patients who had higher MRI-PDFF values had also significantly higher concentrations of the amino acids BCAAs, AAAs, L-valine, L-tyrosine and L-isoleucine in their plasma, compared to those who had lower MRI-PDFF values. Finally, several amino acids were associated with increased values of MRI-cT1 and MRI-PDFF, which could be used as potential diagnostic markers of NAFLD.Η μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος (NAFLD) είναι μια σύνθετη νόσος, όπου διάφοροι γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες παίζουν ρόλο τόσο στην έναρξη όσο και στην εξέλιξη της. Παρά τις προσπάθειες που έχουν γίνει από την επιστημονική κοινότητα για να αντιμετωπιστεί η νόσος, παρατηρείται αύξηση στην συχνότητα εμφάνισης της με το πέρασμα των χρόνων. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να προτείνει νέους υποψήφιους διαγνωστικούς βιοδείκτες και να διερευνήσει τον ρόλο της διατροφής στη νόσο. Πραγματοποιήθηκε συλλογή γονιδίων/πρωτεϊνών που συσχετίζονται με την NAFLD και αφορούν μελέτες στον άνθρωπο. Έπειτα, μέσω των πρωτεϊνικών τους αλληλεπιδράσεων, κατασκευάστηκε ένα δίκτυο αλληλεπιδράσεων που αναλύθηκε και μελετήθηκε περαιτέρω. Οι μέθοδοι ανάλυσης που εφαρμόστηκαν στο δίκτυο, μας έδωσαν τη δυνατότητα να προτείνουμε 77 υποψήφιες πρωτεϊνες/γονίδια για την NAFLD, που ενδεχομένως να έχουν σημαντικό ρόλο στην παθογένεια ή/και την εξέλιξη της. Τα αποτελέσματα αυτά πιστεύουμε ότι θα είναι βοηθητικά σε μελλοντικές πειραματικές μελέτες αναφορικά με τη μελέτη της ασθένειας. Στην παρούσα διατριβή επίσης χρησιμοποιήθηκαν ανθρωπομετρικά, βιοχημικά, κλινικά, διατροφικά και μεταβολομικά δεδομένα 98 ατόμων με NAFLD από την MAST4HEALTH μελέτη. Πραγματοποιήθηκε διερεύνηση πιθανής συσχέτισης των διατροφικών προτύπων, που εξήχθησαν από την ανάλυση μας, καθώς και των συγκεντρώσεων των αμινοξέων στο πλάσμα των ασθενών, με καινοτόμους MRI παραμέτρους – που είναι ενδεικτικοί δείκτες ηπατικής φλεγμονής και ίνωσης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το «Δυτικό διατροφικό πρότυπο», που αποτελείται κυρίως από την πρόσληψη επεξεργασμένων δημητριακών, κόκκινου κρέατος και γρήγορου φαγητού (fast food) – συσχετίστηκε, για πρώτη φορά, με αυξημένες τιμές του MRI-cT1, που συνδέεται με την δραστηριότητα της NAFLD και τα στάδια της ίνωσης. Επίσης, τo «πρότυπο γαλακτοκομικών χαμηλών σε λιπαρά και πουλερικών» συσχετίστηκε με χαμηλότερες τιμές των MRI παραμέτρων. Από ότι αναδεικνύεται και από τα δικά μας ευρήματα, ο ρόλος της διατροφής είναι πολύ σημαντικός στην NAFLD. Ακόμη, δείχθηκε ότι οι ασθενείς που είχαν υψηλότερες τιμές MRI-PDFF, είχαν σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις των αμινοξέων BCAAs, AAAs, L-valine, L-tyrosine και L-isoleucin στο πλάσμα τους, συγκριτικά με τους ασθενείς που είχαν χαμηλότερες τιμές MRI-PDFF. Τέλος, διάφορα αμινοξέα συσχετίστηκαν με αυξημένες τιμές των MRI-cT1 και MRI-PDFF, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως πιθανοί διαγνωστικοί δείκτες της NAFLD
Immunogenicity, immunological memory and monitoring of disease activity following an anamnestic immunization with the 13-valent Pneumococcal Conjugate Vaccine in children with Idiopathic Nephrotic Syndrome
No full textBackground: Immunization with the 13-valent Pneumococcal Conjugate Vaccine (PCV13) is recommended in children with idiopathic nephrotic syndrome (INS), while reduced immunogenicity and duration of protection have been documented in these children, particularly those undergoing immunomodulatory treatment. We evaluated the safety of a single anamnestic immunization with the PCV13 in children with INS in remission and the effect of different immunomodulatory treatments on PCV13immunogenicity and induction of immunological memory. Materials and Methods: Safety was assessed through proteinuria evaluation following PCV13 booster administration and the kinetics of interleukin (IL)-5 and IL-13 levels, as biomarkers of INS activity, while all INS relapses were recorded for the 6 months following immunization. Immunogenicity and induction of immunological memory were assessed in patients and healthy controls by monitoring the kinetics of antigen-specific antibody titers for pneumococcal serotypes, at 4 weeks and 12 months, and pneumococcal serotype (PS)-specific B-cells, B Memory Cells (BMCs) and Ig isotypes witched BMCs (sIg BMCs), respectively.Results:PCV13 