Μελέτη επίδρασης και εφαρμογές σφαιρικών νανοσωματιδίων χρυσού και αργύρου σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα μέσω ανάλυσης μικροσυστοιχιών DNA.

Διπλωματική Εργασία uoadl:2866281 444 Αναγνώσεις

Μονάδα:
Κατεύθυνση Βιοπληροφορική
Βιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2019-03-15
Έτος εκπόνησης:
2019
Συγγραφέας:
Καταγάς Ιωάννης
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Αλέξανδρος Γεωργακίλας, Αναπληρωτής Καθηγητής, Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Κωνσταντίνος Βοργιάς,Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Παντελής Μπάγκος, Καθηγητής, Τμήμα Πληροφορικής με Εφαρμογές στη Βιοϊατρική, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Πρωτότυπος Τίτλος:
Μελέτη επίδρασης και εφαρμογές σφαιρικών νανοσωματιδίων χρυσού και αργύρου σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα μέσω ανάλυσης μικροσυστοιχιών DNA.
Γλώσσες εργασίας:
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Μελέτη επίδρασης και εφαρμογές σφαιρικών νανοσωματιδίων χρυσού και αργύρου σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα μέσω ανάλυσης μικροσυστοιχιών DNA.
Περίληψη:
Η νανοτεχνολογία είναι μια επιστήμη η οποία μετρά λιγότερο από πενήντα χρόνια. Η επιστήμη αυτή έχει επιτρέψει στον άνθρωπο να κατασκευάσει και να μελετήσει υλικά σε μικροσκοπικές διαστάσεις. Όταν οι διαστάσεις γίνουν μικρότερες των 100nm τότε η ύλη αλλάζει ιδιότητες και συμπεριφορά καθώς οι κβαντικοί νόμοι υπερισχύουν. Στην παρούσα μελέτη αρχικά γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση των πρόσφατων επιτευγμάτων του ανθρώπου, με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας σε βιολογικό και κλινικό επίπεδο, που έγιναν αξιοποιώντας τις ιδιότητες νανοσωματιδίων χρυσού και αργύρου. Στη συνέχεια γίνεται συνδυαστική μελέτη δεδομένων μικροσυστοιχιών DNA με σκοπό την ανεύρεση πιθανών νανοσωματιδιακά επαγόμενων μηχανισμών ή βιολογικών φαινομένων σχετιζόμενων με έκθεση κυττάρων σε νανοσωματίδια.
Αρχικό βήμα της μεθόδου εργασίας ήταν η εύρεση πρωτογενών ερευνητικών δεδομένων. Για τη συλλογή των δεδομένων αξιοποιήθηκε το αποθετήριο GEO και επιλέχθηκαν οι σειρές δεδομένων GSE55349, GSE62253 και GSE84982, κυρίως λόγω ίδιου κυτταρικού τύπου (Caco-2) και ακατέργαστων νανοσωματιδίων. Για την ανάλυση των δεδομένων αξιοποιήθηκε ένας αλγόριθμος που πραγματοποίησε έλεγχο Kruskal-Wallis για εύρεση πιθανά στατιστικά σημαντικών διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων, ανά δύο συγκρίσεις Paired-Wilcoxon, καθώς και διορθώσεις Benjamini. Έπειτα, με τη χρήση της σουίτας InSyBio έγινε ανάλυση διαφορικής έκφρασης με τη χρήση μη παραμετρικών (Wilcoxon Rank Sum test) και παραμετρικών μεθόδων (Student T-test). Η τελική επιλογή των γονιδίων έγινε με περιορισμό στο fold change. Στη συνέχεια έγινε λειτουργικός εμπλουτισμός με το εργαλείο DAVID, έλεγχος για σημεία πρόσδεσης miRNAs στα διαφορικά εκφρασμένα γονίδια και κατασκευή δικτύων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων των περισσότερο διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων με το εργαλείο STRING.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης για την επίδραση των νανοσωματιδίων σε κύτταρα Caco-2 φάνηκε ότι επηρεάζονται από τον τύπο υλικού, το μέγεθος και το χρόνο δειγματοληψίας. Επιπρόσθετα, η κύρια επίδραση των νανοσωματιδίων φαίνεται να είναι η υπερέκφραση γονιδίων που συνδέονται με την αρνητική ρύθμιση της κυτταρικής ανάπτυξης, την ενεργοποίηση μηχανισμών απόκρισης στο οξειδωτικό στρες και την απόκριση των κυττάρων σε μέταλλα. Συν τοις άλλοις, φαίνεται πολλά από τα υπερεκφρασμένα γονίδια να ανήκουν σε καταρράκτες αντιδράσεων που διαμεσολαβούνται από το μεταγραφικό παράγοντα Nrf2.
Ακόμα, δεν βρέθηκαν μηχανισμοί που να σχετίζονται αυστηρά με νανοσωματίδια, επειδή ο άργυρος φαίνεται να επιδρά στα κύτταρα το ίδιο, είτε σε σωματιδιακή είτε σε ιοντική μορφή. Συγκρίνοντας την βιοδραστικότητα των δύο μετάλλων (χρυσός, άργυρος), τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ενώ ο χρυσός όταν είναι σε μορφή μεγαλύτερων νανοσωματιδίων φαίνεται να είναι βιολογικά αδρανής ακόμα και μέσα στο κύτταρο, ο άργυρος δε φαίνεται να αλλάζει βιοδραστικότητα ανάλογα με το μέγεθος των νανοσωματιδίων, ενώ φαίνεται να επηρεάζει τα κύτταρα βρισκόμενος κυρίως εξωτερικά, καθώς δεν εμφανίζει μεγάλο ποσοστό πρόσληψης.
Σαν συμπέρασμα, οι πολλές μεταβλητές που αλλάζουν μεταξύ των τριών σειρών δεδομένων, όπως η πλατφόρμα, η διαφοροποίηση των κυττάρων και ο χρόνος δειγματοληψίας, καθιστούν τέτοιου είδους αναλύσεις ένα έργο δύσκολο και πολλές φόρες ανακριβές. Με βάση το παραπάνω, ο σχεδιασμός νέων μελετών κρινεται αναγκαιος και απαραιτητος καθώς και η διενέργεια περαιτέρω αναλύσεων για την ακρίβη αποσαφηνιση των επιδράσεων των νανοσωματιδίων στα κύτταρα, σε σχέση με το υλικό, το μέγεθός τους και τις αιτίες πίσω από την κάθε επίδραση.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
νανοσωματίδια χρυσού, νανοσωματίδια αργύρου, κύτταρα caco-2, διαφορική έκφραση γονιδίων, βιοπληροφορική, ανάλυση μικροσυστοιχιών, βιολογικές εφαρμογές, κλινικές εφαρμογές
Ευρετήριο:
Ναι
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
2
Εικονογραφημένη:
Ναι
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
144
Αριθμός σελίδων:
115
Thesis Ioannis Katagas Bioinformatics MSc.pdf (7 MB) Άνοιγμα σε νέο παράθυρο