Homework 5 / Κατ οίκον Εργασία

Transcript

1 Homework 5 / Κατ οίκον Εργασία Name/Όνομα: Date/Ημερ.: You may need some (or none) of the following equations/constants Μπορεί να χρειαστείτε κάποιες (ή καμία) από τις πιο κάτω εξισώσεις/σταθερές For linear motion (const. a) For circular motion (const. a) Parabolic Trajectory F ma p mv v x a v t t v v at 0 1 x v0t at v v ax 0 1 x ( v v0 ) t a t t at t at a ( 1 0 ) t v R g 0 0 sin v0 h sin g v t g sin τ = r x F = F r sinθ = I a For linear uniform objects I = ml (m = mass, l = length) Doppler Ultrasound v v fd fus fus 1 US vus f US US v US

2 mino acid DN code Note: The start codon is TG (same as Met)

3 Multiple Choice Questions (15 x = 30 pts) Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής (15 x = 30 μ.) 1. Which of the following is NOT normally a characteristic of cancer cells? Ποιο από τα πιο κάτω ΔΕΝ είναι κανονικά ένα χαρακτηριστικό των καρκινικών κυττάρων; ) Reduced requirement for glycolysis. Χαμηλή ανάγκη για γλυκόλυση B) Reduced requirement for stimulation by growth factors. Χαμηλή ανάγκη για διέγερση από αυξητικούς παράγοντες C) Resistance to apoptosis. Αντίσταση στην απόπτωση D) Resistance to inhibitory growth signals. Αντίσταση σε αντι-αυξητικά σήματα E) Unlimited replicative capacity Απεριόριστη ικανότητα πολλαπλασιασμού. patient is suspicious of having breast cancer. What type of test will a physician conduct to diagnose the cancer? Υπάρχει υποψία καρκίνου του μαστού σε μια ασθενή. Ποια εξέταση θα χρησιμοποιήσει ο γιατρός για να διαγνώσει τον καρκίνο; ) blood test εξέταση αίματος B) pap test τεστ παπανικολάου C) CT scan αξονική τομογραφία D) Mammography μαστογραφία 3. In an x-ray, we see in order of intensity (from back to white on a negative film): Στην ακτινογραφία, με σειρά έντασης (από μαύρο σε άσπρο στο αρνητικό φιλμ) βλέπουμε: ) ir < Lungs < Bones < Heart < Tooth Filling Αέρας < Πνεύμονες < Οστά < Καρδιά < Σφράγισμα Δοντιού B) ir < Lungs < Heart < Tooth Filling < Bones Αέρας < Πνεύμονες < Καρδιά < Σφράγισμα Δοντιού < Οστά C) ir < Lung < Heart < Bones < Tooth Filling Αέρας < Πνεύμονες < Καρδιά < Οστά < Σφράγισμα Δοντιού D) ir < Heart < Lung < Bones < Tooth Filling Αέρας < Καρδιά < Πνεύμονες < Οστά < Σφράγισμα Δοντιού 4. Migration of cancerous cells from the site of origin to other part of the body forming secondary tumors is called Η μετανάστευση των καρκινικών κυττάρων από το χώρο προέλευσης σε άλλο μέρος του σώματος όπου σχηματίζουν δευτερογενείς όγκους ονομάζεται. Diapedesis / διαπίδυση B. Metastasis / μετάσταση C. Proliferation / πολλαπλασιασμός D. ngiogenesis / αγγειογένεση

