Hellenic National Archive of Doctoral Dissertations
Not a member yet
56257 research outputs found
Sort by
The museum as a pedagogical tool: attitudes and perceptions of pre-service teachers
No full textThis thesis focuses on alternative forms of learning beyond formal education, recognizing museums as ideal environments for diverse learning experiences aimed at enhancing the educational process, particularly in early childhood and primary education, including preschool settings. Within this framework, it highlights the contemporary developments and trends in 21st century education, with emphasis on the shift from traditional educational approaches to more flexible forms of learning. More specifically, the purpose of this research study is to explore the attitudes and perceptions of future educators (pre-service teachers) regarding the museum and the museum experience as an educational tool, along with the factors that influence their intention to integrate it into classroom teaching. Ajzen's Theory of Planned Behaviour (TPB) serves as the primary research framework for analysing the factors influencing this intention through which we examine how attitudes, subjective norms and perceived behavioural control (measures of prediction) influence pre-service teachers' intention to integrate the museum into their teaching. In addition, the personal experiences with museums and the academic background related to museum education of the pre-service teachers in our sample are introduced as moderating factors, and their influence on the relationship between the measures of intention prediction and the intention to use museums as educational tools is examined. A random sample was drawn from a population of university students in Greece, enrolled in early childhood, pre-school and primary school education programmes, in their fourth year or later. A questionnaire was developed, validated and used to collect research data, between November 2020 and February 2021. The analysis and statistical processing of data collected from the 454 valid responses were conducted using the Structural Equation Modeling (SEM) method. SEM is a powerful and dynamic tool that enables the simultaneous examination of multiple relationships between observable and latent variables. The analysis of the effect of moderator variables was conducted using a combination of statistical methods, including SEM, Multigroup Confirmatory Factor Analysis (CFA) and the two-stage method (Fassott et al., 2016; Henseler & Chin, 2010). The results of the study largely confirm the research hypotheses about the positive influence of attitudes, subjective norms and perceived behavioural control on the intention of future teachers to use the museum as an educational tool. Academic education relevant to museum education appears to strengthen these relationships, particularly regarding subjective norms and perceived control, although the hypothesis that it strengthens the relationship between attitudes and intention is rejected. Similarly, personal experiences with museums during school and university years, positively influence most relationships, except for their effect on perceived behavioural control during the school years. Furthermore, the results highlight the significant role of beliefs in shaping future teachers' intentions, as their perceptions of what is beneficial, effective, socially acceptable, and feasible influence their intentions to integrate museums into their teaching practices. The research concludes with recommendations for policy development, including integrating museums into university curricula and establishing infrastructure for the systematic use of museums as teaching tools. The findings contribute to a deeper understanding of the value of museums in education and suggest strategies to strengthen the connection between informal learning and formal education.Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την εναλλακτική της τυπικής εκπαίδευσης μάθηση, αναγνωρίζοντας το μουσείο ως ιδανικό περιβάλλον για όλες τις μορφές μάθησης, με σκοπό να ενισχυθεί η εκπαιδευτική διαδικασία, ιδιαίτερα στην πρώιμη παιδική, προσχολική και σχολική ηλικία. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, αναδεικνύει τις σύγχρονες εξελίξεις και τάσεις στην εκπαίδευση του 21ου αιώνα, με ιδιαίτερη έμφαση στη μεταβολή της παραδοσιακής εκπαιδευτικής προσέγγισης προς πιο ευέλικτες μορφές μάθησης. Ειδικότερα, σκοπός της παρούσας ερευνητικής μελέτης είναι να διερευνηθούν οι στάσεις και οι αντιλήψεις μελλοντικών παιδαγωγών (φοιτητές παιδαγωγοί/εκπαιδευτικοί) για το μουσείο και τη μουσειακή εμπειρία ως παιδαγωγικό εργαλείο, καθώς και οι παράγοντες που επηρεάζουν την πρόθεσή τους να το αξιοποιήσουν στην τάξη. Ως κύριο ερευνητικό πλαίσιο για την ανάλυση των παραγόντων που επηρεάζουν αυτήν την πρόθεση χρησιμοποιείται η Θεωρία της Προσχεδιασμένης Συμπεριφοράς (TPB) του Ajzen μέσω της οποίας εξετάζουμε πώς οι στάσεις, τα υποκειμενικά πρότυπα και ο αντιλαμβανόμενος έλεγχος της συμπεριφοράς (μέτρα πρόβλεψης) επηρεάζουν την πρόθεση των μελλοντικών εκπαιδευτικών να ενσωματώσουν το μουσείο στην παιδαγωγική τους πρακτική. Επιπλέον, εισάγονται ως ρυθμιστικοί παράγοντες η προσωπική εμπειρία στο μουσείο και η σχετική με αυτό ακαδημαϊκή εκπαίδευση των μελλοντικών παιδαγωγών του δείγματος. Μελετάται, επίσης, πώς αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν τις σχέσεις των μέτρων πρόβλεψης, με την πρόθεση αξιοποίησης του μουσείου ως παιδαγωγικό εργαλείο. Με τυχαία δειγματοληψία επιλέγεται δείγμα από τον πληθυσμό φοιτητών, τέταρτου (4ου) έτους σπουδών και άνω, των πανεπιστημιακών τμημάτων αγωγής της πρώιμης παιδικής ηλικίας, καθώς και αγωγής και εκπαίδευσης της προσχολικής και της σχολικής ηλικίας, στην Ελλάδα. Κατασκευάζεται, σταθμίζεται και χρησιμοποιείται εργαλείο μέτρησης και, κατά το χρονικό διάστημα Νοέμβριος 2020 - Φεβρουάριος 2021, συλλέγονται τα ερευνητικά δεδομένα. Η ανάλυση και στατιστική επεξεργασία των δεδομένων που συλλέγονται από τα τετρακόσια πενήντα τέσσερα (454) έγκυρα ερωτηματολόγια, γίνεται με τη μέθοδο της ανάλυσης μοντέλων Δομικών Εξισώσεων (Structural Equation Modeling – SEM), η οποία είναι ένα ισχυρό και δυναμικό εργαλείο που επιτρέπει την ταυτόχρονη εξέταση πολλών σχέσεων και διασυνδέσεων μεταξύ παρατηρήσιμων και λανθανουσών μεταβλητών. Η ανάλυση της επίδρασης των ρυθμιστικών παραγόντων γίνεται με έναν συνδυασμό μεθόδων ανάλυσης όπως η SEM, η επιβεβαιωτική ανάλυση παραγόντων πολλαπλών ομάδων (Multigroup CFA) και η μέθοδος των δύο σταδίων (Fassott et al., 2016; Henseler & Chin, 2010). Τα αποτελέσματα της έρευνας επιβεβαιώνουν σε μεγάλο βαθμό τις ερευνητικές υποθέσεις σχετικά με τη θετική επίδραση των στάσεων, των υποκειμενικών προτύπων και του αντιλαμβανόμενου συμπεριφορικού ελέγχου στην πρόθεση των μελλοντικών παιδαγωγών να αξιοποιήσουν το μουσείο και τη μουσειακή εμπειρία ως παιδαγωγικό εργαλείο. Η σχετική ακαδημαϊκή εκπαίδευση φαίνεται να ενισχύει αυτές τις σχέσεις, ειδικά σε ό,τι αφορά τα υποκειμενικά πρότυπα και τον αντιλαμβανόμενο έλεγχο, με εξαίρεση την υπόθεση ότι η ακαδημαϊκή εκπαίδευση ενισχύει τη σχέση μεταξύ στάσεων και πρόθεσης. Αντίστοιχα, η προσωπική ενασχόληση με το μουσείο και η εμπειρία σε αυτό, κατά τη διάρκεια της σχολικής και πανεπιστημιακής εκπαίδευσης, έχει θετική επίδραση στις περισσότερες σχέσεις, με εξαίρεση την επίδραση στον αντιλαμβανόμενο συμπεριφορικό έλεγχο κατά τα σχολικά χρόνια. Επίσης, τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν τη σημασία των πεποιθήσεων στην ενίσχυση της πρόθεσης των μελλοντικών παιδαγωγών, καθώς οι αντιλήψεις τους για το τι είναι εφικτό, κοινωνικά αποδεκτό και αποτελεσματικό, επηρεάζουν τη στάση τους και την πρόθεσή τους να ενσωματώσουν τα μουσεία στη διδασκαλία τους. Η έρευνα καταλήγει σε προτάσεις για την ανάπτυξη πολιτικών που θα ενισχύσουν τη χρήση των μουσείων στην εκπαίδευση, όπως η ενσωμάτωση της μουσειακής εκπαίδευσης στα πανεπιστημιακά προγράμματα σπουδών και η δημιουργία υποδομών για συστηματική χρήση των μουσείων ως εργαλείων διδασκαλίας. Τα ευρήματα συμβάλλουν στην κατανόηση της σημασίας των μουσείων στην εκπαιδευτική διαδικασία και υποδεικνύουν πρακτικές που ενισχύουν τη σύνδεση της άτυπης μάθησης με την τυπική εκπαίδευση
Continuities and discontinuities in the NW cemetery of Palaia ιn Volos: the case of two tholos tombs in use from the late protogeometric to the classical period
No full textThis dissertation presents a comprehensive synthesis of the available archaeological data concerning the northwestern cemetery at the site of Palea over time, trying to reconstruct its spatial extent, the typology of tombs, burial practices and types of grave goods across successive chronological periods. Subsequently, the study focuses on two tholos tombs of the LPG period, excavated in 1993 and 1997 on Kolokotroni Street. In addition, sixteen further tombs of simplier construction—cists, pits and built—excavated during the same rescue excavations are also examined. The two tholos tombs yielded a significant assemblage of offerings, attesting the continuous and successive use of them, from the LPG through the Classical period. Where feasible, the stratigraphic distribution and chronological attribution of these objects are used to visualize patterns of sequential use within the tholos tombs. It is proved, by the presence of urns, that during the initial use of these distinct funerary monuments in the LPG period, the burial practice of secondary cremation was adopted. In subsequent phases, inhumation was used, while the remains of earlier burials were successively swept towards the walls the tombs. The study of these two tholos tombs provides new insights into the evolution of mortuary practices in Thessaly, from the LPG to the Classical period.Η διατριβή συγκεντρώνει τα διαθέσιμα δεδομένα για το ΒΔ νεκροταφείο της θέσης των Παλαιών διαχρονικά, αναζητώντας στοιχεία για την έκταση, το είδος των τάφων, των ταφικών πρακτικών και την κτέριση ανά χρονική περίοδο. Ακολούθως, επικεντρώνεται στην περίπτωση δύο θολωτών τάφων της ΠΕΣ που ανασκάφηκαν τα έτη 1993 και 1997 στην οδό Κολοκοτρώνη, ενώ περιλαμβάνει και συνολικά 16 ακόμη τάφους πιο απλών τύπων (κιβωτιόσχημοι, λακκοειδείς, κτιστός) που ερευνήθηκαν στις ίδιες ανασκαφικές περιόδους. Οι δύο θολωτοί τάφοι περιείχαν μεγάλο αριθμό κτερισμάτων, τα οποία μαρτυρούν τη διαδοχική τους χρήση από την ΥΠρΓ έως και τα κλασικά χρόνια. Επιχειρείται να οπτικοποιηθεί –όπου είναι δυνατόν- η διαδοχική χρήση των θαλάμων με βάση τη χρονολόγηση και τη θέση εύρεσης των κτερισμάτων. Διαπιστώνεται ότι στην αρχική χρήση των συγκεκριμένων ξεχωριστών ταφικών μνημείων κατά την ΥΠρΓ περίοδο υιοθετείται η ταφική πρακτική της δευτερογενούς καύσης, καθώς εντοπίζονται τεφροδόχα αγγεία. Στη συνέχεια ακολουθεί η πρακτική του ενταφιασμού και των ανακομιδών. Η μελέτη των συγκεκριμένων ταφικών μνημείων εμπλουτίζει με νέα δεδομένα την αρχαιολογική έρευνα για τις υιοθετούμενες ταφικές πρακτικές από τα ΥΠρΓ έως και τα κλασικά χρόνια στη Θεσσαλία
Economic and spatial transformations in the Athenian center: the case of the jewelry economy
