Projekti / Programi
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T190 |
Tehnološke vede |
Elektriško inženirstvo |
elektroporacija, elektropermeabilizacija, neoplazmi, genska terapija, metoda končnih elementov, elektrode, medicinska oprema, elektroterapija, elektrokardiogram, pretok krvi in oksigenacija tumorjev, biološki signali, obdelava signalov, dezinfekcija vode
Raziskovalci (26)
Organizacije (1)
Povzetek
Če celico izpostavimo električnemu polju ustrezne jakosti in trajanja, pride do povečanja prepustnosti celične membrane. Ta pojav imenujemo elektroporacija oz. elektropermeabilizacija. Če je elektroporacija reverzibilna, jo lahko s pridom izkoristimo za vnos molekul v celico, ki drugače ne morejo ali slabo prehajajo skozi membrano. Z elektroporacijo lahko v celice v pogojih in vitro ali in vivo vnesemo zdravilne učinkovine, kemoterapevtike ali DNK.
Kombinacija elektroporacije in kemoterapevtikov (elektrokemoterapija) omogoči povečanje učinkovitosti protitumorskega delovanja kemoterapevtikov. Z napravo Cliniporator, pri razvoju katere smo sodelovali v 5. okvirnem programu EU, lahko trenutno zdravimo predvsem kožne in podkožne tumorje. Da bi bilo mogoče zdraviti tudi tumorje v notranjosti telesa, bodisi med operativnimi posegi ali z endoskopskimi elektrodami, razvijamo sistem za sinhronizacijo dovajanja pulzov s signalom EKG za vgradnjo v nove generacije elektroporatorjev. Tak sistem, ki bo omogočil varno dovajanje pulzov izven občutljive faze EKG, preizkušamo v sodelovanju z Onkološkim inštitutom.
V pripravi so standardni postopki zdravljenja z elektrokemoterapijo. Postavili smo podatkovno bazo in spletno zasnovan sistem za vnašanje podatkov o kliničnih rezultatih elektrokemoterapije z namenom čim hitrejše uveljavitve terapije in izmenjave izkušenj med klinikami v Evropi.
Elektroporacija omogoča tudi ponovljiv nevirusni način vnosa DNK. To metodo (elektrogensko transfekcijo) odlikuje stabilna genska ekspresija v pogojih in vivo, s tem pa predstavlja učinkovito in varnejšo alternativo virusnim vektorjem. Učinkovitost metode izboljšamo, če kratkim visokonapetostnim pulzom, ki povzročijo elektroporacijo, sledijo daljši pulzi nižje napetosti, ki ustvarijo elektroforetsko vlečno silo za vstop DNK v celico. Prototip, ki omogoča takšno kombinacijo pulzov, smo razvili v okviru evropskega projekta Cliniporator, sedaj pa ga preverjajo v pogojih in vivo na eksperimentalnih živalih.
Elektroporacijski pulzi vplivajo na pretok krvi in posledično na oksigenacijo v poriranem delu tkiva. Ta vpliv ter posledice za učinkovitost elektrokemoterapije in elektrogenske terapije raziskujemo v sodelovanju z Onkološkim inštitutom v Ljubljani .
Pri doseganju čim učinkovitejše elektroporacije si lahko pomagamo s spremljanjem procesa elektroporacije v realnem času. Prevodnost tkiva ali goste celične suspenzije se namreč med elektroporacijo poveča za nekaj odstotkov, natančna vrednost pa je odvisna od prevodnosti zunajceličnine ter prostorninskega deleža celic. Elektroporatorji, ki bodo ob detekciji elektroporacije prilagodili parametre dovedenih električnih pulzov, bodo predstavljali bistven tehnološki napredek.
Ireverzibilno elektroporacijo lahko uporabimo za dezinfekcijo vode in netermično konzerviranje tekoče hrane. Kombinacija različnih metod dezinfekcije vode (kloriranje, segrevanje ali obsevanje z UV svetlobo) z elektroporacijo izboljša učinek in omogoči znižanje količin kemičnih dodatkov, kar zmanjša tudi onesnaževanje okolja.
Eno izmed pomembnih področij raziskav je tudi razvoj modelov porazdelitve električnega polja in tokovne gostote v tkivu, izpostavljenem visokonapetostnim elektroporacijskim pulzom. Takšni modeli omogočajo načrtovanje terapije (izbor elektrod in njihovo postavitev), ki v elektrokemoterapiji doseže poracijo celotnega tumorja, v genski transfekciji pa čim večjo prostornino tkiva, kjer je presežen prag reverzibilne, ne pa tudi prag ireverzibilne elektroporacije. Pri razvoju teh modelov upoštevamo realno tridimenzionalno geometrijo elektrod in tkiva ter spremembe pasivnih električnih lastnosti tkiva zaradi elektroporacije membran in morebitnega segrevanja tkiva.
Pomen za razvoj znanosti
Vsebina raziskovalnega programa tudi trenutno sodi med najaktualnejše teme na področju znanosti in tehnologije. Nove oblike zdravljenja raka (elektrokemoterapija), razvoj nevirusnih oblik vnosa genskega materiala v celice za zdravljenje dednih in pridobljenih bolezni so zajete med prioritetami za raziskave in razvoj v številnih dokumentih EU. Uporaba elektroporacije v elektrokemoterapiji je že postaja uveljavljena metoda zdravljenja rakavih obolenj, mnoga ugledna imena svetovne znanosti pa omenjajo elektroporacijo kot metodo prihodnosti tudi na področju genske terapije, saj je učinkovita, za razliko od vnosa z virusnimi vektorji pa tudi varna. V programu je bil poudarek na razvoju metodologije in inštrumentacije za učinkovito elektroporacijo. S ciljem razvoja končnih izdelkov - inštrumentov za elektroporacijo (za elektrokemoterapijo in elektrogensko terapijo) - je program vključeval številne osnovne raziskave, ki so hkrati omogočile razširitev in poglobitev znanja in razumevanja elektroporacije na nivojih od celične membrane do tkiva.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati, do katerih smo prišli v programu, omogočajo prenos novih metod, znanja in postopkov v slovensko znanstveno-raziskovalno, akademsko in podjetniško okolje. Celovit razvoj inštrumentacije in metodologije z vsemi podpornimi raziskavami na področju elektroporacije ima vrsto "stranskih proizvodov", ki v veliki meri prispevajo k trajnostnemu družbeno-ekonomskemu razvoju. V prvi vrsti je to razvoj vrhunskega kadra, ki je imel pri raziskavah v okviru programa odlične možnosti za usposabljanje za najrazličnejše razvojne naloge. Vpetost programa v dejavnosti različnih mednarodnih projektov je omogočila tudi številna usposabljanja in izobraževanja naših raziskovalcev v tujini na področjih, za katere doma ni ustreznih zmogljivosti in s tem za prenos tujega znanja v Slovenijo. Program je odlikovala tudi uravnotežena udeležba raziskovalk in raziskovalcev, kar je v skladu s priporočili Komisije za uveljavitev vloge žensk v znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