4 5. Four cancer patients are given the following staging. Which one will has the worst prognosis? Τέσσερεις καρκινοπαθείς έχουν τις πιο κάτω κατηγοριοποιήσεις. Ποιος από αυτούς έχει τη χειρότερη πρόγνωση;. T1N3M1 B. TN1M0 C. T3N1M0 D. T3N0M0 For questions -13, fill the blanks with ONE right answer from the choices shown below (-N). Each choice may be used more than one time. Για τις ερωτήσεις -13, συμπληρώστε τα κενά με ΜΙΑ σωστή απάντηση από τις επιλογές που αναγράφονται πιο κάτω (Α-Ν). Κάθε επιλογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί περισσότερο από μια φορά.. X-rays / Ακτίνες Χ B. Γ rays / Ακτίνες Γ C. Sound waves / Ηχητικά κύματα D. Radio frequencies / Ραδιοσυχνότητες E. bsorbed / Απορροφούνται F. Reflected / Ανακλούνται G. Transmitted / Εκπέμπονται H. X-ray imaging / Ακτινογραφία I. Computed Tomography (CT) / Αξονική Τομογραφία J. Magnetic Resonance Imaging (MRI) / Μαγνητική Τομογραφία K. Ultrasound Imaging / Υπερηχογράφημα L. Pozitron Emission Tomography (PET) / Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου M. Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) / Τομογραφία Μονο-φωτονικής Εκπομπής. The diagnostic methods with the least health reisks are and Οι διαγνωστικές μέθοδοι που εγκυμονούν τους λιγότερους κινδύνους είναι οι J και K 7. The most sensitive method for the diagnosis of multiple sclerosis is Η πιο ευαίσθητη μέθοδος για διάγνωση της σκλήρυνσης κατά πλάκα είναι η/το J 8. In Positron Emission Tomography, we measure which are by the tissue. Στην Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου μετρούμε B που G από τους ιστούς 9. In Magnetic Resocnance imaging, we measure which are by the tissue. Στην Μαγνητική Τομογραφία μετρούμε D που G από τους ιστούς 10. In, a special camera is needed to align the γ radiation. Στην M χρειάζεται ειδική κάμερα για να ευθυγραμμίσει την ακτινοβολία Γ 11. In an ultrasound imaging we measure which are from the tissues Στο Υπερηχογράφημα μετρούμε C που F από τους ιστούς 1. In Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) we measure which are from the tissues. Στην Τομογραφία Μονο-φωτονικής Εκπομπής μετρούμε B που G από τους ιστούς

5 13. Two nuclei in a graded magnetic field Δύο πυρήνες μέσα σε ένα βαθμιδωτό μαγνητικό πεδίο ) Transmit different radio frequencies after a radio pulse Εκπέμπουν διαφορετικές ραδιοσυχνότητες μετά από ένα ραδιοπαλμό B) Rotate with a different speed because of the different fields Περιστρέφονται με διαφορετική ταχύτητα λόγω της διαφοράς του πεδίου C) Transmit radio frequencies with different amplitude after a radio pulse Εκπέμπουν ραδιοσυχνότητες διαφορετικής ισχύος μετά από ένα ραδιοπαλμό D) Belong to different molecules because of the complexity of tissue Ανήκουν σε διαφορετικά μόρια λόγω της πολυπλοκότητας των ιστών 14. Ultrasound imaging Η υπερηχογραφία ) is based on the production of ultrasounds by a transducer and the recording of their reflection through the bones of the human body βασίζεται στην παραγωγή υπερήχων από ένα ηχοβολέα και την καταγραφή των ανακλάσεων τους μέσα από τα οστά του ανθρώπινου σώματος B) uses an ultrasound beam which is converted to heat and thus allows the recording of images χρησιμοποιεί υπερηχογραφική δέσμη που μετατρέπεται σε θερμότητα και έτσι βοηθά στην καταγραφή των εικόνων C) acquires images of sections of the body and can measure the speed of blood flows. λαμβάνει εικόνες τμημάτων του σώματος και μπορεί να μετρήσει ταχύτητες αιματικής ροής D) is based on the principle of nuclear magnetism resonance βασίζεται στην αρχή του πυρηνικού μαγνητισμού συντονισμού 15. The radionucliodites used in PET Τα ραδιονουκλεΐδια που χρησιμοποιούνται στην ΤΕΠ ) include carbon-11, nitrogen-13, technicium-99, iodine-13 περιλαμβάνουν τα άνθρακας-11, άζωτο-13, τεχνήτιο-99, ιώδιο-13 B) must be consumed near the accelerator πρέπει να καταναλωθούν κοντά σε επιταχυντή C) produce γ-rays directly παράγουν απ'ευθείας ακτίνες Γ D) have long decay times έχουν μεγάλους χρόνους διάσπασης