No full textThis dissertation examines the historical evolution of productive activities and corresponding spatial policies in the center of Athens, with particular emphasis on historically established creative, artisanal, and small-scale industrial activities. It specifically employs an in-depth case study of the jewelry economy. The research explores the factors that have contributed to the resilience of this sector over time, as well as contemporary pressures leading to its contraction amidst intense economic and spatial transformations. Historically, the center of Athens served as a site for the coexistence of manufacturing, commerce, banking services, and public administration. However, starting in the 1980s, there was a shift toward dominance by the tertiary sector and a significant decline in artisanal activities. In the 2000s, the Olympic Games triggered substantial reconfigurations in land use, benefiting new sectors such as culture and entertainment, while the economic crisis of 2009 further pressured the urban productive system. Despite these transformations, strong spatial concentrations of activities such as jewellery production and trade have persisted. This dissertation argues that from the 1970s until today, the economy of Athens has been undergoing a continuous transformation from a productive, locally interconnected base toward a consumption-driven economy, shaped by supra-local and local policies and narratives aimed at enhancing the city's competitiveness in the international system. Spatial policies have adapted accordingly, becoming more flexible and privatized, with new stakeholders playing crucial roles and creating challenges regarding transparency and democratic participation. This development is closely linked to regional policies promoted by the European Union, fostering competition among cities and regions to secure resources through strategic identity management and the leveraging of comparative advantages. The case of jewelry production in the historic center exemplifies the resilience of a productive network where small businesses thrive in strongly spatially concentrated clusters, maintained through informal networks and mutual interdependencies. Nevertheless, the city's shift towards consumption and tourism intensifies the challenges facing the preservation and growth of these productive activities, accelerating changes that impact labor relations, land use, and the overall social and economic fabric of Athens.Η παρούσα διατριβή εξετάζει τη διαχρονική εξέλιξη των παραγωγικών δραστηριοτήτων και των αντίστοιχων χωρικών πολιτικών στο κέντρο της Αθήνας, εστιάζοντας ειδικότερα στις ιστορικά εγκατεστημένες δημιουργικές, χειροτεχνικές και μικρο-βιοτεχνικές δραστηριότητες, με μελέτη περίπτωσης την οικονομία του κοσμήματος. Η έρευνα διερευνά τους λόγους που επέτρεψαν την αντοχή του συγκεκριμένου κλάδου στο πέρασμα του χρόνου, καθώς και τις σύγχρονες πιέσεις που οδηγούν στη συρρίκνωσή του, εν μέσω έντονων οικονομικών και χωρικών μετασχηματισμών. Ιστορικά, το κέντρο της Αθήνας λειτούργησε ως πεδίο συνύπαρξης μεταποίησης, εμπορίου, τραπεζικών υπηρεσιών και δημόσιας διοίκησης, όμως από τη δεκαετία του 1980 σημειώθηκε μετάβαση προς την κυριαρχία του τριτογενούς τομέα και τη μείωση των βιοτεχνικών δραστηριοτήτων. Στη δεκαετία του 2000, οι Ολυμπιακοί Αγώνες πυροδότησαν αναδιάταξη χρήσεων γης, ευνοώντας νέους τομείς όπως ο πολιτισμός και η ψυχαγωγία, ενώ η κρίση του 2009 επέφερε περαιτέρω πιέσεις στον αστικό παραγωγικό ιστό. Παρά ταύτα, παραμένουν ισχυρές χωρικές συγκεντρώσεις δραστηριοτήτων. Η διατριβή υποστηρίζει ότι από τη δεκαετία του 1970 έως σήμερα η οικονομία της Αθήνας διέρχεται ένα συνεχή μετασχηματισμό από παραγωγική, τοπικά διασυνδεδεμένη βάση, προς μια οικονομία κατανάλωσης, αποτέλεσμα υπερτοπικών και τοπικών πολιτικών και αφηγήσεων που στοχεύουν στη βελτίωση της ανταγωνιστικότητας της πόλης στο διεθνές σύστημα. Οι χωρικές πολιτικές προσαρμόζονται σε νέα δεδομένα, αποκτώντας ευέλικτο και ιδιωτικοποιημένο χαρακτήρα, ενώ νέοι δρώντες αναλαμβάνουν σημαντικό ρόλο, αναδεικνύοντας ζητήματα διαφάνειας και δημοκρατίας. Αυτή η εξέλιξη συνδέεται άμεσα με τις περιφερειακές πολιτικές της Ευρωπαϊκής Ένωσης που προωθούν τον ανταγωνισμό μεταξύ πόλεων και περιφερειών για τη διεκδίκηση πόρων μέσω στρατηγικής διαχείρισης της ταυτότητας και των συγκριτικών τους πλεονεκτημάτων. Η περίπτωση του κοσμήματος στο ιστορικό κέντρο αναδεικνύεται ως χαρακτηριστικό παράδειγμα ανθεκτικότητας ενός παραγωγικού δικτύου, όπου μικρές επιχειρήσεις αναπτύσσονται σε έντονα χωρικά συγκεντρωμένες δομές και διατηρούνται μέσω άτυπων δικτύων και αλληλεξαρτήσεων. Ταυτόχρονα, όμως, ο μετασχηματισμός της πόλης με έμφαση στην κατανάλωση και τον τουρισμό εντείνει τις προκλήσεις για τη διατήρηση και ανάπτυξη αυτών των παραγωγικών δραστηριοτήτων, επιταχύνοντας αλλαγές που επηρεάζουν την εργασία, τις χρήσεις γης και τη συνολική κοινωνική και οικονομική δομή της Αθήνας
Child religiosity in A. Adler's Individual Psychology
No full textThis multi-level qualitative research concerns the child religiosity of the Individual Psychology of the Austrian psychiatrist Alfred Adler. The School of Individual Psychology is based on the understanding of the feeling of inferiority and the tendency to replenish or overcompensate this disadvantageous feeling. The source of religiosity, as Adler typically argues, is precisely this feeling of inferiority, which comes from the realization of people's personal weakness. According to his theory, faith in God prompts "Ego" to strive for superiority, a fact that theologically refers to the imperatives of "Theosis".Η παρούσα πολυεπίπεδη ποιοτική έρευνα αφορά στην παιδική θρησκευτικότητα της Ατομικής Ψυχολογίας του Αυστριακού ψυχιάτρου Alfred Adler. Η Σχολή της Ατομικής Ψυχολογίας βασίζεται στην κατανόηση του αισθήματος κατωτερότητας και στην τάση αναπλήρωσης ή υπεραναπλήρωσης αυτού του μειονεκτικού αισθήματος. Πηγή της θρησκευτικότητας, όπως χαρακτηριστικά υποστηρίζει ο Adler, είναι ακριβώς αυτό το αίσθημα κατωτερότητας, που προέρχεται από τη συνειδητοποίηση της προσωπικής αδυναμίας των ανθρώπων. Σύμφωνα με τη θεωρία του, η πίστη στο Θεό ωθεί το «Εγώ» να αγωνιστεί για ανωτερότητα, γεγονός που θεολογικά παραπέμπει στις επιταγές του «καθ’ ομοίωσιν»
Καινοτόμες μέθοδοι ανάλυσης βιολογικών δεδομένων μεγάλου όγκου στη βιοπληροφορική
No full textMicrobial ecology examines microbial communities to uncover trends and variables that affect their distribution, interactions, and population structure. Various environmental factors, such as distance, salinity, temperature, oxygen concentration, nutrition availability, pH, and interspecies interactions, all influence the development of these communities. A comprehensive study of microbial diversity is essential, since it significantly impacts human health, ecosystem functionality, organic matter decomposition, and soil health maintenance. Notwithstanding the advancements achieved, the predominant focus of the study has been on specific geographical areas or sample types, hence limiting the ability to generalize the results. Standardized methodologies are essential to unify various research efforts, enabling comparisons and fostering the advancement of comprehensive insights into the distribution of microorganisms and their role within ecological systems. The synthesis and interpretation of the growing volume of data are getting progressively challenging due to rapid advancements in research. Although this strategy sometimes employs divergent and fragmented information, meta-analyses indicate that integrating datasets is crucial for identifying universal trends among diverse microorganisms. This underscores the imperative for tools that are both robust and intuitive to effectively assess vast quantities of biological data. This dissertation aims to present innovative bioinformatics methodologies for analyzing vast biological datasets, focusing specifically on the complex relationships between geoclimatic factors and microbial biodiversity. Microorganisms significantly contribute to nutrient cycling, carbon sequestration, soil fertility, and disease prevention. To address global challenges in sustainable agriculture, climate resilience, and environmental conservation, it is crucial to comprehend the interactions between environmental factors and diverse microorganisms. This research examines the diversity of microorganisms across climatic zones as described by the Köppen-Geiger classification, utilizing the comprehensive data from the Earth Microbiome Project. A key focus is the integration of diverse datasets to address differences in data collection methods, resolutions, and platforms. An advanced analytical pipeline was created to handle, integrate, and analyze microbiome-related data. This pipeline guaranteed the reliability and consistency of cross-dataset comparisons. The pipeline aims to facilitate the accessibility and use of results for research follow-up and information dissemination. The current examination primarily focuses on the microbiomes of global soil, utilizing data derived from the sequencing of the 16S rRNA gene as the foundation for the research. Ecological trends and microbial interactions are examined using computational frameworks. Specifically, microbial co-occurrence networks are the focus of inquiry. Employing advanced statistical techniques, notable taxa may be discerned, community structures can be shown, and ecological linkages can be emphasized, particularly for keystone species and hub classifications. This study has yielded significant findings:1. What are the effects of geography and climate on microbial diversity? The "distance-decay" phenomenon, characterized by significant differences in microbial communities across various regions, may be corroborated by the negative correlation between Bray-Curtis similarity and geographic distance. Non-metric multidimensional scaling data indicate that climatic zones significantly influence the overall makeup of microorganisms. 2. Diversity and network dynamics: Diversity indices vary by habitat, with arid, polar, and tropical regions displaying less diversity yet more concentrated co-occurrence networks. Both cold and temperate zones possess networks that are more modular and exhibit a greater degree of diversity. The SpiecEasi approach was employed to create climate-specific microbial networks that exhibit scale-free topologies. These topologies suggest the presence of a limited number of tightly interconnected hub taxa. Environments characterized by a reduced number of edges per node signify constrained networks, whereas those with higher ratios denote more interconnected systems. 3.The analysis of network characteristics in various climates indicates that climatic zones, particularly polar regions, display high-density networks with low modularity, reflecting the close interrelation among microbial communities. Hot deserts, cold deserts, and Mediterranean zones exhibit greater modular architecture, indicating the existence of significant taxa or clusters. 4.Distribution and community composition of ESV: The analysis of Exact Sequence Variants (ESVs) reveals distribution patterns specific to the environment. Certain species are disproportionately represented in specific zones, illustrating the substantial impact of climate on the distribution of microorganisms. 5. Significant taxa in climate-specific networks: Various climatic zones are predominantly characterized by hub taxa, including Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, and Actinobacteria. The current analysis has enhanced our understanding of microbial community structure, their ecological functions, and their responses to environmental changes. The findings of this study enhance the field of microbial biogeography by identifying keystone microbial communities and differences in network structure across climate gradients. Our results provide insights into how these communities adapt to various environments by emphasizing the intricate network of microbial interactions. This research has practical implications for agriculture, water management, conservation, and climate adaptation strategies.