Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στη μελέτη της ιεραρχικής δομής, της χημικής σύστασης και των μηχανικών ιδιοτήτων δομικών πρωτεϊνων και κερατινωδών ιστών μέσω της συνδυαστικής εφαρμογής φασματοσκοπικών τεχνικών και τεχνικών ακτίνων Χ. Αρχικά παρουσιάζεται μια εκτενής εισαγωγή στις δομικές πρωτεΐνες, τα αμινοξέα και τον ρόλο τους, τους μηχανισμούς πρωτεϊνικής αναδίπλωσης, τη δομή της τριπλής έλικας του κολλαγόνου, τα ενδιάμεσα ινίδια κερατίνης, καθώς και τη σημασία των λιπιδίων και των ιχνοστοιχείων σε ανθρώπινους κερατινώδεις ιστούς όπως η τρίχα και το νύχι (Κεφάλαιο 1). Ακολουθεί η θεωρητική περιγραφή των πειραματικών τεχνικών Raman, Raman υψηλών πιέσεων, Μικρής Γωνίας Σκέδασης Ακτίνων-Χ (SAXS), Φθορισμού Ακτίνων-Χ (XRF) και Φασματοσκοπίας Λεπτής Υφής Ακμής Απορρόφησης Ακτίνων-Χ (XANES), καθώς και η αναλυτική παρουσίαση της πειραματικής μεθοδολογίας, της προετοιμασίας δειγμάτων και των διαδικασιών επεξεργασίας δεδομένων (Κεφάλαια 2 και 3). Η απόκριση του κολλαγόνου και της α-κερατίνης σε υδροστατική πίεση έως 4 GPa διερευνάται με φασματοσκοπία Raman (Κεφάλαιο 4), αποκαλύπτοντας αντιστρέψιμες μεταβολές στις δονήσεις παραμόρφωσης και τάσης δεσμών C–H καθώς και του αμιδίου Ι, με την κερατίνη να εμφανίζει θετική εξάρτηση της τελευταίας με την πίεση, σε αντίθεση με το κολλαγόνο, γεγονός που αποδίδεται σε θεμελιώδεις διαφορές στον ρόλο των δεσμών υδρογόνου στις δύο πρωτεΐνες. Στη συνέχεια μελετάται η μηχανική απόκριση της ανθρώπινης τρίχας υπό εφελκυστική τάση με συνδυασμό φασματοσκοπίας Raman και οπτικής μικροσκοπίας (Κεφάλαιο 5), αναδεικνύοντας άμεση συσχέτιση μεταξύ μακροσκοπικής παραμόρφωσης και παραμόρφωσης των φολίδων (λεπιών) του περιτρίχιου (επιδερμίδας) (cuticle), μεταβολές στη διαμόρφωση δισουλφιδικών δεσμών και τον καθοριστικό ρόλο του κυτταρικού μεμβρανικού συμπλέγματος (cell membrane complex-CMC) στη διατήρηση της δομικής της ακεραιότητας. Μια ολοκληρωμένη πολυκλιμακική μελέτη της ανθρώπινης τρίχας (Κεφάλαιο 6), μέσω συνδυασμού μ-XRF, μ-XANES και SAXS, αποκαλύπτει ότι η νανοδομή των ενδιάμεσων ινιδίων συσχετίζεται άμεσα με το δεσμικό περιβάλλον του Zn και όχι με τη συνολική περιεκτικότητα σε S. Η προσέγγιση αυτή επεκτείνεται στη μελέτη ανθρώπινων νυχιών (Κεφάλαιο 7), όπου παρατηρούνται έντονες χημικές και δομικές ανομοιογένειες σε ψωριασικά και δυστροφικά δείγματα, περιλαμβάνοντας μεταβολές στον τρόπο σύνδεσης Zn και S (αναλογία και συμμετοχή των ομάδων κυστεϊνης), διεύρυνση του πλέγματος των ινιδίων και αυξημένη αταξία της πρωτεϊνικής μήτρας, προσφέροντας μια ενιαία ερμηνεία για τη μειωμένη μηχανική αντοχή τους. Συμπληρωματικές μελέτες ζωικών νυχιών (Κεφάλαιο 8) αναδεικνύουν διαφοροποιήσεις που σχετίζονται με το είδος. Συνολικά (Κεφάλαιο 9), η διατριβή καταδεικνύει ότι μεταβολές σε μοριακό επίπεδο, όπως η δέσμευση ιχνοστοιχείων και το τοπικό δεσμικό περιβάλλον του Zn, συνδέονται με την οργάνωση στη νανο- και μεσο-κλίμακα των κερατινωδών ιστών, υπογραμμίζοντας τη δυναμική των συνδυαστικών συμπληρωματικών τεχνικών στη μελέτη της δομής, της μηχανικής συμπεριφοράς και της παθολογίας βιολογικών υλικών.
Αμαλία Μαρία Κ. Πάσχου (Thu,) studied this question.