Projekti / Programi
Celična in tkivna elektrotehnika
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T115 |
Tehnološke vede |
Medicinska tehnologija |
| T190 |
Tehnološke vede |
Elektriško inženirstvo |
| B001 |
Biomedicinske vede |
Splošne biomedicinske vede |
električna stimulacija, elektroterapija, elektroporacija, elektrokemoterapija, numerična dozimetrija, neoplazem, diabetes, prekrvitev, oksigenacija, kronične rane
Raziskovalci (13)
Organizacije (1)
Povzetek
Celice in tkiva se odzivajo na fizikalne dražljaje, med katere sodijo tudi elektromagnetna polja. Odziv je odvisen od parametrov polja, od lastnosti celice oz. tkiva in od drugih dejavnikov, kot so npr. temperatura, gostota celic, njihova medsebojna povezanost ipd. Z električnim tokom lahko izzovemo kontrakcijo mišic in aktiviramo živce. Na teh dvehspoznanjih temelji uporaba električnih tokov v fizikalni medicini in klinični rehabilitaciji. Funkcionala električna stimulacija je prinesla sloves ljubljanskih raziskovalnih skupin v svetu (Ljubljanska šola funkcionalne električne stimulacije). Uporabo električnih tokov v medicini smo razširili na področje terapije. Elektroterapija je naprimer še vedno edino učinkovito sredstvo za prekinitev ventrikularne fibrilacije srca; mi pa smo elektroterapijo razširili še na zdravljenje tumorjev in pospeševanje celjenja kroničnih ran.Biološka celica se v električnem polju odziva glede na jakost, smer in časovni potek polja. Celica se v električnem polju premika, orientira, vrti, pri dovolj veliki električni poljski jakosti pa pride do elektroporacije. Elektroporacija je pojav, ki ima za posledico povečano prepustnost plazmaleme (permeabilizacija) ali fuzijo več stikajočih se celic.Osnovni cilj predlaganega raziskovalnega programa je študij vpliva električnih tokov in elektromagnetnih polj na celice in tkiva v in vitro in in vivo pogojih. Na celičnem nivoju se bomo predvsem posvetili preučevanju povečanja prepustnosti plazmaleme v električnem polju z dovolj veliko električno poljsko jakostjo; pojava, ki so ga v literaturi poimenovali elektroporacija. Preučevali bomo vpliv različnih električnih parametrov (amplituda, trajanje in število impulzov, frekvenca, oblike impulzov) na odziv posamičnih celic v suspenziji in 2D tkivnih modelov. S ciljem pridobivanja temeljnih vedenj o interakciji celic z električnim tokom in elektromagnetnimi polji bomo preučevali njihovo odvisnost od drugih vplivnostnih parametrov. Vse uporabljene eksperimentalne sisteme bomo natančno ovrednotili s pomočjo numerične dozimetrije in teoretičnih izračunov porazdelitve električnega toka, elektromagnetnega polja in električne energije.Na nivoju tkiv v in vivo pogojih bomo preučevali vpliv električnega toka na prekrvitev in oksigenacijo tkiva, kot enega izmed najpomembnejših dejavnikov in pokazateljev metaboličnih dogajanj v opazovanem tkivu. Uporabili bomo najnovejše minimalno invazivne in neinvazivne optične metode za določanje in spremljanje parametrov prekrvitve in oksigenacije tkiv. Vse poskuse bomo podprli z numeričnimi izračuni tokovne gostote v tkivu, meritve z optičnimi metodami pa z numeričnimi izračuni razširjanja svetlobe v različnih tkivih.Za izvedbo programa bomo uporabljali najnovejše dostopne merilne tehnike in jih oplemenitili z lastnim sistemsko-inženirskim znanjem.
Pomen za razvoj znanosti
Elektroporacija in elektrofuzija sta zaradi svoje preprostosti in izjemne učinkovitosti čedalje pogosteje uporabljeni metodi v biotehnologiji in medicini. V medicini se vse bolj uveljavlja elektrokemoterapija, kot nov pristop v zdravljenju raka. V bližnji prihodnosti bo prav gotovo igrala pomembno vlogo tudi elektrogenska terapija za zdravljenje različnih bolezni, katerih vzrok so somatične mutacije. Elektroporacija nudi kar nekaj prednosti pred ostalimi načini vnosa genetskega materiala v celico. Veliko zanimanja pa vzbujajo tudi somatični hibridi, ki jih omogoča elektrofuzija. Take hibride lahko uporabljamo za sintezo humanih monoklonalnih protiteles, predstavljajo pa tudi potencialen pristop v zdravljenju in preučevanju bolezni.Raziskave, podprte s teoretičnimi modeli in numeričnimi izračuni na mikro in makro nivoju so nas uvrstile med vodilne raziskovalne skupine, ki delajo na področju elektroporacije. Numerični izračuni električnega polja za in vivo elektroporacijo, uporaba cisplatina v elektrokemoterapiji in uporaba elektrokemoterapije v rezistenci so pomembni in priznani dosežki, ki so že pripomogli k razvoju elektrokemoterapije v svetu. V svetu so v razmahu tudi raziskave na področju elektrogenske terapije in in vivo genske transfekcije. Naši numerični izračuni porazdelitve električnega polja v tkivu bodo pripomogli k razlagi eksperimentalnih rezultatov in vrednotenju le-teh.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvoj in uvajanje novih načinov zdravljenj z uporabo električnih tokov, razvoj in uvajanje najnovejših merilno diagnostičnih metod v slovenski prostor, razvoj inštrumentacije.Specifični cilji:- optimizacija električnih parametrov elektrokemoterapije tumorjev,- študij vpliva elektrod in izdelava elektrod za učinkovito elektrokemoterapijo,- razvoj in izdelava prototipa za klinično elektrokemoterapijo,- ovrednotenje vpliva električne stimulacije na celjenje kroničnih ran,- razvoj ekspertnega sistema za napovedovanje poteka celjenja kroničnih ran,- ovrednotenje vpliva električne stimulacije na izboljšanje prekrvitve in oksigenacije tkiva pri bolnikih s perifernimi vaskularnimi boleznimi, npr. diabetes,- izboljšanje protokolov za električno stimulacijo celjenja kroničnih ran,- izboljšanje protokolov in prognostike v radioterapiji z merjenjem prekrvitve in oksigenacije tumorjev in induvidualizacijo terapije.Izpolnitev specifičnih ciljev bo služilo vpeljavi učinkovitejših in v nekaterih primerih cenejših terapevtskih pristopov, kar bo imelo za posledico izboljšanje terapevtskih metod in zmanjšanje stroškov zdravljenja. Izdelava inštrumentacije za klinično elektrokemoterapijo in pripadajočih elektrod pa potencialno predstavlja tudi industrijski proizvod. Najnovejša lastna in svetovna dognanja sproti prenašamo v vzgojno-izobraževalni proces tako na dodiplomskem, kot tudi na podiplomskem študiju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