Η μικροβιακή οικολογία εξετάζει τις μικροβιακές κοινότητες για να αποκαλύψει πρότυπα και μεταβλητές που επηρεάζουν την κατανομή, τις αλληλεπιδράσεις και τη δομή των πληθυσμών τους. Διάφοροι περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως η απόσταση, η αλατότητα, η θερμοκρασία, η συγκέντρωση οξυγόνου, η διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών, το pH και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ειδών, επηρεάζουν την ανάπτυξη αυτών των κοινοτήτων. Η ολοκληρωμένη μελέτη της μικροβιακής ποικιλομορφίας είναι απαραίτητη, καθώς έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ανθρώπινη υγεία, τη λειτουργικότητα των οικοσυστημάτων, την αποικοδόμηση της οργανικής ύλης και τη διατήρηση της υγείας του εδάφους. Παρά την πρόοδο που έχει σημειωθεί, η έρευνα επικεντρώνεται κυρίως σε συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές ή τύπους δειγμάτων, περιορίζοντας έτσι τη δυνατότητα γενίκευσης των αποτελεσμάτων. Η χρήση τυποποιημένων μεθοδολογιών είναι ζωτικής σημασίας για την ενοποίηση διαφορετικών ερευνητικών προσπαθειών, επιτρέποντας συγκρίσεις και προωθώντας την εις βάθος κατανόηση της κατανομής των μικροοργανισμών και του ρόλου τους στα οικολογικά συστήματα. Η συνεχώς αυξανόμενη ποσότητα δεδομένων καθιστά τη σύνθεση και την ερμηνεία τους ολοένα και πιο απαιτητική λόγω των ραγδαίων εξελίξεων στην έρευνα. Αν και αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί συχνά ετερογενείς και αποσπασματικές πληροφορίες, οι μετα-αναλύσεις δείχνουν ότι η ενοποίηση των δεδομένων είναι καθοριστικής σημασίας για την αναγνώριση γενικών προτύπων μεταξύ διαφορετικών μικροοργανισμών. Αυτό αναδεικνύει την ανάγκη για ισχυρά και φιλικά προς τον χρήστη εργαλεία που επιτρέπουν την αποτελεσματική ανάλυση μεγάλων βιολογικών δεδομένων. Η παρούσα διατριβή στοχεύει στην παρουσίαση καινοτόμων βιοπληροφορικών μεθοδολογιών για την ανάλυση μεγάλων βιολογικών συνόλων δεδομένων, με έμφαση στις περίπλοκες σχέσεις μεταξύ γεωκλιματικών παραγόντων και μικροβιακής βιοποικιλότητας. Οι μικροοργανισμοί συμβάλλουν σημαντικά στην ανακύκλωση των θρεπτικών συστατικών, τη δέσμευση του άνθρακα, τη γονιμότητα του εδάφους και την πρόληψη ασθενειών. Η κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ περιβαλλοντικών παραγόντων και μικροβιακής ποικιλομορφίας είναι απαραίτητη για την αντιμετώπιση παγκόσμιων προκλήσεων που σχετίζονται με τη βιώσιμη γεωργία, την ανθεκτικότητα στο κλίμα και τη διατήρηση του περιβάλλοντος. Η έρευνα εξετάζει τη μικροβιακή ποικιλομορφία σε διαφορετικές κλιματικές ζώνες, όπως αυτές περιγράφονται από την ταξινόμηση Köppen-Geiger, αξιοποιώντας τα εκτενή δεδομένα του Earth Microbiome Project. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ενοποίηση ετερογενών δεδομένων, λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορές στις μεθόδους συλλογής, τις αναλύσεις διαφορετικής ανάλυσης και τις πλατφόρμες παραγωγής δεδομένων. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, αναπτύχθηκε μια προηγμένη αναλυτική υποδομή, η οποία επιτρέπει την αξιόπιστη και συνεπή σύγκριση δεδομένων μικροβιώματος. Αυτή η υποδομή διασφαλίζει τη διαθεσιμότητα και την αξιοποίηση των αποτελεσμάτων τόσο για περαιτέρω έρευνα όσο και για τη διάδοση πληροφοριών. Η ανάλυση επικεντρώνεται κυρίως στα μικροβιώματα των εδαφών παγκοσμίως, χρησιμοποιώντας δεδομένα αλληλούχησης του γονιδίου 16S rRNA ως βάση της έρευνας. Οι οικολογικές δυναμικές και οι μικροβιακές αλληλεπιδράσεις διερευνώνται μέσω υπολογιστικών προσεγγίσεων, με έμφαση στα δίκτυα συνεμφάνισης μικροοργανισμών. Χρησιμοποιώντας προηγμένες στατιστικές τεχνικές, μπορούν να εντοπιστούν σημαντικά ταξινομικά σύνολα, να περιγραφεί η δομή των κοινοτήτων και να αναδειχθούν οικολογικές συνδέσεις, ειδικά για είδη-κλειδιά και κεντρικούς κόμβους του δικτύου. Βασικά ευρήματα της έρευνας: 1. Επίδραση γεωγραφίας και κλίματος στη μικροβιακή ποικιλομορφία: Το φαινόμενο της «εξασθένησης με την απόσταση» (distance-decay), το οποίο περιγράφει τις σημαντικές διαφορές μεταξύ μικροβιακών κοινοτήτων σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, μπορεί να επιβεβαιωθεί μέσω της αρνητικής συσχέτισης μεταξύ της ομοιότητας Bray-Curtis και της γεωγραφικής απόστασης. Τα δεδομένα πολυδιάστατης μη μετρικής κλιμάκωσης υποδεικνύουν ότι οι κλιματικές ζώνες επηρεάζουν σημαντικά τη σύνθεση των μικροοργανισμών. 2. Δυναμική ποικιλότητας και δικτύων: Οι δείκτες ποικιλομορφίας διαφέρουν ανάλογα με το περιβάλλον. Οι ξηρές, πολικές και τροπικές περιοχές παρουσιάζουν χαμηλότερη ποικιλομορφία, αλλά πιο συγκεντρωμένα δίκτυα συνεμφάνισης. Αντίθετα, οι εύκρατες και ψυχρές ζώνες εμφανίζουν πιο αρθρωτά και πλούσια δίκτυα. Η ανάλυση με τη μέθοδο SpiecEasi έδειξε ότι τα μικροβιακά δίκτυα σε διαφορετικά κλίματα εμφανίζουν τοπολογίες τύπου scale-free, όπου λίγα ταξινομικά σύνολα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο. 3. Χαρακτηριστικά δικτύων ανά κλιματική ζώνη: Τα πολικά περιβάλλοντα εμφανίζουν δίκτυα υψηλής πυκνότητας με χαμηλή αρθρωτότητα, γεγονός που αντικατοπτρίζει τη στενή διασύνδεση των μικροβιακών κοινοτήτων. Οι θερμές και ψυχρές ερήμοι, καθώς και οι μεσογειακές ζώνες, εμφανίζουν πιο έντονα αρθρωτή αρχιτεκτονική, υποδεικνύοντας την ύπαρξη σημαντικών ταξινομικών ομάδων. 4. Κατανομή και σύνθεση κοινοτήτων ESV: Η ανάλυση των Exact Sequence Variants (ESVs) δείχνει συγκεκριμένα πρότυπα κατανομής ανάλογα με το περιβάλλον. Ορισμένα είδη είναι δυσανάλογα εκπροσωπημένα σε συγκεκριμένες ζώνες, γεγονός που καταδεικνύει την επίδραση του κλίματος στην κατανομή των μικροοργανισμών. 5. Σημαντικά ταξινομικά σύνολα στα κλιματικά δίκτυα: Οι κλιματικές ζώνες χαρακτηρίζονται κυρίως από ταξινομικά σύνολα-κλειδιά, όπως οι Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria και Actinobacteria. Η ανάλυση αυτή συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση της δομής των μικροβιακών κοινοτήτων, των οικολογικών τους λειτουργιών και της απόκρισής τους στις περιβαλλοντικές μεταβολές. Τα ευρήματα αυτής της μελέτης προάγουν τον τομέα της μικροβιακής βιογεωγραφίας, εντοπίζοντας βασικές μικροβιακές κοινότητες και διαφορές στη δομή των δικτύων κατά μήκος κλιματικών κλιμάκων. Τα αποτελέσματα έχουν πρακτικές εφαρμογές στη γεωργία, τη διαχείριση υδάτων, τη διατήρηση του περιβάλλοντος και τις στρατηγικές προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή
Monitoring of microplastics in environmental samples and study of their interaction with organic pollutants
No full textThe release of polymeric residues into the natural environment leads to their fragmentation into smaller pieces due to the action of natural forces to which they are exposed. Polymeric residues that fall within the size range of 0.001–5 mm are referred to as microplastics. Microplastics have the ability to enter the water cycle. As a result, they disperse into aquatic ecosystems and interact with co-existing pollutants in these environments. Therefore, the aim of this thesis was: (i) to monitor the abundance of microplastics in three different environmental substrates: sand sediments, seawater, and effluent streams from wastewater treatment plants, and (ii) to study the interaction of microplastics with common organic pollutants under environmental conditions. Regarding the results obtained from the first part of the thesis, it was revealed that: (i) in most cases, fibers were the dominant shape of the identified microplastics, (ii) the polymers polypropylene, polyethylene, poly(ethylene terephthalate), and polyamide were detected in each substrate examined, (iii) industrial and fishing activities have a greater impact on the release of microplastics into the environment compared to other human activities, and (iv) the transport of microplastics within the studied substrates was confirmed, which results from the physicochemical characteristics of the identified microplastics. In the second part of the thesis, three common polymers (polypropylene, poly(ethylene terephthalate), poly(lactic acid)) and seven common pharmaceutical compounds (metronidazole, trimethoprim, isoniazid, indomethacin, valsartan, diclofenac, ketoprofen) were selected to conduct experiments on the interaction between microplastics and organic pollutants occurring in the environment. This part included adsorption and photodegradation experiments of the target compounds in mixture form using the aforementioned polymers, which were examined individually. Observing the results obtained from the adsorption experiments, it was found that the main adsorption mechanisms between microplastics and the compounds were electrostatic forces and hydrophobic interactions. Consequently, compounds such as diclofenac, valsartan, and indomethacin were more strongly adsorbed onto the surface of microplastics due to their high polarity. Furthermore, aged microplastics demonstrated higher adsorption capacity compared to virgin ones for the compounds studied. Additionally, microplastics showed lower adsorption capacity in real environmental matrices compared to their capacity in distilled water. Finally, from the results obtained in the study of selected microplastics acting as photosensitizers, it was found that: (i) increasing the concentration of microplastics increases the photolytic degradation of pollutants, (ii) microplastics with a higher degree of aging showed greater photocatalytic activity compared to pristine ones, (iii) poly(lactic acid) and poly(ethylene terephthalate) microplastics exhibited greater pollutant photodegradation capacity due to having more reactive oxygen groups on their polymer chains, and (iv) the photolytic action of microplastics had a stronger effect on pharmaceutical compounds that are not capable of photodegradation on their own. In summary, the results of this thesis highlighted the significant presence of microplastics in the aquatic environment and their potential to act either as carriers or as potential photosensitizers for organic pollutants that coexist with them in aquatic ecosystems.Η απελευθέρωση πολυμερικών υπολειμμάτων στο φυσικό περιβάλλον, οδηγεί στον κατακερματισμό τους σε κομμάτια μικρότερου μεγέθους λόγω της επίδρασης των φυσικών δυνάμεων στις οποίες εκτίθενται. Τα πολυμερικά υπολείμματα που εντάσσονται στην τάξη μεγέθους μεταξύ 0.001 – 5 mm, ονομάζονται μικροπλαστικά. Τα μικροπλαστικά έχουν την δυνατότητα να εισέλθουν στον κύκλο του νερού. Αποτέλεσμα αυτού είναι η διασπορά τους στα υδάτινα οικοσυστήματα και η αλληλοεπίδραση τους με συνυπάρχοντες ρύπους σε αυτά. Συνεπώς, στόχος της παρούσας διατριβής ήταν: (ⅰ) η παρακολούθηση της αφθονίας των μικροπλαστικών σε τρία διαφορετικά περιβαλλοντικά υποστρώματα: τα ιζήματα άμμου, το θαλασσινό νερό και τα ρεύματα εκροής βιολογικού καθαρισμού και (ⅱ) η μελέτη της αλληλεπίδρασης των μικροπλαστικών με κοινούς οργανικούς ρύπους υπό περιβαλλοντικές συνθήκες. Σχετικά με τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από το πρώτο σκέλος της διατριβής αποκαλύφθηκε ότι: (ⅰ) στις περισσότερες περιπτώσεις οι ίνες ήταν το κυρίαρχο σχήμα των ταυτοποιημένων μικροπλαστικών, (ⅱ) τα πολυμερή πολυπροπυλένιο, πολυαιθυλένιο, πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας) και πολυαμίδιο ανιχνεύθηκαν σε κάθε εξεταζόμενο υπόστρωμα (ⅲ) οι βιομηχανικές και οι αλιευτικές δραστηριότητες έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απελευθέρωση των μικροπλαστικών στο περιβάλλον σε σχέση με άλλες ανθρωπογενείς δραστηριότητες ενώ (ⅳ) αποδείχθηκε η μεταφορά μικροπλαστικών εντός των εξεταζόμενων υποστρωμάτων η οποία προκύπτει από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των ταυτοποιημένων μικροπλαστικών. Στο δεύτερο σκέλος της διατριβής επιλέχθηκαν τρία κοινά πολυμερή (πολυπροπυλένιο, πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας), πολύ(γαλακτικό οξύ)) και επτά κοινές φαρμακευτικές ενώσεις (μετρονιδαζόλη, τριμεθοπρίμη, ισονιαζίδη, ινδομεθακίνη, βαλσαρτάνη, δικλοφαινάκη, κετοπροφαίνη) για τη διεξαγωγή των πειραμάτων αλληλεπίδρασης των μικροπλαστικών με οργανικούς ρύπους που συντελούνται στο περιβάλλον. Το σκέλος αυτό περιλάμβανε πειράματα προσρόφησης και φωτοαποικοδόμησης των ενώσεων-στόχων σε μορφή μείγματος από τα προαναφερόμενα πολυμερή που εξετάστηκαν ξεχωριστά. Παρατηρώντας τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από τα πειράματα προσρόφησης προέκυψε ότι οι κύριοι μηχανισμοί προσρόφησης που έλαβαν χώρα μεταξύ των μικροπλαστικών και των ενώσεων ήταν οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις και οι υδρόφοβες αντιδράσεις. Συνεπώς, ενώσεις όπως η δικλοφαινάκη, η βαλσαρτάνη, και η ινδομεθακίνη προσροφήθηκαν περισσότερο στην επιφάνεια των μικροπλαστικών λόγω της έντονης πολικότητά τους. Ακόμη, τα γηρασμένα μικροπλαστικά έδειξαν αυξημένη ικανότητα προσρόφησης εν συγκρίσει με τα μη γηρασμένα για τις εξεταζόμενες ενώσεις. Επιπλέον, τα μικροπλαστικά επέδειξαν χαμηλότερη προσροφητική ικανότητα σε πραγματικά υποστρώματα σε σχέση με την προσροφητική τους ικανότητα στο απεσταγμένο νερό. Τέλος, από τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από την μελέτη των επιλεγμένων μικροπλαστικών να δρουν ως φωτοευαισθητοποιητές προέκυψε ότι: (ⅰ) η αύξηση της συγκέντρωσης των μικροπλαστικών, αυξάνει την φωτολυτική διάσπαση των ρύπων, (ⅱ) τα μεγαλύτερου βαθμού γήρανσης μικροπλαστικά επέδειξαν αυξημένη φωτοκαταλυτική ικανότητα εν συγκρίσει με τα μη γηρασμένα, (ⅳ) τα μικροπλαστικά πολύ(γαλακτικού οξέος) και πολυ(τερεφθαλικού αιθυλενεστέρα), επέδειξαν μεγαλύτερη ικανότητα φωτοαποικοδόμησης των ρύπων λόγων των περισσότερων δραστικών ομάδων οξυγόνου που διέθεταν στην πολυμερική τους αλυσίδα και (ⅴ) η επίδραση της φωτολυτικής δράσης των MPs ήταν εντονότερη στις φαρμακευτικές ενώσεις που δεν φωτοαποικοδομούνται από μόνες τους. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υπογράμμισαν την έντονη παρουσία των μικροπλαστικών στο υδάτινο περιβάλλον, και την δυνατότητά τους να δρουν είτε ως μεταφορείς είτε ως πιθανοί φωτοευαισθητοποιητές για οργανικούς ρύπους που συνυπάρχουν με αυτά στα υδάτινα οικοσυστήματα
Multifunctional carbon allotropes/ ceramic nanoparticles/ polymer nanodielectrics: development, characterization and energy storage
No full textIn the present doctoral thesis, series of composite nanodielectrics were developed by employing an epoxy resin acting as matrix along with nano-carbon allotropes (namely Carbon Black/CB, Multiwall Carbon Nanotubes/MWCNT, Graphene Nanoplatelets/GnP and Nanodiamonds/ND) and magnetite nanoparticles as reinforcing phase varying the filler type and content. Scanning Electron Microscopy (SEM) images confirmed the successful manufacturing and high quality of the nanocomposites. Uniform distribution and dispersion of nanoparticles within the polymer matrix was achieved and the formation of large aggregates was avoided even at high filler content. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was employed for the investigation of the thermal properties of the nanocomposites. An endothermic step-like process was recorded in the thermograms of all examined systems, which was identified as the transition from the glassy to the rubbery state of the polymer matrix. The variation of the glass transition temperature with filler content can give an insight into the various interactions occurring inside the materials The higher glass transition temperature values than the neat epoxy exhibited by all hybrid nanocomposites imply strong adhesion of the reinforcing phase to the polymeric matrix. The addition of carbon nanoparticles delivers a progressive increase in Tg values with filler content. On the other hand, even though glass transition temperature increases further with the addition of magnetite nanoparticles, its effect appears to be less pronounced. The results from the static tensile tests and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) demonstrated that the addition of both types of filler enhances the mechanical performance of the nanocomposites leading to increasing values of the tensile elastic modulus and the flexural storage modulus, respectively. The systematic increase in the tensile modulus values with filler loading denotes the ability of the nanoreinforcements to impart greater stiffness to the nanocomposites and is ascribed to the inherent stiffness and rigidness of the nanoparticles. The interfacial bonding provided by the strong interactions between the matrix and the nanoinclusions effectively impacts the load transfer from the polymer matrix to nanofillers. Overall, it can be noted that the reinforced systems do not display a clear/typical brittle performance with filler loading, since the diminishing fracture toughness and elongation at break values are not met with a respective increase in tensile strength but on the contrary, tensile strength values decrease with filler concentration, while Young’s modulus systematically increases. This behavior can be considered as a “stiffness strengthening” which ceases at higher mechanical loads, where the stress concentration at the nanoparticles, which are anchored at the macromolecular chains, leads to a failure at the interface. The dielectric response of the nanocomposite systems was carried out by means of Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS). Values of ε′ systematically increase with filler content in the whole frequency range, mainly due to the enhanced conductivity of the carbon nanofillers for all systems, with the exception of nanocomposites filled with nanodiamonds. The extremely high values of ε′ at high filler content for the Carbon Black and MWCNT filled systems, attributed to the enhanced electrical heterogeneity between the insulating matrix and the highly conductive nanoinclusions, providing indirect indications of an insulator to conductor transition. The addition of magnetite nanoparticles induces a remarkable increase in polarization especially in the hybrid systems filled with Carbon Black and MWCNT compared to the relative “conventional” (binary) nanocomposites.AC conductivity increases with filler content due to the higher conductivity values of the nanocarbon inclusions. The abrupt increase of several orders of magnitude for the Carbon Black and the MWCNT systems along with the frequency-independent behaviour for the high filler content of these systems signifies a clear indication for the transition from the insulating to the conductive behaviour of the respective nanocomposites. Regarding the MWCNT filled hybrid nanocomposites, although carbon nanoparticles are the major contributor to the systems‘ conductivity, the addition of a small amount of magnetite nanoparticles seems to increase even further the recorded conductivity and more importantly to shift this critical filler concentration to lower values. Conductivity data were analyzed with regard to the percolation theory, and the percolation threshold was determined. The dependence of conductivity on temperature and the Variable Range Hopping model were employed in order to reveal the charge transport mechanisms below, in the vicinity, and above the critical concentration. By these means, it can be suggested that hopping conductivity is the main charge transport mechanism of the examined systems, below the critical concentration. Above the percolation threshold, another conduction mechanism is introduced, resembling the metallic type of conduction, due to the charge migration via physical contacts of the conductive sites. Since the electrical conductivity of polymer nanocomposites is also sensitive to many other types of indirect stimuli, they have potential applications in smart materials for sensing temperature, detecting organic solvents or vapors, water/humidity, and volatile organic compounds, etc. All of these sensing functions are directly caused by the network change due to deformation/disruption of the contacts between carbon nanofillers upon external stimuli. For example, electrically conductive polymer composites show both negative temperature effect (NTC) and positive temperature effect (PTC) upon cooling and heating, respectively, which provides the capability to sense temperature and also to vary their response. A similar behaviour is recorded in the spectra of the hybrid nanocomposites where the addition of magnetite nanoparticles in systems with low MWCNT content is accompanied by the altering of the temperature coefficient of conductivity from positive to negative values. In hybrid systems with Carbon Black reinforcement, peaks are observed in the diagrams depicting the variation of the temperature coefficient of conductivity with temperature, which were not recorded in the corresponding diagrams for the two-phase systems. The intensity of the peaks presented in the hybrid systems is enhanced by the Carbon Black content, i.e. nanocomposites with increased conductivity values. Dielectric analysis revealed three distinct relaxation mechanisms in all examined systems. At high temperatures and low frequencies Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) effect, also known as Interfacial Polarization (IP), was recorded, due to the accumulation of free charges at the interface between the matrix and the filler. At intermediate frequencies and temperatures, the glass to rubber transition (-relaxation) of the polymer matrix was observed and finally at high frequencies, the reorientation of small polar side groups of the polymer chain (-relaxation) was present. Relaxation dynamics provided information about the molecular dynamics of the examined systems by calculating the activation energy and Vogel temperature (Τo) of the respective relaxation. For some nanocomposites well into the insulator-conductor transition area, a dielectric relaxation was recorded that exhibits atypical (counter-Arrhenius) temperature dependence and is attributed to intraparticle and interparticle (intrinsic) interfacial polarization mechanisms, due to the orientation with the alternating electric field of dipole moments formed by electron displacement within filler clusters. The ability of the fabricated nanocomposite systems to store energy was investigated via the dielectric reinforcing function and DC charge-discharge tests. Both energies increase with filler content due to the enhanced electrical properties of the carbonaceous nanoparticles compared to the polymer matrix as well as the interfacial effects due to the heterogeneity of the systems. It should be noted that, for the Carbon Black and MWCNT systems, above a critical concentration the nanocomposites undergo a transition from the insulating to the conducting state. Therefore, no charge/discharge process could be established since the charge carriers do not accumulate inside the material but rather migrate through it. Another critical factor for the valuation of the nanocomposites’ energy storage/harvesting performance is the calculation of the coefficient of energy efficiency which is defined as the ratio of the recovered to stored energy with parameters the charging voltage and time. The coefficient of energy efficiency diminishes over time for all systems. The optimum energy efficiency was noted for the nanocomposite with 1 phr Carbon Black/1 phr Fe3O4 content with coefficient (neff) values of 89.6 % at 100 V and 5 s.