did not affect the individual relapse risk. Serum IL-5 changes were similar among patients with and without relapses and between INS patients and controls, during the follow-up period. Following booster immunization, PS-specific antibody titers showed a significant increase in all treatment groups and healthy controls. However, children receiving immunomodulatory treatments displayed significantly lower levels of PS-specific antibodies for 3/8 vaccine serotypes tested at both timepoints. PS-specific B-cell, BMC and sIg BMC counts significantly increased in healthy controls and patients with INS receiving corticosteroids; in contrast, patients receiving immunomodulatory treatment with cyclosporin A did not exhibit a significant increase following booster immunization.Conclusions:PCV13 booster was safe, well tolerated and immunogenic in children with INSin remission. The establishment of antigen-specific immunological memory is highly associated with the treatment regime used for INS, with immunomodulatory treatments resulting in impaired PS-specific B cell responses that could lead to the accelerated waning of antibody titers observed in these patients.Η ανοσοποίηση με το 13-δύναμο Συζευγμένο Πνευμονιοκοκκικό Εμβόλιο (13-valent Pneumococcal Conjugate Vaccine - PCV13) συνιστάται σε παιδιά με Ιδιοπαθές Νεφρωσικό Σύνδρομο (ΙΝΣ), ενώ έχει τεκμηριωθεί μειωμένη ανοσογονικότητα και μειωμένη διάρκεια προστασίας σε αυτά τα παιδιά, ιδιαίτερα όσα υποβάλλονται σε ανοσοτροποποιητικές θεραπείες. Στην παρούσα μελέτη αξιολογήσαμε την ασφάλεια της χορήγησης μιας αναμνηστικής δόσης του PCV13 σε παιδιά με ΙΝΣ σε ύφεση και την επίδραση των διαφορετικών ανοσοτροποιητικών θεραπειών στην ανοσογονικότητα του PCV13 και την επαγωγή ανοσολογικής μνήμης. Υλικά και Μέθοδοι: Η ασφάλεια αξιολογήθηκε μέσω παρακολούθησης των παιδιών για το ενδεχόμενο πρωτεϊνουρίας μετά την χορήγηση του PCV13 και της διακύμανσης των επιπέδων της ιντερλευκίνης (IL)-5 και IL-13, ως βιοδείκτης δραστηριότητας του ΙΝΣ, ενώ καταγράφηκαν όλες οι υποτροπές του ΙΝΣ για διάστημα 6 μηνών μετά την ανοσοποιήση. Η ανοσογονικότητα και η επαγωγή της ανοσολογικής μνήμης αξιολογήθηκαν σε ασθενείς και μάρτυρες, με την παρακολούθηση της κινητικής των τίτλων αντιγονοειδικών αντισωμάτων για ορότυπους του πνευμονιόκοκκου 4 εβδομάδες και 12 μήνες μετά, και των αντιγονοειδικών Β -κυττάρων, Β Μνημονικών Κυττάρων (ΒΜΚ) και ΒΜΚ που έχουν υποστεί μεταστροφή τάξης (Isotype-switched) (sIg BMK), αντίστοιχα. Αποτελέσματα: Το PCV13 δεν επηρέασε την πιθανότητα εκδήλωσης υποτροπής του ΙΝΣ. Οι αλλαγές στην IL-5 του ορού ήταν παρόμοιες μεταξύ ασθενών με και χωρίς υποτροπές κατά την περίοδο παρακολούθησης, ενώ τα επίπεδα τους δεν διέφεραν από αυτά των υγιών μαρτύρων. Μετά την ανοσοποίηση, οι τίτλοι των αντιγονοειδικών αντισωμάτων για τους ορότυπους του πνευμονιόκοκκου παρουσίασαν σημαντική αύξηση σε όλες τις ομάδες. Ωστόσο, τα παιδιά που λάμβαναν ανοσοτροποποιητικές θεραπείες (κυκλοσπορίνη Α και mycophenolate mofetil) εμφάνισαν σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα αντιγονοειδικών αντισωμάτων για 3/8 ορότυπους που εξετάσαμε και στα δυο χρονικά σημεία. Τα αντιγονοειδικά Β κύτταρα, ΒΜΚ και sIg BMK εμφάνισαν σημαντική αύξηση στους υγιείς μάρτυρες και σε ασθενείς με ΙΝΣ που λαμβάνουν κορτικοστεροειδή. Αντίθετα, οι ασθενείς υπό κυκλοσπορίνη Α δεν εμφάνισαν σημαντική αύξηση μετά την ανοσοποίηση. Συμπεράσματα: Η χορήγηση αναμνηστικής δόσης του PCV13 είναι ασφαλής και καλά ανεκτή. Ικανοποιητική ανοσογονικότητα διαπιστώθηκε στα παιδιά με ΙΝΣ υπό αγωγή. Η εγκαθίδρυση ισχυρής ανοσολογικής μνήμης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το θεραπευτικό σχήμα που χρησιμοποιείται για το ΙΝΣ, με μειωμένη αντιγονοειδική Β κυτταρική απόκριση να παρατηρείται στα παιδιά που λαμβάνουν κυκλοσπορίνη Α, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε επιταχυνόμενη μείωση των τίτλων αντιγονοειδικών αντισωμάτων, όπως και παρατηρείται σε αυτούς τους ασθενείς
Διερεύνηση του ρόλου των συνεργατικών χώρων στην ύπαιθρο στις διαδικασίες κοινωνικής καινοτομίας: σύγκριση μεταξύ Αυστρίας και Ελλάδας
