Projekti / Programi
Elektroporacijske terapije z novimi visokofrekvenčnimi elektroporacijskimi pulzi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T115 |
Tehnološke vede |
Medicinska tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
Elektroporacija, elektroporator, visokofrekvenčni bipolarni električni pulzi, slikanje z magnetno resonanco, numerično modeliranje
Raziskovalci (14)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
37507 |
dr. Janja Dermol Černe |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
68 |
| 2. |
30022 |
Duša Hodžić |
Sistemi in kibernetika |
Tehnični sodelavec |
2018 - 2021 |
23 |
| 3. |
30687 |
dr. Bor Kos |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
179 |
| 4. |
29553 |
dr. Matej Kranjc |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
99 |
| 5. |
14574 |
dr. Mojca Urška Mikac |
Fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
150 |
| 6. |
10268 |
dr. Damijan Miklavčič |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
1.505 |
| 7. |
16355 |
dr. Aleš Mohorič |
Fizika |
Raziskovalec |
2019 - 2021 |
435 |
| 8. |
38115 |
dr. Eva Pirc |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2018 - 2020 |
38 |
| 9. |
25421 |
dr. Matej Reberšek |
Sistemi in kibernetika |
Vodja |
2018 - 2021 |
165 |
| 10. |
07925 |
Ana Sepe |
|
Tehnični sodelavec |
2018 - 2021 |
131 |
| 11. |
12056 |
dr. Igor Serša |
Fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
471 |
| 12. |
54223 |
Rok Šmerc |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2021 |
15 |
| 13. |
28490 |
dr. Jernej Vidmar |
Srce in ožilje |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
89 |
| 14. |
52747 |
dr. Angelika Vižintin |
Metabolne in hormonske motnje |
Raziskovalec |
2019 - 2021 |
34 |
Organizacije (2)
Povzetek
Več kot 10 000 bolnikov je bilo zdravljenih z elektroporacijskimi terapijami v več kot 150 bolnišnicah v Evropi po razvoju prve klinične naprave v letu 2006, primerljiva števila veljajo tudi za ZDA. Pravtako na svetu trenutno poteka na desetine kliničnih študij, ki obravnavajo elektroporacijske terapije.
Pri elektroporacijskih terapijah imajo elektroporacijski pulzi osnovno frekvenco 5 kHz ali manj. Tkiva v telesu imajo pri tej frekvenci velik impedančni razpon, zato je električno polje klasičnih elektroporacijskih pulzev v telesu izredno nehomogeno. Zaradi nehomogenega električnega polja znotraj telesa je učinek elektroporacijske terapije v telesu nehomogen in s tem terapija manj učinkovita. Elektroporacijske terapije tako zahtevajo obsežne numerične optimizacije, da pokrijemo celotno tretirano področje z zadostnim električnim poljem. Pri višjih frekvencah pulzov imajo tkiva v telesu manjši impedančni razpon in nedavne študije kažejo, da bi lahko bila elektroporacija tkiv s krajšimi visokofrekvenčnimi bipolarnimi elektroporacijskimi pulzi v telesu bolj homogena in da lahko z visokofrekvenčnimi elektroporacijskimi pulzi dosežemo učinkovito terapijo brez kontrakcije mišic.
Naša skupina redno spremlja razvoj komercialnih in laboratorijskih prototipnih elektroporacijskih naprav in ugotavlja, da je prvi problem področja visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov ta, da na trgu ni naprav za temeljito analizo visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov. Drugi problem se pojavi, ker so nekatere raziskovalne skupine neodvisno od raziskovalcev visokofrekvenčnih terapij ugotovile, da lahko visokofrekvenčni bipolarni elektroporacijski pulzi povzročijo učinek preklica. Zato bomo razvili novo prototipno elektroporacijsko napravo, ki bo generirala visokofrekvenčne monopolarne, bipolarne in asimetrične bipolarne elektroporacijske pulze dolžine od 100 ns do 1 ms, amplitude pulzov do 4 kV in ponavljalne frekvence pulzov do 5 MHz. Prvič bomo temeljito analizirali visokofrekvenčne elektroporacijske pulze in vitro in in vivo. Trenutni elektroporacijski modeli distribucije električnega polja v tkivu so stacionarni in sprememba impedance tkiva s frekvenco pulzov ni vključena. Razvili bomo nov model v frekvenčnem prostoru in vanj vključili frekvenčne lastnosti tkiva in tako bolj natančno določili porazdelitev električnega polja visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov v tkivu. Nedavne študije kažejo na prisotnost učinka preklica na področju visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov. Temeljito bomo analizirali področje parametrov elektroporacijskih pulzov in določili ekvivalentne parametre visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov glede na trenutno uporabljane klasične elektroporacijske pulze. Sistematično bomo analizirali ugotovitve, da se visokofrekvenčni elektroporacijski pulzi porazdelijo v tkivu bolj enakomerno kot klasični elektroporacijski pulzi, in sicer s posrednim opazovanjem porazdelitve električnega polja z magnetno resonančnim slikanjem. Pravtako bomo sistematično analizirali ugotovitve, da visokofrekvenčni elektroporacijski pulzi ne povzročajo mišične kontrakcije in bolečine, in sicer s kvantitativno oceno mišičnih kontrakcij in neprijetnih občutkov.