Κατά την εκπόνηση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής παρασκευάστηκαν επιτυχώς σειρές πολυμερικών νανοσύνθετων εποξειδικής ρητίνης με ενίσχυση αλλοτροπικών νανο-μορφών άνθρακα (αιθάλης, νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχίων, συστάδες γραφιτικών νανοεπιπέδων και νανοδιαμάντια/ Carbon Black-CB, Multiwall Carbon Nanotubes-MWCNT, Graphene Nanoplatelets-GnP, Nanodiamonds-ND) και νανοσωματιδίων μαγνητίτη με παραμέτρους τον αριθμό, τον τύπο και την περιεκτικότητα της εγκλεισμένης φάσης. Οι εικόνες της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης επιβεβαίωσαν την επιτυχή παρασκευή και την υψηλή ποιότητα των νανοσύνθετων συστημάτων. Επιτεύχθηκε ομοιόμορφη κατανομή και διασπορά των νανοσωματιδίων μέσα στην πολυμερική μήτρα και αποφεύχθηκε ο σχηματισμός μεγάλων συσσωματωμάτων ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις εγκλεισμένης φάσης. Η μελέτη της θερμικής απόκρισης των νανοσύνθετων συστημάτων προσδιόρισε το θερμοκρασιακό εύρος ασφαλούς λειτουργίας στις διάφορες πιθανές εφαρμογές τους. Μια ενδόθερμη διαδικασία καταγράφηκε στα θερμογραφήματα Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης όλων των συστημάτων, η οποία αναγνωρίστηκε ως η μετάβαση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της πολυμερικής μήτρας. Όλα τα νανοσύνθετα παρουσιάζουν υψηλότερες τιμές θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης από την καθαρή εποξειδική ρητίνη, γεγονός που δείχνει την καλή πρόσφυση των νανοεγκλεισμάτων στην πολυμερική μήτρα. Αν και η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης αυξάνεται περαιτέρω με την προσθήκη νανοσωματιδίων μαγνητίτη, η επίδρασή της φαίνεται να είναι λιγότερο έντονη σε σύγκριση με την επίδραση των νανοδομών άνθρακα, με εξαίρεση τα νανοσυνθέτα με nanodiamonds. Η προσθήκη νανοσωματιδίων άνθρακα ενισχύει τις μηχανικές ιδιότητες των νανοσύνθετων, όπως αποδεικνύεται από τις στατικές δοκιμές εφελκυσμού και τη Δυναμική Μηχανική Ανάλυση. Το μέτρο του Young αυξάνεται μονότονα με τη συγκέντρωση της ενισχυτικής φάσης, για όλα τα συστήματα, εκτός από τα νανοσύνθετα με nanodiamonds. Η συστηματική αύξηση των τιμών του μέτρου ελαστικότητας αποδίδεται στην εγγενή στιβαρότητα και δυσκαμψία των νανοσωματιδίων και στις διεπιφανειακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της μήτρας και των νανοεγκλεισμάτων, που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς φορτίου από την πολυμερική μήτρα στη εγκλεισμένη φάση. Συνολικά, μπορεί να σημειωθεί ότι τα ενισχυμένα συστήματα δεν παρουσιάζουν καθαρή/τυπική ψαθυρή συμπεριφορά με αύξηση της εγκλεισμένης φάσης, καθώς η φθίνουσα αντοχή στη θραύση και η επιμήκυνση στη θραύση δεν συνοδεύονται με αντίστοιχη αύξηση της αντοχής σε εφελκυσμό, αλλά αντίθετα, οι τιμές αντοχής σε εφελκυσμό μειώνονται με την αύξηση της συγκέντρωσης σε εγκλεισμένη φάση, ενώ το μέτρο του Young αυξάνεται συστηματικά. Η διηλεκτρική απόκριση των συστημάτων μελετήθηκε μέσω της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας Ευρέος Φάσματος (BDS). Σε όλα τα συστήματα οι τιμές του πραγματικού μέρους της ηλεκτρικής διαπερατότητας αυξάνονται συστηματικά με την περιεκτικότητα σε εγκλεισμένη φάση σε όλο το εύρος συχνοτήτων, κυρίως λόγω της ενισχυμένης αγωγιμότητας των νανοσωματιδίων άνθρακα. Οι εξαιρετικά υψηλές τιμές του των συστημάτων με υψηλή περιεκτικότητα σε carbon black και MWCNT αποδίδονται στην ενισχυμένη ηλεκτρική ετερογένεια μεταξύ της μονωτικής μήτρας και των εξαιρετικά αγώγιμων νανοεγκλεισμάτων, παρέχοντας έμμεσες ενδείξεις μετάβασης από τη μονωτική στην αγώγιμη συμπεριφορά. Η προσθήκη των νανοσωματιδίων μαγνητίτη προκαλεί αξιοσημείωτα μεγάλη αύξηση των τιμών της ηλεκτρικής διαπερατότητας σε σχέση με τα αντίστοιχα διμερή σύνθετα συστήματα ιδιαίτερα για τα συστήματα με ενίσχυση carbon black και MWCNT. Η ειδική αγωγιμότητα αυξάνεται με την περιεκτικότητα λόγω των υψηλότερων τιμών ειδικής αγωγιμότητας των νανοεγκλεισμάτων άνθρακα. Η προσθήκη νανοσωματιδίων μαγνητίτη προκαλεί τη συστηματική αύξηση των τιμών της ειδικής αγωγιμότητας σε όλα τα εξεταζόμενα συστήματα με ενίσχυση GnP και nanodiamonds. Η απότομη αύξηση πολλών τάξεων μεγέθους για τα συστήματα με υψηλή περιεκτικότητα σε Carbon Black και MWCNT, σε συνδυασμό με συμπεριφορά ανεξάρτητη από τη συχνότητα σηματοδοτεί μια σαφή ένδειξη για τη μετάβαση από τη μονωτική στην αγώγιμη συμπεριφορά των αντίστοιχων νανοσύνθετων. Στα υβριδικά συστήματα η αύξηση της ειδικής αγωγιμότητας πραγματοποιείται με ένα προοδευτικό και γραμμικό τρόπο καθώς δεν παρατηρείται απότομη αύξηση της αγωγιμότητας με την περιεκτικότητα σε Carbon Black. Επομένως, φαίνεται ότι υπάρχει διαφοροποίηση των μηχανισμών μεταφοράς φορτίου ανάμεσα στα υβριδικά και τα «συμβατικά» (διμερή) νανοσύνθετα με ενίσχυση Carbon Black. H προσθήκη ελάχιστης συγκέντρωσης νανοσωματιδίων μαγνητίτη προκαλεί αξιοσημείωτα μεγάλη αύξηση των τιμών της ειδικής αγωγιμότητας σε σχέση με τα αντίστοιχα διμερή σύνθετα συστήματα με ενίσχυση MWCNT και το σημαντικότερο μείωση της κρίσιμης περιεκτικότητας μετάβασης στην αγώγιμη συμπεριφορά. Από την προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων της ειδικής αγωγιμότητας σε μια εξίσωση τύπου Arrhenius, και της εφαρμογής του Μοντέλου Αλμάτων Μεταβλητού Εύρους (Variable Range Hopping – VRH διαπιστώθηκε ότι η αγωγιμότητα μέσω αλμάτων (hopping conductivity) είναι ο κύριος μηχανισμός μεταφοράς φορτίου των εξεταζόμενων συστημάτων, κάτω από την κρίσιμη συγκέντρωση. Πάνω από το κατώφλι διάδοσης (percolation threshold) εισάγεται ένας άλλος μηχανισμός αγωγιμότητας, που μοιάζει με την αγωγιμότητα μεταλλικού τύπου, λόγω της μετανάστευσης φορτίου μέσω φυσικών επαφών των αγώγιμων θέσεων που συνυπάρχει με την αγωγιμότητα μέσω αλμάτων. Tα αγώγιμα νανοσύνθετα πολυμερικής μήτρας που εμφανίζουν μεταβολή του θερμοκρασιακού συντελεστή αγωγιμότητας από θετικές σε αρνητικές τιμές και το αντίστροφο κατά την ψύξη /θέρμανση, παρουσιάζουν την ικανότητα αίσθησης της θερμοκρασίας και μεταβολής της απόκρισής τους, γεγονός που συνιστά λειτουργική συμπεριφορά. Όλες αυτές οι λειτουργίες ανίχνευσης προκαλούνται άμεσα από την αλλαγή του αγώγιμου δικτύου λόγω παραμόρφωσης των επαφών μεταξύ νανοεγκλεισμάτων άνθρακα σε εξωτερικά ερεθίσματα. Παρόμοια εικόνα καταγράφεται και στα υβριδικά νανοσύνθετα, καθώς η προσθήκη νανοσωματιδίων μαγνητίτη προκαλεί παρόμοια συμπεριφορά ακόμα και σε μικρές συγκεντρώσεις MWCNT. Στα υβριδικά συστήματα με ενίσχυση Carbon Black παρατηρείται η ύπαρξη κορυφών στα διαγράμματα του συντελεστή με τη θερμοκρασία, που δεν καταγράφηκαν στα αντίστοιχα διαγράμματα για τα διφασικά συστήματα. Η ένταση των κορυφών που παρουσιάζουν τα υβριδικά συστήματα ενισχύεται με την περιεκτικότητα σε Carbon Black, δηλαδή στα νανοσύνθετα με αυξημένες τιμές ειδικής αγωγιμότητας. Τα διηλεκτρικά φάσματα των υπό εξέταση συστημάτων αποκάλυψαν την παρουσία τριών διακριτών μηχανισμών χαλάρωσης. Στις χαμηλές συχνότητες καταγράφεται ο σχηματισμός μιας κορυφής που οφείλεται στο φαινόμενο Maxwell-Wagner-Sillars (MWS), γνωστό και ως Διεπιφανειακή Πόλωση, το οποίο σχετίζεται με τη συσσώρευση φορτίων στη διεπιφάνεια μεταξύ μήτρας και εγκλείσματος. Στην περιοχή των ενδιάμεσων συχνοτήτων με τη μορφή ώμου παρατηρείται η διεργασία της α-χαλάρωσης, που αποδίδεται στη μετάβαση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση, ενώ στις υψηλές συχνότητες παρατηρούμε τη β-χαλαρωση, η οποία οφείλεται στον επαναπροσανατολισμό μικρών πλευρικών πολικών τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας. Από τη μορφή των καμπυλών της εφαπτομένης των απωλειών εξάγεται το συμπέρασμα ότι η περιεκτικότητα και ο τύπος της εγκλεισμένης φάσης επηρεάζει την εμφάνιση και την ισχύ της εκάστοτε χαλάρωσης. Στη συνέχεια, έγινε μελέτη της δυναμικής των χαλαρώσεων που καταγράφηκαν σε όλα τα συστήματα και υπολογίστηκαν οι ενέργειες ενεργοποίησης από την προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων της διεπιφανειακής πόλωσης στην εξίσωση Arrhenius και οι χαρακτηριστικές θερμοκρασίες Το από την εξίσωση Vogel- Fulcher-Tammann (VFT) για την α-χαλάρωση οι οποίες δίνουν πληροφορίες σχετικά με τη μοριακή δυναμική των συστημάτων. Στα φάσματα ορισμένων συστημάτων που βρίσκονται εντός της περιοχής μετάβασης από τη μονωτική στην αγώγιμη συμπεριφορά, καταγράφηκε μια διηλεκτρική χαλάρωση που δεν εμφανίζει τυπική εξάρτηση από τη θερμοκρασία των θερμικά ενεργοποιούμενων διεργασιών και αποδίδεται στην εμφάνιση της ενδοδιεπιφανειακής πόλωσης, κατά την οποία, δημιουργείται διπολική ροπή κατά μήκος της εγκλεισμένης φάσης, λόγω της μετατόπισης ηλεκτρονίων μεταξύ γειτονικών σωματιδίων εντός των συστάδων της ενισχυτικής φάσης. Η μετατόπιση των φορτίων συνεισφέρει στην ανάπτυξη επαγόμενων διπόλων τα οποία προσανατολίζονται με το μεταβαλλόμενο πεδίο. Η ικανότητα των νανοσύνθετων να αποθηκεύουν και να ανακτούν ενέργεια μελετήθηκε χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση διηλεκτρικής ενίσχυσης και επιβεβαιώθηκε μέσω πειραμάτων φόρτισης-εκφόρτισης υπό συνθήκες συνεχούς ηλεκτρικού πεδίου. Οι τιμές της ενέργειας φόρτισης αυξάνονται με την περιεκτικότητα σε εγκλεισμένη φάση λόγω των ενισχυμένων ηλεκτρικών ιδιοτήτων των ανθρακικών νανοσωματιδίων σε σύγκριση με τη πολυμερική μήτρα καθώς και των διεπιφανειακών φαινομένων λόγω της ετερογένειας των συστημάτων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, για τα συστήματα Carbon Black και MWCNT, πάνω από μια κρίσιμη συγκέντρωση, τα νανοσύνθετα μεταβαίνουν από τη μονωτική στην αγώγιμη κατάσταση. Επομένως, δεν μπόρεσε να καθιερωθεί διαδικασία φόρτισης/εκφόρτισης, καθώς οι φορείς φορτίου δεν συσσωρεύονται μέσα στο υλικό αλλά ρέουν μέσα από αυτό. Η ανακτώμενη ενέργεια εξακολουθεί να αυξάνεται προοδευτικά με την περιεκτικότητα, ακολουθώντας το μοτίβο που παρουσίασε το διάγραμμα των ενεργειών αποθήκευσης. Οι τιμές της ενέργειας εκφόρτισης για τα υβριδικά νανοσύνθετα με ενίσχυση nanodiamonds καθορίζονται αποκλειστικά από την περιεκτικότητα σε νανοσωματίδια μαγνητίτη. Προκειμένου να αξιολογηθεί η απόδοση των νανοσύνθετων κατά τη διαδικασία αποθήκευσης/ανάκτησης ενέργειας, υπολογίστηκε ο συντελεστής ενεργειακής απόδοσης (neff) που ορίζεται ως ο λόγος της ανακτημένης ενέργειας προς την αποθηκευμένη, με παραμέτρους την τάση φόρτισης και τον χρόνο. Ο συντελεστής ενεργειακής απόδοσης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου για όλα τα συστήματα. Η βέλτιστη ενεργειακή απόδοση σημειώθηκε για το νανοσύνθετο 1 phr Carbon Black/ 1 phr Fe3O4 με τιμές συντελεστή (neff) 89.6 % στα 100 V και 5s
Study of cell death with the use of novel biomarkers
No full textImmunogenic cell death (ICD) is a form of regulated cell death (RCD), characterized primarily by the release of damage-associated molecular patterns (DAMPs) from dying cancer cells. DAMPs or alarmins are molecules that under normal conditions are localized in various cellular compartments (e.g., in the nucleus, in the endoplasmic reticulum, etc.), where they play roles in essential cellular functions. During ICD, these molecules are modified intracellularly through oxidation or proteolysis and are then exocytosed, eliciting immune responses. Their notable features include both immunogenic and immunostimulatory properties. DAMPs are classified into two categories: a) DAMPs released into the extracellular space by the dying/dead cell [e.g., high-mobility group protein B1 (HMGB1), adenosine triphosphate (ATP), etc.] and b) DAMPs that are expressed on the surface of dying/dead cell [e.g., calreticulin (CRT), heat shock proteins (HSPs), etc.].A series of studies has demonstrated that the member of the thymosin family, prothymosin α (proTα) and its immunoreactive decapeptide proTα(100–109) act as DAMPs. ProTα, an acidic protein of 109–110 amino acids, is highly conserved among mammals and is expressed in the cells of all tissues. It plays a dual role, as it participates intracellularly in various important cellular processes (e.g., DNA replication, transcription, cytoprotection), while, extracellularly, it exhibits significant immunoregulatory activity [e.g., induction of major histocompatibility complex (MHC) class I molecule expression, maturation of dendritic cells (DCs), enhancement of the phagocytic capacity of neutrophils, natural killer (NK) cell and lymphokine-activated killer (LAK) cell cytotoxicity, T cell proliferation, etc.]