No full textThis thesis attempts to provide a novel framework towards understanding the transformative potential of rural collaborative workspaces as they engage in processes of social innovation by drawing from post-capitalist literature and assemblage thinking and through an international case study comparison between rural Austria and Greece (One case from each country). The methods applied were: semi-structured interviews (N=28), participant observation and focus groups (2). The results of the study demonstrate that community-led rural collaborative workspaces do engage in social innovation processes by addressing social needs and changing social relations. They change social relations i) on the individual level by connecting locals with material and immaterial resources that allows them to (re)discover their agency and form meaningful connections with themselves and others, and ii) on the collective level by helping to form different groups and hosting events and activities with a collective ethos. These actions hold transformative potential as they operate against and alongside circuits of capital, build capacity within the community for collective action and prefigure community economies. The collaborative workspaces also co-operate with state and market institutions and recode them to their ethical and open way of operating. The thesis concludes that social innovation does hold a lot of potential for societal transformation, but also holds danger of being co-opted towards being used instrumentally. Therefore, although they require further institutionalization and support to move beyond the interstitial and symbiotic stages of transformation, this requires caution. Future research could highlight the tensions between entrepreneurship and collectivity within social innovation assemblages, as well as compare contrasting geographical locations such as urban-rural and global south-global north to further our understanding of social innovation.Η παρούσα διατριβή επιχειρεί να προσφέρει ένα καινοτόμο πλαίσιο για την κατανόηση του μετασχηματιστικού δυναμικού των συνεργατικών χώρων εργασίας στην ύπαιθρο, καθώς αυτοί εμπλέκονται σε διαδικασίες κοινωνικής καινοτομίας, αντλώντας από τη μετακαπιταλιστική βιβλιογραφία και τη σκέψη του συναρμολόγησης και μέσω μιας διεθνούς συγκριτικής μελέτης περιπτώσεων μεταξύ της ύπαιθρου της Αυστρίας και της Ελλάδας (μία περίπτωση από κάθε χώρα). Οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν ήταν: ημιδομημένες συνεντεύξεις (N=28), παρατήρηση συμμετεχόντων και ομάδες εστίασης (2). Τα αποτελέσματα της μελέτης καταδεικνύουν ότι οι συνεργατικοί χώροι εργασίας στην ύπαιθρο που διοικούνται από την κοινότητα συμμετέχουν πράγματι σε διαδικασίες κοινωνικής καινοτομίας, αντιμετωπίζοντας κοινωνικές ανάγκες και μεταβάλλοντας τις κοινωνικές σχέσεις. Μεταβάλλουν τις κοινωνικές σχέσεις i) σε ατομικό επίπεδο, συνδέοντας τους ντόπιους με υλικούς και άυλους πόρους που τους επιτρέπουν να (ανα)ανακαλύψουν τη δράση τους και να δημιουργήσουν ουσιαστικές σχέσεις με τον εαυτό τους και τους άλλους, και ii) σε συλλογικό επίπεδο, βοηθώντας στη δημιουργία διαφορετικών ομάδων και διοργανώνοντας εκδηλώσεις και δραστηριότητες με συλλογικό ήθος. Αυτές οι δράσεις έχουν μετασχηματιστικό δυναμικό, καθώς λειτουργούν ενάντια και παράλληλα με τα κυκλώματα του κεφαλαίου, αναπτύσσουν την ικανότητα της κοινότητας για συλλογική δράση και προδιαγράφουν τις κοινοτικές οικονομίες. Οι συνεργατικοί χώροι εργασίας συνεργάζονται επίσης με κρατικούς και αγοραίους θεσμούς και τους αναδιαμορφώνουν σύμφωνα με τον ηθικό και ανοιχτό τρόπο λειτουργίας τους. Η διατριβή καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η κοινωνική καινοτομία έχει πράγματι μεγάλο δυναμικό για κοινωνικό μετασχηματισμό, αλλά ενέχει επίσης τον κίνδυνο να χρησιμοποιηθεί ως μέσο. Επομένως, αν και απαιτούν περαιτέρω θεσμοθέτηση και υποστήριξη για να προχωρήσουν πέρα από τα ενδιάμεσα και συμβιωτικά στάδια της μεταμόρφωσης, αυτό απαιτεί προσοχή. Μελλοντικές έρευνες θα μπορούσαν να επισημάνουν τις εντάσεις μεταξύ επιχειρηματικότητας και συλλογικότητας εντός των συνόλων κοινωνικής καινοτομίας, καθώς και να συγκρίνουν αντίθετες γεωγραφικές τοποθεσίες, όπως αστικές-αγροτικές και νότιο-βόρειο ημισφαίριο, για να προωθήσουν την κατανόησή μας της κοινωνικής καινοτομίας
Ολοκληρωμένο πλαίσιο αποτίμησης σεισμικής διακινδύνευσης σε διυλιστήρια πετρελαίου: δομική ευπάθεια κατασκευών και λειτουργικές αλληλεξαρτήσεις
