Projekti / Programi
Vpliv visokonapetostnih električnih pulzov na membranske proteine pri elektroporaciji
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
membranski proteini, napetostni ionski kanalčki, elektroporacija, modeliranje, simulacije molekularne dinamike, in vitro poskusi, celice oblikovane z genskim inženiringom
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
19722 |
dr. Tina Batista Napotnik |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
0 |
| 2. |
57379 |
Tina Cimperman |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2023 |
0 |
| 3. |
37507 |
dr. Janja Dermol Černe |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
0 |
| 4. |
38241 |
dr. Vid Jan |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
0 |
| 5. |
15675 |
dr. Tadej Kotnik |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
0 |
| 6. |
10268 |
dr. Damijan Miklavčič |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
0 |
| 7. |
35414 |
dr. Lea Rems |
Sistemi in kibernetika |
Vodja |
2020 - 2023 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Visokonapetostni električni pulzi se vse pogosteje uporabljajo v medicini, biotehnologiji in prehrambni tehnologiji, za doseganje začasnega povečanja prepustnosti membran bioloških celic. Električno polje sproži pojav, imenovan elektroporacija (ali elektropermeabilizacija), pri katerem v celični membrani nastanejo nanoskopske pore, ki omogočajo boljšo izmenjavo zunajceličnih in znotrajceličnih molekul. Večina terapij, ki temeljijo na elektroporaciji, neposredno ali posredno cilja na mišične in živčne celice. To so vzdražne celice, ki lahko generirajo in oddajajo električne signale, imenovane akcijski potenciali. Vzdražnost omogočajo specializirani membranski proteini, predvsem napetostni ionski kanalčki, ki se odpirajo ali zapirajo ob spremembah transmembranske napetosti, ter drugi ionski kanalčki in črpalke, ki uravnavajo generiranje akcijskega potenciala in poznejšo obnovo mirovnega potenciala. Čedalje več eksperimentalnih rezultatov kaže, da lahko visokonapetostni električni pulzi vplivajo na napetostne ionske kanalčke. Vendar je to področje slabo raziskano in pušča odprta vprašanja, kot so: Kako električni pulzi vplivajo na napetostne kanalčke na molekularni ravni? Pod kakšnim razponom parametrov pulzov pride do sprememb v strukturi in funkciji kanalčkov? Kakšne so posledice teh sprememb? Vse večji interes za uporabo visokonapetostnih električnih pulzov za vnos DNK v mišične in nevronske celice ter za ablacijo srčne mišice in možganskih tumorjev z ireverzibilno elektroporacijo zahteva poglobljene raziskave, ki bodo raziskale kako električni pulzi vplivajo na ionske kanalčke in kakšno vlogo imajo ti vplivi pri izidu zdravljenja. V tem projektu bomo razvili razumevanje kako se napetostni ionski kanalčki odzovejo na izpostavitev visokonapetostnim električnim pulzom na molekularni ravni in kako prispevajo k večji prepustnosti membrane ter drugim učinkom, povezanih z elektroporacijo. To bomo storili na sistematičen način, ki bo združeval računalniške simulacije in eksperimente z biološkimi celicami, oblikovanimi z genskim inženiringom. Z uporabo atomističnih in grobozrnatih simulacij molekularne dinamike bomo napovedali in raziskali elektrokonformacijske spremembe posameznih ionskih kanalčkov ter spremembe v interakcijah med različnimi kanalčki ter interakcije med kanalčki in lipidi v celični membrani. Raziskali bomo sposobnost celice, da ustvari akcijski potencial pri različnih parametrih električnih pulzov, z uporabo celične linije, ki izraža minimalni komplement natrijevih in kalijevih kanalčkov, ki je potreben za generacijo akcijskega potenciala. Razjasnili bomo, kako prisotnost ali odsotnost izbranega tipa napetostnih kanalčkov, na primer kalcijevih kanalčkov, vpliva na odziv celice na električne pulze tako, da bomo te kanalčke izrazili v gostiteljskih celicah. Ker pri uporabi elektroporacije za različne namene uporabljamo različne parametre električnih pulzov, bomo pri raziskavi dali poseben poudarek na vpliv teh parametrov. Rezultati našega projekta bodo zelo pomembni za terapije, ki temeljijo na elektroporaciji in ciljajo vzdražne celice, vključno z gensko terapijo, DNA cepivi, ablacijo srčne mišice za zdravljenje aritmij in ablacijo možganskih tumorjev. Rezultati bodo pomembni tudi za druga zdravljenja, pri katerih je elektroporacija vzdražnih celic neželen stranski učinek, na primer pri elektrokemoterapiji in ireverzibilni elektroporaciji različnih tumorjev. Rezultati bodo nadalje pomembni za uporabo elektroporacije pri nevzdražnih celicah, ki izražajo napetostne kanalčke, vključno z rakavimi celicami in matičnimi celicami. Nenazadnje bo ta projekt pomemben tudi s stališča temeljnih biofizikalnih raziskav, saj bo razvil razumevanje, kako lahko zunanja električna polja modulirajo delovanje različnih membranskih proteinov.