6 Short nswer Questions (70 pts) Ερωτήσεις με σύντομες απαντήσεις (70 μ.) 1. You have two cell lines. One is derived from a malignant tumor and the other is derived from normal cells. Έχετε δύο κυτταρικές σειρές. Η μια προέρχεται από έναν κακοήθη όγκο και η άλλη προέρχεται από φυσιολογικά κύτταρα. a. You grow the two cell lines in culture. fter a day of growth you look at the cell populations under a microscope and try to identify which one is cancerous. Which cellular characteristics might indicate that a cell line is cancerous? Mention at least 3. Αυξάνεται τις δύο κυτταρικές σειρές σε καλλιέργεια. Μετά από μια μέρα ανάπτυξης παρατηρείτε τους πληθυσμούς των κυττάρων κάτω από ένα μικροσκόπιο και προσπαθείτε να προσδιορίσετε ποιος είναι ο καρκινικός. Ποια κυτταρικά χαρακτηριστικά μπορεί να υποδεικνύουν ότι μια κυτταρική γραμμή είναι καρκινική; Αναφέρετε τουλάχιστον 3. b. You administer a chemical that promotes the expression of apoptosis genes and re-evaluate the cell cultures the next day. What do you expect the effect of this chemical will be on each of the cell populations? Προσθέτετε στα κύτταρα μια χημική ουσία που προάγει την έκφραση των γονιδίων απόπτωσης και επαναξιολογήσετε τις κυτταροκαλλιέργειες την επόμενη μέρα. Τι περιμένετε να είναι το αποτέλεσμα της χορήγησης αυτής της χημικής ουσίας σε κάθε ένα από τους κυτταρικούς πληθυσμούς; c. When you implant the cancer cells in a laboratory animal, a tumor grows. fter two weeks the tumor appears to have developed its own blood supply. What is this phenomenon called? Why is it necessary for the tumor? Όταν εμφυτεύσετε τα καρκινικά κύτταρα σε ένα πειραματόζωο, ένας όγκος παρουσιάζεται. Μετά από δύο εβδομάδες φαίνεται να έχει μεγαλώσει και αναπτύξει τη δική του κυκλοφορία αίματος. Πως ονομάζεται αυτό το φαινόμενο; Γιατί είναι απαραίτητο για τον όγκο; d. Would a chemotherapy agent affect both kinds of cells? To what extend? How is this significant for the efficacy of chemotherapy? Ένας παράγοντας χημειοθεραπείας θα επηρεάζε και τα δύο είδη κυττάρων; Σε ποιο βαθμό; Γιατί είναι αυτό σημαντικό για την αποτελεσματικότητα της χημειοθεραπείας; a. The cancers cells will have the following characteristics Larger number Variable size Variable nuclear size Dense and irregular chromatin as compared to fewer and more regular normal cells b. The normal cells will die whereas the cancer cells will survive since they have deactivated apoptosis pathways. c. This phenomenon is called angiogenesis. It is necessary since it is not possible for the tumors to obtain the required nutrients and oxygen supply only by diffusion when their size increases. d. The chemotherapy also affects normal cells although at a lesser extent. This means that chemotherapy has severe side effects and as a result the dose cannot be increased, leading to less efficient treatment.