No full textCrude oil refining facilities are critical infrastructure for modern society facilitating the refinement of crude oil, through a network of interconnected and complex structures. These structures include assets directly involved in the refining process as well as containment assets to store the crude oil, the intermediate products and the final oil-based liquids and gasses. The seismic risk associated with these facilities is significant: an earthquake can lead to severe structural damage, operational disruptions, and financial losses. Moreover, cascading hazards such as fires, explosions, and pollution can pose threats to surrounding communities and the environment. To investigate the intricacies of assessment studies of refineries, a virtual mid-size oil refinery located in a high-seismicity region in Greece has been developed as a comprehensive testbed. This testbed provides detailed estimations of structural damage caused by seismic events and serves as a tool for improving resilience assessment methodologies. It includes a robust dataset, accessible via a dedicated repository, comprising probabilistic seismic hazard analysis results, site-specific hazard-consistent ground motion records, and a detailed exposure model encompassing critical assets like storage tanks, pressure vessels, process towers, chimneys, a flare, and equipment-supporting buildings. Additionally, nonlinear dynamic analyses using reduced-order numerical models provide record-specific asset demands and fragility estimates. Contextual descriptions of each asset’s role in the refining process are also included, along with a damage state homogenization methodology that translates asset-level damage into facility-wide consequences. This integrated framework highlights the role of each asset in maintaining the refinery’s structural and operational integrity and sets a foundation for broader risk assessment studies. Using the testbed, the consideration of the refinery’s operational status alongside its significance and influence in seismic performance is explored. Fuel production levels, internal product circulation, and storage vessel fill ratios fluctuate due to production cycles, seasonal demand, and maintenance schedules. These variations, particularly in fill ratios, are critical for storage assets, yet they are often overlooked or rather simplified in traditional risk assessments. Alternative operational scenarios are modeled to reflect periods of high demand, low demand, routine operations, and maintenance shutdowns. The study identifies the most probable damage states for assets under these scenarios, demonstrating how seismic outcomes vary depending on operational conditions. Comparisons with typical simplified scenarios underscore the biases implied by those simplifications, and thus the importance of considering operational variability in seismic risk assessments. It is important to note that the refinery’s performance is evaluated both at the asset level and system-wide. Metrics such as damage distributions, the percentage of assets in specific damage states, and business continuity indicators provide a comprehensive view of the facility’s resilience. Additionally, the testbed challenges the conventional fragility curve approach, which assumes an aggregation of responses from different ground motions. By retaining the correlations between ground motions and asset responses, the study highlights biases in conventional methods when examining systems of structures and demonstrates the potential of distortions in risk assessment results when such correlations are ignored. The alternative methodology proposed emphasizes the need for improved approaches to account for the interconnected nature of refinery systems, ultimately enhancing their seismic resilience.Οι εγκαταστάσεις διύλισης αργού πετρελαίου αποτελούν υποδομές ζωτικής σημασίας για τη σύγχρονη κοινωνία, οι οποίες αποτελούνται από ένα ευρύτερο δίκτυο διασυνδεδεμένων και σύνθετων κατασκευών, στοχεύοντας στη μετατροπή του πετρελαίου σε χρήσιμα προϊόντα. Οι εγκαταστάσεις αυτές περιλαμβάνουν κατασκευές που εμπλέκονται άμεσα στη διαδικασία της διύλισης, καθώς και άλλες που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση του αργού πετρελαίου, των ενδιάμεσων παραγώγων της διαδικασίας διύλισης και τελικών προϊόντων που παράγει το διυλιστήριο. Ο σεισμικός κίνδυνος που συνδέεται με αυτές τις εγκαταστάσεις είναι σημαντικός καθώς ένας σεισμός μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές δομικές