. The source of its immunoregulatory activity resides in its carboxy-terminal fragment, specifically within the decapeptide proTα(100–109). This decapeptide is released from dying cells following truncation of proTα by caspases (mainly caspase-3 and caspase-7), thereby exerting immunoregulatory effects. In previous in vitro studies, it has been shown that proTα and proTα(100–109) signal through the Toll-like receptor (TLR) 4 on DCs, inducing their maturation. Mature DCs uptake antigenic epitopes from cancer cells and, via antigen presentation, induce the activation of autologous helper T lymphocytes, which are polarized to T helper 1 (Th1) cells. Through the production of the appropriate cytokines, these cells enhance the cytolytic program of activated cytotoxic T lymphocytes (CTLs), which ultimately eliminate cancer cells. The aim of the present thesis is twofold: firstly, to further study the extracellular role of proTα and proTα(100–109), and secondly, to investigate the diagnostic and predictive potential of the DAMP proTα(100–109).Taking into account all the available in vitro data, we initially examined the therapeutic efficacy of proTα and proTα(100–109) in vivo, using a melanoma model in C57BL/6 mice. The animals were subcutaneously inoculated with cells of the syngeneic murine melanoma cell line B16.F1. After the appearance of palpable tumors, animals were divided into groups that received therapeutically intraperitoneal administrations of either phosphate-buffered saline (PBS) (negative control), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), proTα, proTα(100–109), or a scrambled peptide (i.e., a synthetic peptide with the same amino acid composition as proTα(100–109) but with a different primary structure). In parallel, a peptide extract (AWE) produced from cancer cells—i.e., a peptide vaccine composed of melanoma cell epitopes isolated from the surface of B16.F1 cells—was administered. Two cycles of treatment were performed, and the animals were monitored for the mass of their tumors. A significant reduction in tumor growth rate was observed in mice that received the therapeutic combination proTα/AWE and proTα(100–109)/AWE, compared to the other groups. Additionally, in tumors excised from animals treated with proTα/AWE and proTα(100–109)/AWE, a significant reduction in the extent of necrotic areas, melanin accumulation, vascular and smooth muscle infiltration, and an increased infiltration by T lymphocytes was observed. Moreover, an induction of both tumor-specific (T cell-mediated) and non tumor-specific (NK and LAK cell-mediated) cytotoxicity was observed in splenocytes of these animals, along with increased levels of pro-inflammatory and Th1-type cytokines in their serum. Subsequently, we investigated the safety profile of proTα, proTα(100–109), and the extensively studied N-terminal peptide fragment of proTα thymosin α1 (Tα1), using in silico, in vitro, and in vivo approaches. The in silico analysis, performed with the programs ToxinPred, AllerTOP, and AllergenFP, indicated that all three peptides are neither toxic nor allergenic. In vitro, analysis using the MTT assay and flow cytometry (FC) after staining with annexin V and propidium iodide (PI) did not reveal any toxicity of the three peptides against cancer cell lines or healthy donor-derived peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), compared to doxorubicin (positive control). Further assessment, using the thymidine incorporation assay, showed no effect of the peptides on the proliferative capacity of PBMCs. In addition, FC analysis after staining with Vybrant Dye Cycle Violet, did not reveal any impact on the phases of the cell cycle. These results were further confirmed in vivo in C57BL/6 mice, which received intraperitoneally PBS (negative control) and high doses of proTα, proTα(100–109), and Tα1. Specifically, no morphological alterations were observed in the organs (lungs, liver, spleen, kidneys) of the animals that received the three peptides, nor were there any differences in body weight, compared to the control group. Moreover, the levels of functional renal (urea, creatinine) and hepatic (SGPT, SGOT) biomarkers in these animals remained at levels comparable to those of the control group. These findings indicate that both proTα and proTα(100–109) show anticancer therapeutic efficacy, as they induce Th1-type immune responses in vivo, and exhibit an excellent safety profile, causing no toxicity either in vitro or in vivo. In order to study the predictive potential of proTα(100–109), we initially optimized the method of its quantitative determination—an in-house competitive ELISA—using rabbit anti-proTα IgG polyclonal antibodies. The useful range of the assay after optimization was 0.1 ng/mL to 10 μg/mL. Subsequently, we determined the physiological levels of the peptide in the plasma of healthy individuals. A total of 523 plasma samples from healthy donors (226 men and 297 women), aged 0 to 96 years, were analyzed. The mean concentration of proTα(100–109) was very low, 0.508 ng/mL, and was independent of both gender and age. Next, we examined the correlation between the levels of proTα(100–109) and the percentage of ICD induction. This correlation was studied in culture supernatants of cancer cells driven to ICD after exposure to pharmaceutical agents or ionizing radiation. In solid tumor and multiple myeloma (MM) cells that were cultured in the presence of doxorubicin, as well as the proteasome inhibitor bortezomib (BTZ), respectively, or were exposed to γ-irradiation, we observed a dose-dependent simultaneous increase in both the levels of proTα(100–109) and the percentages of early apoptotic cells. Furthermore, the concentration of proTα(100–109) was determined in the plasma of 11 patients with MM, before and 24 hours after treatment with BTZ. In 6 of 11 patients, a significant increase was observed; in 4 patients the levels remained stable, while only in one patient a decrease was recorded. In parallel, we conducted a kinetic study in 4 different MM patients, in whom the peptide concentration was determined before and 6, 12, 24, and 48 hours after treatment with BTZ. Based on these results, the time interval between 24 and 48 hours after treatment was indicated as the optimal time point for the quantitative determination of proTα(100–109). A correlation between the increase in peptide levels and patients’ response to treatment was observed. Within the framework of our in vitro experiments, we exposed myeloma cell lines to the pharmaceutical agent Belantamab mafodotin (BMF), a conjugate of Belantamab, a monoclonal antibody, specific for the B cell maturation antigen (BCMA), and the toxin MMAF, which, according to the literature, acts as an indirect ICD inducer. After verifying BCMA expression on H929 and L363 cells by flow cytometry (with H929 cells expressing higher levels of BCMA than L363), we determined via the MTT assay that H929 cells are more sensitive to BMF. Simultaneously, we observed an increase in the percentages of early and late apoptosis in H929 and L262 cells, cultured for 24 hours in the presence of BMF, along with a concurrent increase in the expression levels of CRT—a marker of the early stages of ICD induction, HMGB1, a marker of the late apoptotic stages, and the levels of proTα(100–109).The effect of BMF was also studied in patients with MM, where, using FC and multicolor staining, we determined the percentages of circulating clonal plasma cells (CPCs) before and 24 hours after treatment, for 2 cycles of therapy with a 2-month interval. A significant reduction in the percentages of CPCs was observed after the first cycle, and after the second cycle, CPCs were no longer detectable in patients’ blood. In parallel, we also confirmed the specificity of the drug for the B cell population by studying the effect of BMF on cells of the immune system (B and T lymphocytes, monocytes, neutrophils, and NK cells) in the same patients. Since BMF acts as an ICD inducer, the expression levels of CRT and the concentrations of proTα(100–109) and HMGB1 were also determined. We found that the average concentrations of the DAMPs proTα(100–109) and HMGB1 in MM patients increased 24 hours after the first cycle of therapy; notably, in patients who achieved a very good partial response (VGPR), the levels were higher compared to those in patients who achieved only a partial response (PR) to BMF treatment. Finally, using principal component analysis, the levels of proTα(100–109) and HMGB1 were correlated with the patients’ three-month treatment response. The analysis indicated that determining ICD levels after the first cycle of therapy can predict patients’ response-to-treatment to BMF over a 3-month period. Based on the above, the induction of ICD by therapeutic anticancer agents can be assessed by measuring the levels of the established biomarkers HMGB1 and CRT as well as the novel biomarker proTα(100–109), both in vitro and ex vivo, in the peripheral blood of cancer patients. The combined increase in the levels of these three DAMPs may serve as a predictive biomarker for the early positive therapeutic response in patients with cancer.Ο ανοσογονικού τύπου αποπτωτικός θάνατος (ICD) είναι μια μορφή ρυθμιζόμενου κυτταρικού θανάτου (RCD), με κύριο χαρακτηριστικό την απελευθέρωση, από το υπό θάνατο καρκινικό κύτταρο, μοριακών μοτίβων σχετιζόμενων με βλάβη (DAMPs). Τα DAMPs ή αλαρμίνες είναι μόρια που, υπό φυσιολογικές συνθήκες, εντοπίζονται σε ποικίλα κυτταρικά διαμερίσματα (π.χ. στον πυρήνα, στο ενδοπλασματικό δίκτυο, κτλ.) διαδραματίζοντας ρόλο σε σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες. Κατά τον ICD, τροποποιούνται ενδοκυτταρικά μέσω οξείδωσης ή πρωτεόλυσης και εξωκυτταρώνονται, εγείροντας ανοσολογικές αποκρίσεις. Σημαντικά χαρακτηριστικά τους είναι οι ανοσογονικές και οι ανοσοενισχυτικές τους ιδιότητες. Τα DAMPs διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) DAMPs που απελευθερώνονται στον εξωκυττάριο χώρο του υπό θάνατο/νεκρού κυττάρου [π.χ. η πρωτεΐνη υψηλής κινητικότητας της ομάδας Β1 (HMGB1), η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), κ.α.] και β) DAMPs που εκφράζονται στην επιφάνεια του υπό θάνατο/νεκρού κυττάρου [π.χ. η καλρετικουλίνη (CRT), οι πρωτεΐνες θερμικού σοκ (HSPs), κ.α.]. Σειρά μελετών έχει καταδείξει ως DAMPs το μέλος της οικογένειας των θυμοσινών, προθυμοσίνη α (προΤα), και το ανοσοδραστικό της δεκαπεπτίδιο προΤα(100-109). Η προΤα, μια όξινη πρωτεΐνη, μήκους 109-110 αμινοξέων, παρουσιάζει υψηλή συντηρητικότητα στα θηλαστικά και εκφράζεται στα κύτταρα όλων των ιστών. Επιτελεί διττό ρόλο, καθώς ενδοκυτταρικά συμμετέχει σε ποικίλες σημαντικές κυτταρικές διεργασίες (π.χ. αντιγραφή, μεταγραφή, κυτταροπροστασία), ενώ εξωκυτταρικά εμφανίζει σημαντική ανοσορυθμιστική δράση [π.χ. επαγωγή έκφρασης των μορίων του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (ΜΗC) τάξης Ι, ωρίμανσης δενδριτικών κυττάρων (DCs), φαγοκυτταρικής ικανότητας ουδετερόφιλων, κυτταροτοξικότητας από φυσικά φονικά (ΝΚ) και ενεργοποιημένα από λεμφοκίνες φονικά (LAK) κύτταρα, πολλαπλασιασμού Τ λεμφοκυττάρων, κ.α.]. Η πηγή της ανοσορυθμιστικής της δράσης εδράζεται στο καρβοξυτελικό της άκρο και συγκεκριμένα στο δεκαπεπτίδιο προΤα(100-109). Το δεκαπεπτίδιο απελευθερώνεται από τα αποπτωτικά κύτταρα μετά τη δράση κασπασών (κυρίως των κασπασών-3 και -7) στην προΤα, δρώντας ανοσορυθμιστικά. Σε προηγούμενες in vitro μελέτες, έχει δειχθεί ότι η προΤα και το προΤα(100-109) σηματοδοτούν, μέσω του υποδοχέα τύπου Toll (TLR) 4, στα DCs επάγοντας την ωρίμανσή τους. Τα ώριμα DCs προσλαμβάνουν αντιγονικούς επιτόπους καρκινικών κυττάρων και μέσω αντιγονοπαρουσίασης επάγουν την ενεργοποίηση αυτόλογων βοηθητικών Τ λεμφοκυττάρων, τα οποία πολώνονται προς βοηθητικά κύτταρα τύπου 1 (Τh1), και μέσω της παραγωγής κατάλληλων κυτταροκινών, ενισχύουν το κυτταρολυτικό πρόγραμμα ενεργοποιημένων κυτταροτοξικών Τ λεμφοκυττάρων (CTLs), τα οποία τελικά λύουν τα καρκινικά κύτταρα. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι αφενός, η περαιτέρω μελέτη της εξωκυτταρικής δράσης των προΤα και προΤα(100-109) και αφετέρου, η μελέτη του διαγνωστικού και προβλεπτικού δυναμικού του DAMP προΤα(100-109). Λαμβάνοντας υπόψη τα ως τώρα in vitro δεδομένα, αρχικά εξετάσαμε και in vivo τη θεραπευτική αποτελεσματικότητα της προΤα και του προΤα(100-109), με τη χρήση μοντέλου μελανώματος σε ποντίκια της φυλής C57BL/6. Τα πειραματόζωα ενοφθαλμίστηκαν υποδόρια με κύτταρα της συγγενικής μελανωματικής σειράς ποντικού B16.F1. Μετά την εμφάνιση ψηλαφίσιμων όγκων, τα ζώα χωρίστηκαν σε ομάδες, στις οποίες πραγματοποιήθηκε ενδοπεριτοναϊκή θεραπευτική χορήγηση αλατούχου φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος (PBS) (αρνητικός μάρτυρας), παράγοντα διέγερσης σχηματισμού αποικιών κοκκιοκυττάρων-μακροφάγων (GM-CSF), προΤα, προΤα(100-109) ή scrambled πεπτιδίου [συνθετικού πεπτιδίου με την ίδια αμινοξική σύσταση με το προΤα(100-109), αλλά διαφορετική πρωτοταγή δομή]. Παράλληλα, χορηγήθηκε πεπτιδικό εκχύλισμα (AWE) καρκινικών κυττάρων, δηλαδή πεπτιδικό εμβόλιο αποτελούμενο από επιτόπους των μελανωματικών κυττάρων που απομονώθηκαν από την επιφάνεια των B16.F1. Χορηγήθηκαν δύο κύκλοι θεραπείας, και τα πειραματόζωα παρακολουθήθηκαν ως προς το μέγεθος των όγκων. Παρατηρήθηκε σημαντική μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των όγκων στα ποντίκια που έλαβαν θεραπευτικά τον συνδυασμό προΤα/AWE και προΤα(100-109)/ΑWE έναντι των υπολοίπων ομάδων. Παράλληλα, στους όγκους των πειραματοζώων που έλαβαν θεραπευτικά προΤα/AWE και προΤα(100-109)/ΑWE παρατηρήθηκε σημαντική μείωση της έκτασης των νεκρωτικών περιοχών, μείωση της συσσώρευσης μελανίνης, μικρότερη διήθηση των αγγείων και των λείων μυών, και αυξημένη διήθηση των όγκων από Τ λεμφοκύτταρα. Επιπλέον, παρατηρήθηκε επαγωγή ογκοειδικής (Τ-μεσολαβούμενης) αλλά και μη ειδικής για τον όγκο (ΝΚ- και LAK-μεσολαβούμενης) κυτταροτοξικότητας στα σπληνοκύτταρα των πειραματοζώων των εν λόγω ομάδων και αυξημένα επίπεδα προφλεγμονωδών και Th1-τύπου κυτταροκινών στον ορό του αίματός τους. Στη συνέχεια, μελετήσαμε το προφίλ ασφαλείας της προΤα, του προΤα(100-109), αλλά και του εκτενώς μελετημένου, αμινοτελικού θραύσματος της προΤα θυμοσίνης α1 (Τα1) in silico, in vitro και in vivo. Η in silico ανάλυση, μέσω των προγραμμάτων ToxinPred, AllerTOP και AllergenFP έδειξε ότι τα τρία πεπτίδια δεν είναι τοξικά ή αλλεργιογόνα. In vitro, η ανάλυση με τη δοκιμασία ΜΤΤ, αλλά και με κυτταρομετρία ροής (FC) έπειτα από χρώση με αννεξίνη V και ιωδιούχο προπίδιο (PI), δεν κατέδειξε τοξικότητα των τριών πεπτιδίων έναντι κυττάρων καρκινικών σειρών ή μονοπύρηνων περιφερικού αίματος (PBMCs) υγιών δοτών συγκριτικά με τη δοξορουβικίνη (θετικός μάρτυρας). Έπειτα από έλεγχο με τη μέθοδο ραδιενεργού θυμιδίνης, δεν παρατηρήθηκε επίδραση των πεπτιδίων στο πολλαπλασιαστικό δυναμικό των PBMCs. Επιπλέον, μετά από χρώση Vybrant Dye Cycle Violet και ανάλυση με FC, δεν διαπιστώθηκε επίδρασή τους στις φάσεις του κυτταρικού κύκλου. Τα παραπάνω αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν και in vivo, σε ποντίκια της φυλής C57BL/6, στα οποία χορηγήθηκαν ενδοπεριτοναϊκά PBS (αρνητικός μάρτυρας) και υψηλές δόσεις προΤα, προΤα(100-109) και Τα1. Αναλυτικότερα, δεν παρατηρήθηκαν μορφολογικές αλλοιώσεις στα όργανα (πνεύμονες, ήπαρ, σπλήνας, νεφροί) των πειραματοζώων που έλαβαν τα τρία πεπτίδια, ούτε και διαφοροποιήσεις στο βάρος τους συγκριτικά με την ομάδα του μάρτυρα. Επιπλέον, οι συγκεντρώσεις δεικτών νεφρικής (ουρία, κρεατινίνη) και ηπατικής (SGPT, SGOT) λειτουργίας των εν λόγω πειραματοζώων, παρέμειναν στα επίπεδα της ομάδας του μάρτυρα. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι η προΤα και το προΤα(100-109) έχουν αντικαρκινική θεραπευτική αποτελεσματικότητα, καθώς επάγουν Τh1-τύπου ανοσολογικές αποκρίσεις in vivo, ενώ παρουσιάζουν και εξαιρετικό προφίλ ασφαλείας, καθώς δεν προκαλούν τοξικότητα in vitro και in vivo.Προκειμένου να μελετήσουμε το προβλεπτικό δυναμικό του προΤα(100-109), χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο ποσοτικού προσδιορισμού του, την in-house ανταγωνιστικού τύπου ELISA, με τη χρήση αντι-προΤα IgG πολυκλωνικών αντισωμάτων κουνελιού. Το μέγιστο εύρος μέτρησης που επετεύχθη μετά από μελέτη πρότυπων καμπυλών είναι 0,1 ng/mL – 10 μg/mL. Έπειτα καθορίσαμε τις φυσιολογικές τιμές συγκέντρωσης του πεπτιδίου στο πλάσμα του υγιούς πληθυσμού. Αναλύθηκαν συνολικά 523 δείγματα πλάσματος υγιών δοτών (226 άνδρες και 297 γυναίκες), ηλικιακού εύρους 0 – 96 ετών. Ο μέση συγκέντρωση του προΤα(100-109) στο σύνολο του πληθυσμού είναι ιδιαίτερα χαμηλή, 0,508 ng/mL, και ανεξάρτητη του φύλου και της ηλικίας. Κατόπιν ελέγξαμε τη συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων του προΤα(100-109) και του ποσοστού επαγωγής ICD. Η εν λόγω συσχέτιση μελετήθηκε σε υπερκείμενα καλλιεργειών καρκινικών κυττάρων, τα οποία οδηγήθηκαν σε ICD μετά την επίδραση φαρμακευτικών παραγόντων ή ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Σε καρκινικά κύτταρα από συμπαγείς όγκους και από πολλαπλούν μυέλωμα (ΠΜ) τα οποία καλλιεργήθηκαν παρουσία δοξορουβικίνης και του αναστολέα πρωτεασώματος βορτεζομίμπη (ΒΤΖ), αντίστοιχα, είτε εκτέθηκαν σε γ-ακτινοβολία, παρατηρήσαμε ταυτόχρονη αύξηση των επιπέδων του πεπτιδίου προΤα(100-109) και του ποσοστού των πρώιμων αποπτωτικών κυττάρων, αυξανομένης της συγκέντρωσης των φαρμακευτικών παραγόντων ή της δόσης της ακτινοβολίας. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός της συγκέντρωσης του προΤα(100-109) στο πλάσμα 11 ασθενών με ΠΜ, πριν και 24 ώρες μετά τη θεραπεία με ΒΤΖ. Σε 6 από τους 11 ασθενείς, παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση, σε 4 ασθενείς τα επίπεδα παρέμειναν σταθερά, ενώ σε έναν μόνο σημειώθηκε μείωση. Παράλληλα, διενεργήσαμε κινητική μελέτη σε 4 διαφορετικούς ασθενείς με ΠΜ, στους οποίους προσδιορίστηκε η συγκέντρωση του πεπτιδίου πριν και 6, 12, 24 και 48 ώρες μετά τη θεραπεία με BTZ. Με βάσει τα αποτελέσματα, επιβεβαιώθηκε ως βέλτιστο χρονικό σημείο ποσοτικού προσδιορισμού του προΤα(100-109) το διάστημα μεταξύ 24 και 48 ωρών μετά τη θεραπεία, ενώ παρατηρήθηκε και συσχέτιση μεταξύ της αύξησης των επιπέδων του πεπτιδίου και της απαντητικότητας των ασθενών στη θεραπεία. Στα πλαίσια των in vitro πειραμάτων μας, καλλιεργήσαμε κύτταρα μυελωματικών σειρών με τον φαρμακευτικό παράγοντα Belantamab mafodotin (BMF), ένα σύζευγμα του Belantamab, μονοκλωνικού αντισώματος ειδικού για το αντιγόνο ωρίμανσης των Β λεμφοκυττάρων (BCMA), και της τοξίνης MMAF, που, βάσει μελετών, αποτελεί έμμεσο επαγωγέα ICD. Αφού με FC ελέγξαμε την έκφραση του BCMA στα κύτταρα Η929 και L363 (τα H929 εκφράζουν εντονότερα το BCMA από τα L363), μέσω της δοκιμασίας ΜΤΤ διαπιστώσαμε ότι τα πρώτα είναι και περισσότερο ευαίσθητα σε λύση από το BMF. Παράλληλα, παρατηρήσαμε αύξηση των ποσοστών πρώιμης και όψιμης απόπτωσης στα κύτταρα H929 και L262 όταν καλλιεργήθηκαν για 24 ώρες παρουσία BMF, με ταυτόχρονη αύξηση των επιπέδων έκφρασης της CRT, μορίου που αποτελεί δείκτη των αρχικών σταδίων επαγωγής ICD, του δείκτη όψιμων σταδίων απόπτωσης HMGB1 και των επιπέδων προΤα(100-109). Η επίδραση του BMF μελετήθηκε και σε ασθενείς με ΠΜ, όπου με FC και πολυχρωματική χρώση προσδιορίσαμε το ποσοστό κυκλοφορούντων κλωνικών πλασματοκυττάρων (ΚΚΠ) πριν και 24 ώρες μετά τη θεραπεία, για 2 κύκλους θεραπείας με μεσοδιάστημα 2 μηνών. Παρατηρήθηκε σημαντική μείωση του ποσοστού των ΚΚΠ μετά τον 1ο κύκλο θεραπείας, ενώ μετά τον 2ο κύκλο θεραπείας δεν ανιχνεύονταν πλέον ΚΚΠ στο αίμα των ασθενών. Παράλληλα επιβεβαιώσαμε και την ειδικότητα του φαρμάκου έναντι του πληθυσμού των Β λεμφοκυττάρων, μελετώντας την επίδραση του BMF στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος (Β και Τ λεμφοκύτταρα, μονοκύτταρα, ουδετερόφιλα και ΝΚ κύτταρα) των ίδιων ασθενών κατά τη διάρκεια της θεραπείας. Καθώς το BMF λειτουργεί ως επαγωγέας ICD, στους ασθενείς προσδιορίστηκαν και τα επίπεδα έκφρασης της CRT και της συγκέντρωσης των προΤα(100-109) και HMGB1. Διαπιστώθηκε ότι οι μέσοι όροι συγκεντρώσεων των DAMPs προΤα(100-109) και HMGB1 στους ασθενείς αυξήθηκαν 24 ώρες μετά τον πρώτο κύκλο θεραπείας και μάλιστα στους ασθενείς που σημείωσαν πολύ καλή μερική ανταπόκριση (VGPR), τα επίπεδα ήταν υψηλότερα συγκριτικά με εκείνα των ασθενών που σημείωσαν μερική ανταπόκριση (PR) στη θεραπεία. Τέλος, με ανάλυση κυρίων συνιστωσών συσχετίστηκαν τα επίπεδα προΤα(100-109) και HMGB1 με την τρίμηνη ανταπόκριση των ασθενών σ
Synthetic studies of novel glycerol polyesters with aliphatic acids and metal-organic frameworks (MOFs) as drug delivery and controlled released systems
No full textIn recent years, polymer science has made rapid progress in various fields, such as medicine, pharmaceuticals, tissue engineering, and industry. The demands of modern life have led scientists to discover new synthetic polymers without burdening environmental systems. For this reason, efforts have focused on inventing alternative methods that avoid the use of toxic catalysts. Synthetic aliphatic polyesters are widely used due to their high biodegradability and cost-effective production. Most biocompatible polymers used in medical devices or potentially applied in biomedical applications consist of substances that are natural metabolites, biocompatible, and non-toxic. Poly(ortho)esters are attractive due to their inherent hydrolytic instability; however, these functionally useful materials are difficult to produce because of the complexity of the required monomers. The appeal of this class of polymers lies in their vast diversity and synthetic versatility. Over the past three decades, chemists have focused on polyglycerol esters because of their ability to modify the pendant hydroxyl group in the polymer chain. Glycerol-based polyesters can exhibit properties similar to those of low-molecular-weight glycerides, but with the advantage of higher mechanical stability and longer in vivo circulation times. According to the U.S. Food and Drug Administration (FDA), succinic acid and glycerol are considered safe materials and have been approved for medical use. Both of these natural compounds are abundant, and their main advantage lies in their cost-effective production. The first part of this study concerns the synthesis and characterization of a new polyglycerol ester, PGSuc, at specific ratios and different temperatures. The synthesized oligoesters were studied in terms of their chemical and mechanical properties to evaluate and select the most suitable material. The selected PGSuc was used as a coating medium for 1393 Bioglass scaffolds to improve their mechanical properties and enhance their performance in terms of bioactivity, biocompatibility, and osteogenic differentiation of human adipose-derived mesenchymal stem cells (hAMSCs).The construction of composite polymer-ceramic scaffolds could offer a solution that combines the advantages of high porosity with improved mechanical strength. Meanwhile, other properties, such as antimicrobial or antibacterial effects, can also be tailored using polymeric materials. Mesoporous silica-based nanoparticles (MSNs) have emerged as a highly promising drug delivery system. Dexamethasone sodium phosphate (DexSP) is one of the most commonly used corticosteroid drugs for treating various dental conditions, such as reducing postoperative pain in patients who have had impacted third molars extracted. The aim of the present study is the synthesis of poly(glycerol succinate) (PGSuc) and the evaluation of its effectiveness as a coating material for 1393 bioactive glass scaffolds. Pure PGSuc, as well as DexSP-loaded PGSuc and PGSuc containing DexSP-loaded MSNs, were evaluated as different coating types for 1393 bioactive glass scaffolds. In the second part of this study, a new glycerol-based polyester, PGP, was synthesized in a similar manner. More specifically, newly synthesized oligoesters were prepared in different ratios and at various temperatures and were then processed to yield a rigid polymer. This final polymer is proposed as a potential additive for the treatment of dry eye syndrome. Chronic dry eye syndrome is a condition that affects a large number of individuals, and current treatments are mostly temporary. Lifitegrast is a drug administered in such cases in the form of eye drops. Due to the limitations of this method, our study proposes a more permanent solution involving the incorporation of the drug into PGP in the form of a contact lens. Slow and sustained release is the goal, which can be achieved either by directly embedding lifitegrast into PGP or by first adsorbing the drug into MOFs and then incorporating this system into the polymer.ZIF-8 metal–organic frameworks exhibit excellent properties, such as high stability, porosity, and biocompatibility, making them highly attractive for biomedical applications. In ophthalmic applications, ZIF-8 has been studied as a carrier for targeted drug delivery, mainly due to its ability to protect sensitive molecules from degradation and to allow for controlled release. In conclusion, the lifitegrast–PGP and lifitegrast-loaded MOF–PGP systems were evaluated as potential additives for the treatment of chronic dry eye syndrome.