7 . In an one-dimensional MRI system the magnetic gradient is B=+0.1x (where B is in Tesla (Τ) and x is in meters) for the range from x=0 to x =1m. The resonant frequency of an MRI system is ω = γb (where γ is the gyromagnetic ratio of the material. Two vials, #1 and #, of different liquids are placed in the scanner. The materials contain liquids with a γ of 10π MHz/T and 15π MHz/T respectively. t the MRI receiver, the following spectrum is observed. Σε ένα μονοδιάστατο σύστημα MRI η μαγνητική κλίση είναι Β = + 0,1 x (όπου το Β είναι σε Tesla (Τ) και το x είναι σε μέτρα) για την περιοχή από x = 0 έως x = 1m. Η συχνότητα συντονισμού ενός συστήματος MRI είναι ω = γb (όπου γ είναι ο γυρομαγνητικός λόγος του υλικού. Δύο φιαλίδια, # 1 και #, με διαφορετικά υγρά, τοποθετούνται στο σαρωτή. Τα υλικά που περιέχουν έχουν γ 10π MHz /T και 15π MHz/T αντίστοιχα. Στον δέκτη του MRI, το ακόλουθο φάσμα παρατηρείται. (a.u) 4 #1 # f (MHz) a. What is the diameter of each vial? Ποια είναι η διάμετρος κάθε φιαλιδίου; b. If the concentration of the material in vial #1 is 10 mm, what is the concentration of the material in vial #? Εάν η συγκέντρωση του υλικού στο φιαλίδιο # 1 είναι 10 mm, ποια είναι η συγκέντρωση του υλικού σε φιαλίδιο # ; c. The edges of the frequency bands in the spectrum are not perfectly perpendicular but rather they are curved. Why is this the case? Explain. Τα άκρα των ζωνών συχνοτήτων στο φάσμα δεν είναι τελείως κάθετα, αλλά μάλλον είναι καμπύλα. Γιατί συμβαίνει αυτό; Εξηγήστε. a. Convert the frequencies to distances and then find the width f B0 B0 Bx f x B B 10.05x10 x1 10cm 0.1x10 x w 5cm 10.75x10 x 15cm 0.1x10 x x10 x1 0cm 0.1x15 x w1 8cm 15.1x10 x 8cm 0.1x15 x b. C = 5 mm c. The edges are curved due to the limit in the resolution of the spectral detection of the radiofrequencies.

8 3. slab of soft tissue with one blood vessel in the middle is imaged under an x-ray imaging system, as shown in the figure. The blood vessel may be injected a contrast agent. For ease of computation, assume the tissue and the vessel both have square shaped cross-sections, with dimensions shown in the figure. Further, we assume photons are uniformly shed upon the side of the tissue. For the range of the photon energy of the x-ray used, the absorption coefficients of the soft tissue, the blood vessel and the contrast agent are 0.4 cm-1 and 0. cm-1, and 0 cm-1, respectively. Determine the intensity ratio between the regions of the x-ray shown by and B (i.e. I /I B ) Ένα τεμάχιο μαλακού ιστού με ένα αιμοφόρο αγγείο στη μέση απεικονίζεται με ένα σύστημα απεικόνισης με ακτίνες Χ, όπως φαίνεται στο σχήμα. Στο αιμοφόρο αγγείο μπορεί να εγχυθεί και ένα σκιαγραφικό υλικό. Για ευκολία υπολογισμών, θεωρήστε ότι ο ιστός και το αγγείο έχουν και τα δύο τετραγωνικές διατομές, με διαστάσεις όπως φαίνονται στο σχήμα. Περαιτέρω, υποθέστε ότι τα φωτόνια φτάνουν ομοιόμορφα κατανεμημένα από την πλευρά του ιστού. Για το εύρος της ενέργειας των φωτονίων των ακτίνων Χ που χρησιμοποιούνται, οι συντελεστές απορρόφησης του μαλακού ιστού, του αιμοφόρου αγγείου και του σκιαγραφικού υλικού είναι 0,4 cm -1 και 0, cm -1, και 0 cm -1, αντίστοιχα. Προσδιορίστε την αναλογία έντασης μεταξύ των περιοχών της ακτινογραφίας Α και Β (δηλαδή τον λόγο Ι Α / Ι Β ) a. when the contrast agent is not injected and όταν δεν υπάρχει σκιαγραφικό και b. when the contrast agent is injected. όταν σκιαγραφικό διέρχεται από το αγγείο. B tt l tt l I I0e I e t ( lt lv ) vl v I I B I0e e B e e t ( lt lv ) tlv a. b. I e e I e e e e B tt l 0.4 x4 0.9 t ( lt lv ) vlv 0.4 x x0.5 tt l 0.4 x4 I e e t ( lt lv ) vlv 0.4 x3.5 0x0.5 IB e e e e