ζημιές, διακοπή εργασιών και οικονομικές απώλειες. Επιπλέον, δευτερογενείς απορρέοντες κίνδυνοι όπως πυρκαγιές, εκρήξεις και ρύπανση του περιβάλλοντος, μπορεί να απειλήσουν τις γύρω κοινότητες και ευρύτερα το κοινωνικό σύνολο. Για να διερευνηθούν οι ιδιαιτερότητες των μελετών αποτίμησης της διακινδύνευσης στα διυλιστήρια, μοντελοποιήθηκε ένα τυπικό διυλιστήριο πετρελαίου μεσαίου μεγέθους που βρίσκεται σε μια περιοχή υψηλής σεισμικότητας στην Ελλάδα ως μία ολοκληρωμένη πλατφόρμα δοκιμών και υπολογιστικών διερευνήσεων για την εκτίμηση του σεισμικού κινδύνου. Η πλατφόρμα αυτή παρέχει λεπτομερείς εκτιμήσεις των δομικών ζημιών που προκαλούνται από τυχόντα σεισμικά γεγονότα και μπορεί να χρησιμεύσει ως εργαλείο για τη βελτίωση των μεθοδολογιών αξιολόγησης της διακινδύνευσης. Περιλαμβάνει έναν ευρύ κατάλογο δεδομένων, τα οποία διατίθενται ελεύθερα σε κατάλληλο ηλεκτρονικό αποθετήριο. Τα δεδομένα περιλαμβάνουν αποτελέσματα πιθανοτικής ανάλυσης σεισμικής επικινδυνότητας, επιταχυνσιογραφήματα ειδικά επιλεγμένα για να αντιπροσωπεύουν την σεισμικότητα της περιοχής και ένα λεπτομερές μοντέλο έκθεσης που περιλαμβάνει όλες τις κρίσιμες κατασκευές: δεξαμενές αποθήκευσης των προϊόντων της διύλισης, δοχεία πίεσης, πύργοι διύλισης, καμινάδες, ένας πυρσός καύσης και κτίρια στέγασης μηχανολογικού εξοπλισμού. Για τις κατασκευές αυτές πραγματοποιήθηκαν μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις με χρήση απλοποιημένων αριθμητικών μοντέλων, ειδικά διαμορφωμένων ώστε να αναπαράγουν με ικανοποιητική ακρίβεια τις κρίσιμες συμπεριφορές των κατασκευών. Επιπροσθέτως χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών, υπολογίστηκαν αντίστοιχες καμπύλες σεισμικής τρωτότητας για όλες τις κρίσιμες μορφές αστοχίας και στάθμες βλάβης όλων των κατασκευών. Στη συνέχεια προτείνεται κατάλληλη μεθοδολογία ομογενοποίησης των σταθμών βλάβης των επιμέρους κατασκευών σε αντίστοιχες στάθμες βλάβης σε επίπεδο εγκατάστασης. Η εκάστοτε αντιστοιχία επιλέχθηκε με βάση το ρόλο κάθε κατασκευής στη διατήρηση της δομικής και λειτουργικής ακεραιότητας του διυλιστηρίου και θέτει τις βάσεις για ευρύτερη μελέτη της διακινδύνευσης σε επίπεδο εγκατάστασης.Χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα δοκιμών, διερευνάται η επιρροή διαφόρων σεναρίων λειτουργίας σε ό,τι αφορά στην επίδρασή τους στη σεισμική απόκριση ορισμένων κατασκευών. Συγκεκριμένα, τα επίπεδα παραγωγής καυσίμων, η εσωτερική κυκλοφορία προϊόντων εντός της εγκατάστασης και αντιστοίχως οι αναλογίες πλήρωσης των δεξαμενών αποθήκευσης των προϊόντων, ή των δοχείων πίεσης κυμαίνονται λόγω των κύκλων παραγωγής, της εποχιακής ζήτησης και των χρονοδιαγραμμάτων συντήρησης. Αυτές οι διακυμάνσεις, ιδιαίτερα στις αναλογίες πλήρωσης, είναι κρίσιμες σε ό,τι αφορά στην απόκριση των αντίστοιχων κατασκευών, αλλά συχνά δεν λαμβάνονται υπόψη στις μελέτες διακινδύνευσης. Καθορίζονται λοιπόν εναλλακτικά σενάρια λειτουργίας ώστε να αντικατοπτρίζουν περιόδους υψηλής ζήτησης, χαμηλής ζήτησης, εποχικότητα, συνήθων λειτουργιών και προγραμματισμένης διακοπής εργασιών για συντήρηση. Η μελέτη προσδιορίζει για διάφορα επίπεδα σεισμικής έντασης τις πιο πιθανές στάθμες βλάβης της κάθε κατασκευής στο πλαίσιο αυτών των σεναρίων και συνεπώς παρουσιάζει την ευρύτερη εικόνα σε επίπεδο εγκατάστασης, αναδεικνύοντας πώς τα σεισμικά αποτελέσματα ποικίλλουν ανάλογα με το σενάριο που εξετάζεται. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα αυτά με συνήθη απλοποιημένα σενάρια γίνεται σαφής η σημασία της συμπερίληψης αυτής της δυναμικής λειτουργικής παραμέτρου στις εκτιμήσεις σεισμικού κινδύνου. Τέλος, η απόδοση του διυλιστηρίου δεν αξιολογείται μόνο σε όρους επιμέρους κατασκευών, αλλά και σε επίπεδο συστήματος. Αποτελέσματα όπως η κατανομή των βλαβών στις κατασκευές, ή το ποσοστό των κατασκευών σε συγκεκριμένες στάθμες βλάβης, συνοδεύονται από δείκτες επιχειρησιακής συνέχειας οι οποίοι παρέχουν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της σεισμικής διακινδύνευσης της εγκατάστασης. Επιπλέον, εξετάζεται επί νέας βάσης ο ορισμός των συμβατικών καμπύλων τρωτότητας, που συναθροίζουν τις επιμέρους αποκρίσεις των κατασκευών που προκαλούνται από διαφορετικά επιταχυνσιογραφήματα εδαφικής κίνησης. Διατηρώντας τη συσχέτιση μεταξύ των εκάστοτε επιταχυνσιογραφημάτων και των αποκρίσεων των κατασκευών, η μελέτη αναδεικνύει τις ανακρίβειες της συμβατικής μεθόδου κατά την εξέταση συστημάτων κατασκευών και επισημαίνει τη δυνατότητα παραγωγής στρεβλών αποτελεσμάτων για την εγκατάσταση όταν αγνοούνται τέτοιες συσχετίσεις. Αυτή η εναλλακτική μεθοδολογία αντικατοπτρίζει την ανάγκη για βελτιωμένες προσεγγίσεις που θα λαμβάνουν υπόψη τη διασύνδεση των κατασκευών, ενισχύοντας τελικά τη σεισμική τους αναταξιμότητα