Pričakovani rezultati bi pomembno vplivali na razvoj sedanjih elektroporacijskih terapij in izboljšali pokritost celotnega zdravljenega področja z zadostnim električnim poljem. To bi najverjetneje povečalo učinkovitost terapije, zmanjšalo razpršenost rezultatov in poenostavilo načrtovanje zdravljenja. Pričakovani rezultati bi tudi zmanjšali krčenje mišic in vzbujanje živcev ter tako zmanjšali neprijetne občutke, premikanje tkiva in elektrod med terapijo ter povečali varnost elektroporacijskih terapij za zdravljenje blizu živcev.
Pomen za razvoj znanosti
Več kot 10 000 bolnikov je bilo zdravljenih z elektroporacijskimi terapijami v več kot 150 bolnišnicah v Evropi po razvoju prve klinične naprave v letu 2006, primerljiva števila veljajo tudi za ZDA. Pravtako na svetu trenutno poteka na desetine kliničnih študij, ki obravnavajo elektroporacijske terapije. Pričakovani rezultati bi pomembno vplivali na razvoj sedanjih elektroporacijskih terapij, ker bi izboljšali pokritost celotnega tretiranega področja z zadostnim električnim poljem, hkrati pa zmanjšuje poškodbe okoliškega tkiva. To bi najverjetneje povečalo učinkovitost terapije, zmanjšalo razpršenost rezultatov in poenostavilo načrtovanje zdravljenja. Pričakovani rezultati bi tudi zmanjšali krčenje mišic in vzbujanje živcev ter tako zmanjšali neprijetne občutke, premikanje tkiva in elektrod med terapijo ter povečali varnost elektroporacijskih terapij za zdravljenje blizu živcev. Nova metoda generiranja visokofrekvenčnih elektroporacijskih pulzov bo omogočala razvoj še ne razvitih kliničnih visokofrekvenčnih elektroporacijskih naprav. Nov model elektroporacije v frekvenčnem prostoru pa bo omogočil numerično načrtovanje zdravljenja v predkliničnih in kliničnih študijah. Ker so visokofrekvenčni elektroporacijski pulzi razmeroma neraziskano področje električnih parametrov, pričakovani rezultati prispevajo k temeljnemu razumevanju permeabilizacije celične membrane in tkiva. Pričakuje se tudi, da bodo te ugotovitve vplivale na razvoj sorodnih tehnologij, kot so krioprezervacija tkiv in predelava hrane. Z bolj homogeno distribucijo električnega polja v tkivu bi namreč lahko za kriopreservacijo človeških tkiv, rastlinske semenske plazme in hrane uporabili netoksične krioprotektante, ki običajno ne prehajajo preko celične membrane.
Pomen za razvoj Slovenije
More than 10 000 patients have been treated with electroporation-based treatments in more than 150 hospitals in Europe after the development of the first clinical device in 2006, comparable values are also for USA. Moreover, there are currently tens of clinical trials worldwide evaluating electroporation-based treatments ongoing. The expected results would significantly influence the development of current electroporation-based treatments because they would improve the coverage of the entire treatment area with sufficient electric field while minimizing the damage to the surrounding tissue. This will most likely increase the efficiency of the treatments, reduce the scattering of the results and simplify the treatment planning. The expected results would also reduce the muscle contractions and excitation of nerves and thus reduce the unpleasant sensations, movement of tissue and electrodes during the treatment, and improve the safety of treatments close to nerves. The new method for generating high-frequency electroporation pulses will enable the development of not yet developed clinical high-frequency electroporation devices. The new frequency-domain electroporation model will enable numerical treatment planning of pre-clinical and clinical studies. As high-frequency electroporation pulses are a relatively unexplored space of parameters, expected results will contribute to the fundamental understanding of the cell membrane and tissue permeabilization. It is also expected that these findings will influence the development of related technologies such as cryopreservation of tissues and food processing. With more homogeneous electric field distribution of the electroporation pulses in the tissue non-toxic cryoprotectants which normally do not cross the cell membrane could be used for cryopreservation of human tissues, plant germplasm, and food.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