9 4. With regards to cancer Όσον αφορά στον καρκίνο a. What is more likely to mutate first in cancer: a tumor suppressor gene or an oncogene? Explain why. Ποιο είναι πιο πιθανό να μεταλλαχθεί πρώτο: ένα ογκοκατασταλτικό γονίδιο ή ένα ογκογονίδιο; Εξηγείστε γιατί. b. Radiation therapy and chemotherapy for cancer have significant side effects. What are some of these side effects and how can they be explained based on the mechanism of action of these therapies? Η ακτινοθεραπεία και η χημειοθεραπεία του καρκίνου έχουν σημαντικές παρενέργειες. Ποιες είναι μερικές από αυτές τις παρενέργειες και πώς μπορούν να εξηγηθούν με βάση το μηχανισμό δράσης αυτών των θεραπειών; a. Both of these therapies kill cancer cells by targeting rabidly dividing cells. Unfortunately, there are many cells in the body which are continually dividing and those are affected by the therapy giving rise to the severe side effects. Such side effects include sores in the mouth and throat, diarrhea, nausea, and vomiting (death of gastrointestinal cells), blood anomalies (death of blood stem cells in the bone marrow), hair fall (death of the hair roots), reproductive abnormalities (death of cells in the reproductive system), fatigue, pain, loss of appetite (systemic effects). Και οι δύο αυτές θεραπείες σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα στοχεύοντας τα πιο γρήγορα διαιρούμενα κύτταρα. Δυστυχώς, υπάρχουν πολλά κύτταρα στο σώμα που συνεχώς διαιρούνται και εκείνα επηρεάζονται από τη θεραπεία προκαλώντας τις σοβαρές παρενέργειες. Αυτές οι παρενέργειες περιλαμβάνουν πληγές στο στόμα και το λαιμό, διάρροια, ναυτία και έμετο (θάνατος κυττάρων του γαστρεντερικού), ανωμαλίες του αίματος (θάνατος των βλαστικών κυττάρων του αίματος στο μυελό των οστών), πτώση των μαλλιών (θάνατος των ριζών των μαλλιών), αναπαραγωγικές ανωμαλίες (θάνατος των κυττάρων του αναπαραγωγικού συστήματος), κόπωση, άλγος, απώλεια όρεξης (συστημικές επιδράσεις). b. It is more likely that a tumor suppressor gene is mutated first. Once that happens, mutations occur at a much higher rate and the additional mutations that are required for cancer to exist are more likely to occur. Είναι πιο πιθανό ένα ογκοκατασταλτικό γονίδιο να μεταλλαχθεί πρώτα. Μόλις συμβεί αυτό, οι μεταλλάξεις συμβαίνουν σε πολύ μεγαλύτερο ρυθμό και οι πρόσθετες μεταλλάξεις που απαιτούνται για να παρουσιαστεί καρκίνος είναι πιθανότερο να εμφανιστούν.