Παραγωγή συστημάτων για την ενθυλάκωση βιοενεργών ενώσεων από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς
No full textA wide range of biomolecules derived from photosynthetic organisms are extensively utilized across several industrial sectors, including the pharmaceuticals, cosmetics and food industries. This thesis focuses on the encapsulation of two such bioactive compounds: phycocyanin, a hydrophilic proteinic pigment extracted and purified from the dry biomass of Arthrospira maxima, and curcumin, a hydrophobic antioxidant, naturally found in the turmeric root of Curcuma longa. These compounds were encapsulated into different delivery systems and studied to assess their functionality, with their antioxidant activity serving as the main functional marker for the evaluation of the encapsulation.Initially, a protein-based nanocarrier using bovine serum albumin (BSA) was developed and used to bind curcumin. This approach allowed for curcumin, a hydrophobic molecule, to be indirectly “dissolved” in aqueous media. The protocol developed here involves a near-equimolar protein: curcumin ratio, contrary to the excess of curcumin used in previous studies. Analytical techniques such as fluorescence spectroscopy indicated that curcumin binds near BSA’s tryptophan residues, and circular dichroism confirmed that BSA retained its secondary structure. These results offer a promising platform for non-covalent albumin-based drug carriers, improving curcumin’s solubility and bioavailability.This work was then advanced by exploring a hydrogel-based system designed to co-encapsulate hydrophilic phycocyanin and BSA-bound curcumin. Characterization via optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and confocal laser scanning microscopy (CLSM) revealed the structure of empty and loaded hydrogels. Antioxidant activity assays confirmed the functional integrity of the encapsulated compounds, while cell viability tests demonstrated the hydrogel’s biocompatibility and non-toxicity, indicating its potential for use in biomedical and pharmaceutical applications.To further address the challenge of co-encapsulating both hydrophilic and hydrophobic compounds, a bicontinuous microemulsion was developed. This transparent and macroscopically monophasic system stabilized by surfactant and cosurfactant molecules, allowed the direct encapsulation of phycocyanin and curcumin without the assistance of BSA. EPR spectroscopy revealed strong radical scavenging activity for both curcumin and phycocyanin, with their combination further enhancing this effect. These findings demonstrate the potential of microemulsions for maintaining the bioactivity of sensitive molecules, such as proteins, which are widely used across multiple application areas.Finally, a protein recombination approach was used to develop a novel protein-based nanocarrier by fusing hydrophobin HFBI with an albumin-binding domain (ABD). This chimeric protein was expressed in E. coli, purified and then used to create curcumin-loaded nanoparticles. These nanoparticles, measured by dynamic light scattering (DLS), exhibited high monodispersity after exposure to human serum albumin (HSA) and retained their size upon incubation. The results demonstrate the successful bacterial production of this chimeric protein and its potential for hydrophobic drug delivery targeting albumin, by using curcumin as hydrophobic core, necessary for the formulation and the stability of the system.In conclusion, this thesis provides valuable insights into various encapsulation methods for natural biomolecules with antioxidant properties. The results underline the ability of different systems to enhance bioactivity, improve stability, and enable targeted delivery, offering significant potential for applications in pharmaceuticals, cosmetics and food industry.