Τα τελευταία χρόνια, η επιστήμη των πολυμερών έχει επιδείξει ραγδαία πρόοδο σε μια ποικιλία τομέων, όπως η ιατρική, η φαρμακευτική, η μηχανική ιστών και η βιομηχανία. Οι ανάγκες της σύγχρονης ζωής έχουν οδηγήσει τους επιστήμονες στην ανακάλυψη νέων συνθετικών πολυμερών, χωρίς να επιβαρύνουν τα περιβαλλοντικά συστήματα. Για το λόγο αυτό, έχουν επικεντρωθεί στην εφεύρεση νέων εναλλακτικών μεθόδων που αποφεύγουν τη χρήση τοξικών καταλυτών. Οι συνθετικοί αλειφατικοί πολυεστέρες χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της υψηλής βιοαποικοδόμησης τους και της οικονομικά αποδοτικής παραγωγής τους. Η πλειονότητα των βιοσυμβατών πολυμερών που εφαρμόζονται σε ιατρικές συσκευές ή ενδεχομένως χρησιμοποιούνται σε βιοϊατρικές εφαρμογές αποτελείται από ουσίες που είναι φυσικοί μεταβολίτες, βιοσυμβατοί και μη τοξικοί. Οι πολυ(ορθο)εστέρες είναι ελκυστικοί λόγω της εγγενούς υδρολυτικής τους αστάθειας, αλλά ταυτόχρονα, αυτά τα υλικά με σημαντική λειτουργική χρησιμότητα, είναι δύσκολο να παραχθούν, λόγω της παραγωγής σύνθετων μονομερών. Η έλξη αυτής της κατηγορίας πολυμερών έγκειται στην τεράστια ποικιλομορφία και τη συνθετική της ευελιξία.Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, οι χημικοί έχουν επικεντρωθεί στους εστέρες πολυγλυκερόλης λόγω της ικανότητάς τους να τροποποιούν την κρεμαστή υδροξυλομάδα στην αλυσίδα του πολυμερούς. Οι πολυεστέρες που βασίζονται στη γλυκερόλη μπορούν να έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα γλυκερίδια χαμηλής μάζας, αλλά θα έχουν το πλεονέκτημα της υψηλότερης μηχανικής σταθερότητας και των μεγαλύτερων χρόνων κυκλοφορίας in vivo. Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA), το ηλεκτρικό/σουκινικό οξύ και η γλυκερόλη μπορούν να θεωρηθούν ασφαλή υλικά και έχουν εγκριθεί για ιατρικές εφαρμογές. Και οι δύο αυτές φυσικές ενώσεις είναι άφθονες και το κύριο πλεονέκτημά τους είναι η οικονομικά αποδοτική παραγωγή τους. Το πρώτο μέρος της εργασίας αφορά τη σύνθεση και μελέτη του νέου εστέρα πολυγλυκερόλης, PGSuc, σε συγκεκριμένες αναλογίες και διαφορετικές θερμοκρασίες. Οι ολιγοεστέρες που συντέθηκαν μελετήθηκαν ως προς τις χημικές και μηχανικές τους ιδιότητες με σκοπό την αξιολόγηση και τελική επιλογή του καταλληλότερου υλικού. Το επιθυμητό PGSuc χρησιμοποιήθηκε ως μέσο επικάλυψης στα 1393 Bioglass ικριώματα, ώστε να βελτίωσει τις μηχανικές ιδιότητες τους και να ενισχύσει την απόδοσή τους, όσον αφορά τη βιοδραστικότητα, τη βιοσυμβατότητα και την οστεογενή διαφοροποίηση των ανθρώπινων λιπομεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων (hAMSCs). H κατασκευή σύνθετων πολυμερικών-κεραμικών ικριωμάτων θα μπορούσε να αποτελέσει μια λύση που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα τόσο του υψηλού πορώδους όσο και της βελτιωμένης μηχανικής αντοχής. Εν τω μεταξύ, άλλες ιδιότητες όπως οι αντιμικροβιακές ή οι αντιβακτηριακές μπορούν επίσης να προσαρμοστούν από πολυμερικά υλικά. Τα μεσοπορώδη νανοσωματίδια με βάση το πυρίτιο (MSNs) έχουν προωθηθεί ως ένα πολλά υποσχόμενο σύστημα χορήγησης φαρμάκων. Η δεξαμεθαζόνη (DexSP) είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα κορτικοστεροειδή φάρμακα για τη θεραπεία μιας σειράς οδοντικών παθήσεων, όπως η μείωση του μετεγχειρητικού πόνου σε ασθενείς που έχουν εξαχθεί έγκλειστοι τρίτοι γομφίοι. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η σύνθεση πολυ(ηλεκτρικής γλυκερόλης) (PGSuc) και η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητάς της ως υλικό επικάλυψης για ικριώματα βιοενεργού γυαλιού Bioglass 1393. Το καθαρό PGSuc, καθώς και το PGSuc φορτωμένο με DexSP και το PGSuc με MSN φορτωμένα με DexSP, αξιολογήθηκαν ως διαφορετικές επικαλύψεις για ικριώματα βιοενεργού γυαλιού 1393. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση ενός νέου πολυεστέρα γλυκερόλης, το PGP, στο ίδιο μοτίβο. Πιο αναλυτικά, οι νεοσυντιθεμένοι ολιγοεστέρες παρασκευάστηκαν σε διαφορετικες αναλογίες και θερμοκρασίες και στη συνέχεια επεξεργάστηκαν, ώστε να παραληφθεί ένα άκαμπτο πολυμερές. Το τελικό πολυμερές είναι αυτό που θα χρησιμοποιηθεί ως υποψήφιο πρόσθετο για την αντιμετώπιση της ξηροφθαλμίας. Η χρόνια ξηροφθαλμία είναι μια πάθηση που ταλαιπωρεί μία πληθώρα ανθρώπων και ο τρόπος αντιμετώπισης είναι παροδικός. Το lifitegrast, είναι ένα φάρμακο που χορηγείται σε τέτοιες περιπτώσεις σε μορφή σταγόνας. Λόγω των μειονεκτημάτων που προσφέρει η συγκεκριμένη μέθοδος, στην εργασία μας προτείνεται μία πιο μόνιμη αντιμέτώπιση με τη προσθήκη του φάρμακου στο PGP, σε μορφή φακού επαφής. Η αργή και σταδιακή απελευθέρωση είναι το ζητούμενο, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με την απευθείας ενσωμάτωση του lifitegrast στο PGP ή/και με την προσρόφηση του αρχικα στα MOFκαι μετέπειτα το σύστημα αυτό να προστεθεί στο πολυμερές. Τα ZIF-8 οργανομεταλλικά πλέγματα, παρουσίαζουν εξαιρετικές ιδιότητες, υψηλή σταθερότητα, πορώδες και βιοσυμβατότητα, καθιστώντας τα ιδιαίτερα ελκυστικά για βιοϊατρικές εφαρμογές. Στις οφθαλμολογικές εφαρμογές, το ZIF-8 έχει μελετηθεί ως φορεάς για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, κυρίως λόγω της ικανότητάς του να προστατεύει ευαίσθητα μόρια από αποικοδόμηση και να επιτρέπει την ελεγχόμενη αποδέσμευή τους. Εν κατακλείδι τα συστήματα lifitegrast - PGP και lifitegrast loadedMOF-PGP, αξιολογήθηκαν ως πιθανα πρόσθετα για την ανατιμετώπιση της χρόνιας ξηροφθαλμίας
Αλγόριθμοι συναίνεσης σε δίκτυα ορισμένων λογισμικών (SDN) για πολλαπλούς ελεγκτές
No full textThis doctoral dissertation investigates the application of consensus algorithms to enhance collaboration among multiple controllers in Software Defined Networks (SDN). The research focuses on addressing critical challenges in SDN, such as scalability, fault tolerance, single point of failure, and network state synchronization, by leveraging consensus protocols. Traditional single-controller architectures face limitations in managing large-scale networks, including bottlenecks, overhead, and vulnerability to failures. In contrast, multi-controller architectures offer improved flexibility, scalability, and reliability. However, effective coordination and synchronization among distributed controllers remain essential for optimal network performance. The study conducts a comparative analysis of existing consensus protocols and mechanisms, evaluating their performance under identical simulation environments. A novel consensus mechanism based on the Raft algorithm is proposed, designed to ensure stable, consistent, and efficient network state synchronization across controllers. The mechanism supports high throughput, dynamic view changes, fault tolerance, and controller synchronization, demonstrating superior performance compared to existing alternatives. Additionally, the research explores load balancing techniques to optimize resource utilization in the control plane, addressing challenges such as latency and packet loss during load migration. Furthermore, the dissertation addresses the Controller Placement Problem (CPP), proposing a heuristic greedy algorithm to minimize end-to-end latency and reduce maximum latency between controllers and switches. This approach aims to enhance network performance by strategically positioning controllers and mitigating queuing delays. The study emphasizes the practical implementation of these solutions, providing a comprehensive framework for improving scalability, reliability, and efficiency in SDN architectures. By integrating consensus algorithms, load balancing techniques, and optimized controller placement strategies, this research contributes to advancing SDN management, offering robust solutions for modern network challenges. The findings and proposed mechanism are experimentally validated, demonstrating their effectiveness in achieving stable and high-performing SDN environments.Αυτή η διδακτορική διατριβή ερευνά την εφαρμογή αλγορίθμων συναίνεσης για την ενίσχυση της συνεργασίας μεταξύ πολλαπλών ελεγκτών σε Δίκτυα Ορισμένα από Λογισμικό (SDN). Η έρευνα επικεντρώνεται στην αντιμετώπιση κρίσιμων προκλήσεων στα SDN, όπως ηκ λιμακωσιμότητα, η ανοχή σε σφάλματα, το σημείο μοναδικής αποτυχίας και ο συγχρονισμός της κατάστασης του δικτύου, μέσω της χρήσης πρωτοκόλλων συναίνεσης. Οι παραδοσιακές αρχιτεκτονικές με έναν μόνο ελεγκτή αντιμετωπίζουν περιορισμούς στη διαχείριση μεγάλων δικτύων, συμπεριλαμβανομένων των σημείων συμφόρησης, της υπερβολικής φόρτωσης και της ευπάθειας σε αποτυχίες. Αντίθετα, οι αρχιτεκτονικές με πολλαπλούς ελεγκτές προσφέρουν βελτιωμένη ευελιξία, κλιμακωσιμότητα και αξιοπιστία. Ωστόσο, η αποτελεσματική συντονισμός και συγχρονισμός μεταξύ των κατανεμημένων ελεγκτών παραμένει απαραίτητος για τη βέλτιστη απόδοση του δικτύου.Η μελέτη πραγματοποιεί μια συγκριτική ανάλυση των υφιστάμενων πρωτοκόλλων και μηχανισμών συναίνεσης, αξιολογώντας την απόδοσή τους υπό τις ίδιες συνθήκες προσομοίωσης. Προτείνεται ένας νέος μηχανισμός συναίνεσης βασισμένος στον αλγόριθμο Raft, ο οποίος έχει σχεδιαστεί για να εξασφαλίζει σταθερό, συνεπή και αποτελεσματικό συγχρονισμό της κατάστασης του δικτύου μεταξύ των ελεγκτών. Ο μηχανισμός υποστηρίζει υψηλή απόδοση, δυναμικές αλλαγές προβολής, ανοχή σε σφάλματα και συγχρονισμό ελεγκτών, παρουσιάζοντας ανώτερη απόδοση σε σύγκριση με τις υπάρχουσες εναλλακτικές λύσεις. Επιπλέον, η έρευνα εξετάζει τεχνικές εξισορρόπησης φόρτου για τη βέλτιστη αξιοποίηση των πόρων του επιπέδου ελέγχου, αντιμετωπίζοντας προκλήσεις όπως η αύξηση της καθυστέρησης και η απώλεια πακέτων κατά τη μετανάστευση φόρτου. Επιπλέον, η διατριβή ασχολείται με το Πρόβλημα Τοποθέτησης Ελεγκτών (CPP), προτείνοντας έναν ευρετικό αλγόριθμο για την ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης από άκρο σε άκρο και τη μείωση της μέγιστης καθυστέρησης μεταξύ ελεγκτών και διακομιστών, με στόχο την εξάλειψη της καθυστέρησης στην ουρά των ελεγκτών. Η μελέτη τονίζει την πρακτική εφαρμογή αυτών των λύσεων, παρέχοντας ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για τη βελτίωση της κλιμακωσιμότητας, της αξιοπιστίας και της αποτελεσματικότητας στις αρχιτεκτονικές SDN.Με την ενοποίηση αλγορίθμων συναίνεσης, τεχνικών εξισορρόπησης φόρτου και βελτιστοποιημένων στρατηγικών τοποθέτησης ελεγκτών, αυτή η έρευνα συμβάλλει στην πρόοδοτης διαχείρισης των SDN, προσφέροντας ισχυρές λύσεις για τις σύγχρονες προκλήσεις των δικτύων. Τα ευρήματα και οι προτεινόμενοι μηχανισμοί επαληθεύονται πειραματικά, αποδεικνύοντας την αποτελεσματικότητά τους στην επίτευξη σταθερών και υψηλής απόδοσης SDN περιβαλλόντων