10 5. What are the roles of CT and MRI in the management of stroke (both ischemic and hemorrhagic)? Explain when each is used and what we can see and not see with each (a) immediately after the stroke, (b) several months after a stroke. Ποιοι είναι οι ρόλοι των CT και MRI στη διαχείριση ενός εγκεφαλικού επεισοδίου (τόσο ισχαιμικού όσο και αιμορραγικού); Εξηγήστε πότε χρησιμοποιείται το καθένα και τι βλέπουμε και να δεν βλέπουμε με το καθένα (α) αμέσως μετά το εγκεφαλικό επεισόδιο, (β) αρκετούς μήνες μετά από ένα εγκεφαλικό επεισόδιο. Both CT and MRI are used for the management of stroke. (a) t the initial stages of the stroke, CT is used to differentiate between hemorrhagic and ischemic stroke, whereas diffusion weighted MRI can be used to see very early strokes. (b) t later stages both CT and MRI can see the areas of tissue destruction. Τόσο η αξονική όσο και η μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση εγκεφαλικών επεισοδίων. (α) Στα αρχικά στάδια του εγκεφαλικού επεισοδίου, το CT χρησιμοποιείται για τη διάκριση μεταξύ αιμορραγικού και ισχαιμικού εγκεφαλικού επεισοδίου, ενώ η μαγνητική τομογραφία σταθμισμένης διάχυσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δούμε πολύ πρώιμα εγκεφαλικά επεισόδια. (β) Σε μεταγενέστερο στάδιο, τόσο η αξονική όσο και η μαγνητική τομογραφία μπορούν να δουν τις περιοχές κατεστραμμένου ιστού.

11 . In a Doppler Ultrasound system operating at 10 MHz we have a frequency resolution (i.e. the smallest frequency shift we can detect) of 00 Hz. Given that the velocity of blood in the vessels decreases as a function of total diameter of those vessels, what is the smallest vessel that can be seen with this Doppler system: arteries, arterioles, or capillaries? ssume that: Σε ένα σύστημα υπερήχων Doppler που λειτουργεί στα 10 MHz έχουμε μια διακριτική ικανότητα συχνότητας (δηλαδή η μικρότερη αλλαγή συχνότητας που μπορούμε να ανιχνεύσουμε) 00 Hz. Δεδομένου ότι η ταχύτητα του αίματος στα αγγεία μειώνεται ως συνάρτηση της συνολικής διαμέτρου των αγγείων αυτών, ποια είναι τα μικρότερα αγγεία που μπορεί να δει αυτό το σύστημα Doppler: αρτηρίες, αρτηρίδια, ή τριχοειδή αγγεία ; Υποθέστε ότι: The speed of the ultrasound in soft tissues is 1500 m/s. Η ταχύτητα των υπερήχων στους μαλακούς ιστούς είναι 1500 m/s. The diameter of the aorta is 1 cm and the average speed of blood in the aorta is 0.3 m/s. Η διάμετρος της αορτής είναι 1 cm και η μέση ταχύτητα του αίματος στην αορτή είναι 0.3 m/s. The diameter of smaller blood vessels decreases (arteries: 4 mm, arterioles: 30 μm, capillaries: 8 μm) but the number increases (arteries: 100, arterioles:.8x10, capillaries:.7x10 9 ). Η διάμετρος των μικρότερων αγγείων είναι μικρότερη (αρτηρίες: 4 mm, αρτηρίδια: 30 μm, τριχοειδή: 8 μm) αλλά ο αριθμός τους μεγαλώνει (αρτηρίες: 100, αρτηρίδια:.8x10, τριχοειδή:.7x10 9 ). The relationship between velocity and the total cross-sectional area of all the vessels of each type is: v 1 = v 0 0 / 1 Η σχέση μεταξύ της ταχύτητας και του συνολικού εμβαδού εγκάρσιας διατομής όλων των αγγείων ενός τύπου είναι: v 1 = v 0 0 / 1 v v 7 3 f fus v 15x10 m / s vus 1500 v x m s arteries arterioles aorta (10 ) x / 3 arteries (4x10 ) x100 v x m s capillaries aorta (10 ) x / arterioles (30x10 ) x.8x10 v x m s aorta (10 ) x / 9 capillaries (8x10 ) x.7x10 Τhis system can see the aorta and arteries but not arterioles and capillaries.