Ένα ευρύ φάσμα βιομορίων που προέρχονται από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς χρησιμοποιείται εκτενώς σε διάφορους βιομηχανικούς τομείς, όπως η φαρμακοβιομηχανία, τα καλλυντικά και η βιομηχανία τροφίμων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην εγκλωβισμό δύο τέτοιων βιοδραστικών ενώσεων: της φυκοκυανίνης, μιας υδρόφιλης πρωτεΐνης που εκχυλίζεται και καθαρίζεται από ξηρή βιομάζα Arthrospira maxima, και της κουρκουμίνης, ενός υδρόφοβου αντιοξειδωτικού που στη φύση συναντάται στη ρίζα του φυτού Curcuma longa. Οι ενώσεις αυτές εγκλωβίστηκαν σε διαφορετικά συστήματα φορέων και μελετήθηκαν ως προς τη λειτουργικότητά τους, με την αντιοξειδωτική τους δράση να αποτελεί τον κύριο λειτουργικό δείκτη για την αξιολόγηση της διαδικασίας εγκλωβισμού.Αρχικά, αναπτύχθηκε ένας νανοφορέας βασισμένος σε πρωτεΐνη, χρησιμοποιώντας αλβουμίνη ορού βοοειδών (BSA), η οποία χρησιμοποιήθηκε για τη δέσμευση της κουρκουμίνης. Η προσέγγιση αυτή επέτρεψε την «έμμεση διάλυση» της κουρκουμίνης, μιας υδρόφοβης ένωσης, σε υδατικά μέσα. Το πρωτόκολλο που αναπτύχθηκε εδώ βασίζεται σε σχεδόν ισομοριακή αναλογία πρωτεΐνης:κουρκουμίνης, σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες στη βιβλιογραφία, όπου χρησιμοποιούσαν περίσσεια του υδρόφοβου μορίου. Αναλυτικές τεχνικές όπως ο φθορισμός μέσω του λεγόμενου « quenching effect» έδειξαν ότι η κουρκουμίνη δεσμεύεται κοντά στα υδρόφοβα τμήματα της BSA όπου εντοπίζεται το αμινοξύ τρυπτόφανη που είναι υπεύθυνο για το φθορισμό, ενώ ο κυκλικός διχρωισμός επιβεβαίωσε ότι η BSA ως επί το πλείστον διατήρησε τη δευτεροταγή της δομή. Τα αποτελέσματα αυτά προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη βάση για φορείς φαρμάκων βασισμένους στην αλβουμίνη, βελτιώνοντας τη διαλυτότητα και βιοδιαθεσιμότητα της κουρκουμίνης και άλλων υδρόφοβων βιομορίων.Η εργασία αυτή επεκτάθηκε στη συνέχεια με τη μελέτη ενός συστήματος υδρογέλης, σχεδιασμένου για τον ταυτόχρονο εγκλωβισμό της υδρόφιλης φυκοκυανίνης και της BSA-συνδεδεμένης κουρκουμίνης. Ο χαρακτηρισμός των υδρογελών, τόσο του άδειου συστήματος όσο και των συστημάτων με εγκλωβισμένα τα βιομόρια, πραγματοποιήθηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), και συνεστιακή μικροσκοπία. Δοκιμές αντιοξειδωτικής δράσης επιβεβαίωσαν τη λειτουργική ακεραιότητα της εγκλωβισμένης κουρκουμίνης και την επίδραση του περιβάλλοντος υδρογέλης στην αντιοξειδωτική δράση της φυκοκυανίνης, ενώ δοκιμές κυτταρικής βιωσιμότητας ανέδειξαν τη βιοσυμβατότητα και μη τοξικότητα της υδρογέλης, δείχνοντας τη δυνατότητα χρήσης της σε βιοϊατρικές και φαρμακευτικές εφαρμογές.Για την περαιτέρω αντιμετώπιση της πρόκλησης του ταυτόχρονου εγκλωβισμού υδρόφιλων και υδρόφοβων ενώσεων, αναπτύχθηκε ένα δισυνεχές μικρογαλάκτωμα (bicontinuous microemulsion). Το διαυγές και μακροσκοπικά μονοφασικό αυτό σύστημα, σταθεροποιημένο από επιφανειοδραστικά και συν-επιφανειοδραστικά μόρια, επέτρεψε τον εγκλωβισμό της φυκοκυανίνης και της κουρκουμίνης, χωρίς τη χρήση της BSA. Φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (EPR) έδειξε ισχυρή ικανότητα εξουδετέρωσης ελευθέρων ριζών και από τις δύο ενώσεις, ενώ ο συνδυασμός τους ενίσχυσε ακόμη περισσότερο το αντιοξειδωτικό αποτέλεσμα. Τα ευρήματα αυτά καταδεικνύουν τις δυνατότητες των μικρογαλακτωμάτων για τη διατήρηση της βιοδραστικότητας ευαίσθητων μορίων, όπως οι πρωτεΐνες, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές εφαρμογές.Τέλος, χρησιμοποιήθηκε μια προσέγγιση πρωτεϊνικού ανασυνδυασμού για την ανάπτυξη ενός καινοτόμου νανοφορέα, μέσω σύντηξης της υδροφοβίνης HFBI με μία μικρή πρωτεϊνική αλληλουχία σύνδεσης αλβουμίνης (ABD). Η χιμαιρική αυτή πρωτεΐνη εκφράστηκε σε E. coli, καθαρίστηκε και χρησιμοποιήθηκε με σκοπό τη δημιουργία νανοσωματιδίων με υδρόφοβο πυρήνα κουρκουμίνης. Τα νανοσωματίδια αυτά, όπως μετρήθηκαν με φασματοσκοπία δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS), εμφάνισαν υψηλή μονοδιασπορά μετά από έκθεση σε ανθρώπινη αλβουμίνη ορού (HSA) και διατήρησαν το μέγεθός τους κατά την επώαση. Τα αποτελέσματα αυτά δίνουν στοιχεία για την επιτυχή βακτηριακή παραγωγή της χιμαιρικής πρωτεΐνης και ενθαρρυντικά προκαταρκτικά δεδομένα για τη δυνατότητά της για στοχευμένη μεταφορά υδρόφοβων φαρμακευτικών ενώσεων με φορέα την αλβουμίνη, χρησιμοποιώντας την κουρκουμίνη ως υδρόφοβο πυρήνα, απαραίτητο για τη διαμόρφωση και σταθερότητα του συστήματος.Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για διάφορες μεθόδους εγκλωβισμού φυσικών βιομορίων με αντιοξειδωτικές ιδιότητες, με διαφορετική υδρόφοβη φύση. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη δυνατότητα των διαφορετικών συστημάτων να ενισχύσουν τη βιοδραστικότητα, να βελτιώσουν τη σταθερότητα και να επιτρέψουν τη στοχευμένη και συνδυαστική μεταφορά, προσφέροντας σημαντικές προοπτικές εφαρμογής στους τομείς της φαρμακευτικής, των καλλυντικών και της βιομηχανίας τροφίμων
Assessment of histologic risk factors for hepatocellular carcinoma in patients with chronic hepatitis B of advanced stage, with or without therapy
No full textGlobally, chronic hepatitis B is one of the leading causes of hepatocellular carcinoma (HCC). Histologic markers of increased risk for hepatocellular carcinoma can provide useful information for the management of patients with chronic hepatitis B. The expression of epithelial cell adhesion molecule (EpCAM, a marker of hepatic progenitor cells and hepatocytes derived from them), p21 (a marker of hepatocyte senescence), glutamine synthetase (a marker of perivenular hepatocytes) and CD34 (a marker of sinusoidal capillarization) were assessed by immunohistochemistry in 52 liver biopsy specimens from patients with advanced stage chronic hepatitis B. Nineteen patients developed hepatocellular carcinoma during a follow-up period of 133 months. The findings were compared with those of 18 liver biopsy specimens from patients with early-stage chronic hepatitis B and 6 liver biopsy specimens without significant pathologic findings. EpCAM expression in hepatocytes was significantly increased in specimens with advanced stage, as compared with all other specimens. EpCAM positivity in over 30 % of hepatocytes was only seen in 3 specimens from patients who subsequently developed hepatocellular carcinoma. The expression of p21, glutamine synthetase and CD34 was not associated with hepatocellular carcinoma development. Nevertheless, glutamine synthetase immunostains highlighted zonality abnormalities that were useful in chronic hepatitis B staging. In conclusion, extensive immunopositivity of hepatocytes for EpCAM in chronic hepatitis B may represent a marker of increased hepatocellular carcinoma risk. Glutamine synthetase immunostaining represents a useful adjunct in determining the stage of chronic hepatitis B in diagnostic practice.Η χρόνια ηπατίτιδα Β αποτελεί παγκοσμίως ένα από τα σημαντικότερα αίτια ΗΚΚ. Η ανάδειξη ιστολογικών και ανοσοϊστοχημικών δεικτών που υποδηλώνουν αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης ΗΚΚ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως χρήσιμο εργαλείο στην παρακολούθηση και θεραπευτική αντιμετώπιση των ασθενών με ΧΗΒ. Η ανοσοϊστοχημική έκφραση του μορίου προσκόλλησης επιθηλιακών κυττάρων EpCAM (δείκτης προγονικών ηπατικών κυττάρων και ηπατοκυττάρων που προέρχονται από αυτά), της πρωτεΐνης p21 (δείκτης γήρανσης των ηπατοκυττάρων), της γλουταμινικής συνθετάσης GS (δείκτης ηπατοκυττάρων κεντρολοβιακών ζωνών) και του αντιγόνου CD34 (δείκτης «αρτηριοποίησης» κολπωδών τριχοειδών) αξιολογήθηκε σε 52 βιοψίες ήπατος ασθενών με ΧΗΒ, προχωρημένου σταδίου. Δεκαεννέα από αυτούς τους ασθενείς ανέπτυξαν ΗΚΚ κατά τη διάρκεια της παρακολούθησής τους, η οποία είχε κατά μέσο όρο διάρκεια 133 μηνών. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των ιστολογικών και των ανοσοϊστοχημικών ευρημάτων των ανωτέρω βιοψιών ήπατος με αυτά που προέκυψαν από τη μελέτη 18 βιοψιών ήπατος ασθενών ΧΗΒ αρχικών σταδίων (τυχαία επιλογή) και 6 βιοψιών ήπατος ασθενών με τρανσαμινασαιμία, χωρίς άξιες λόγου παθολογικές αλλοιώσεις. Η έκφραση του EpCAM στα ηπατοκύτταρα βρέθηκε σημαντικά αυξημένη στις βιοψίες ήπατος ασθενών προχωρημένου σταδίου, σε σύγκριση με όλες τις άλλες ομάδες ασθενών. Θετικότητα του EpCAM σε ποσοστό > 30% του συνόλου των ηπατοκυττάρων της βιοψίας παρατηρήθηκε μόνο σε 3 βιοψίες ήπατος ασθενών που στη συνέχεια ανέπτυξαν ΗΚΚ. Η έκφραση των υπολοίπων ανοσοϊστοχημικών δεικτών (p21, GS, CD34) δεν σχετίζονταν με ανάπτυξη ΗΚΚ. Η έκφραση της γλουταμινικής συνθετάσης ανέδειξε ανωμαλίες στη «ζωνικότητα» των λοβίων, βοηθώντας στην ακριβέστερη σταδιοποίηση της ΧΗΒ. Συμπερασματικά, η εκτεταμένη θετικότητα των ηπατοκυττάρων στο EpCAM σε βιοψίες ήπατος ασθενών με ΧΗΒ προχωρημένου σταδίου ενδέχεται να αντιπροσωπεύει έναν δείκτη αυξημένου κινδύνου ανάπτυξης ΗΚΚ. Η ανοσοϊστοχημική χρώση για τη γλουταμινική συνθετάση αποτελεί χρήσιμο εργαλείο στην σταδιοποίηση της ΧΗΒ στην καθημερινή διαγνωστική πράξη