Elektroporacija je pojav do katerega pride, če biološko celico izpostavimo visokonapetostnemu električnemu polju, ki začasno permeabilizira celično membrano. Ključna aplikacija, ki temelji na elektroporaciji, je elektrokemoterapija (EKT), ki z uporabo visokonapetostnih električnih pulzov izboljšuje vnos kemoterapevtika v tumorske celice, ki so tako enostavneje uničene. EKT lahko uporabljamo za zdravljenje globoko ležečih metastaz (npr. v jetrih, kosteh, možganih, mehkih tkivih) z uporabo dolgih individualnih igelnih elektrod. Za zdravljenje globoko ležečih tumorjev je potrebno bolniku prilagojeno načrtovanje zdravljenja, ki temelji na gradnji 3D modela z uporabo algoritmov razgradnje (segmentacije) in gradnje 3D modela ključnih tkiv. Izvedli smo implementacijo treh algoritmov za avtomatsko razgradnjo jeter: rast regij, adaptivno upragovljenje in aktivne krivulje (kače). Algoritme smo optimizirali z uporabo slik sedmih bolnikov, ki jih je ročno razgradila radiologinja in so služile kot učna množica za algoritme. Nato smo optimizirane algoritme validirali na slikah štirih dodatnih bolnikov, ki jih je ročno razgradila radiologinja in niso bili del učne množice. Poleg zdravljenja z uporabo EKT lahko te algoritme uporabimo kjerkoli potrebujemo avtomatsko razgradnjo jeter.
COBISS.SI-ID: 10019668
Sistematični pregled literature ima dva namena: zbrati trenutno znanje o klinični učinkovitosti elektrokemoterapije, tj. visoko učinkoviti metodi za zdravljenje kožnih in podkožnih tumorjev, in preučiti razlike v učinkovitosti elektrokemoterapije glede na tip tumorja (melanomi, karcinomi ali sarkomi), uporabljen kemoterapevtik (bleomicin ali cisplatin) in način njegovega injiciranja (intratumorsko ali intravensko). Sistematični pregled literature smo izvedli v naslednjih korakih: oblikovanje raziskovalnega vprašanja, sistematično iskanje literature v bibliografskih bazah, izbor ustreznih kliničnih študij in izpis kliničnih podatkov, ocenitev tveganja pristranskosti in statistična analiza kliničnih podatkov s splošnimi statističnimi metodami ter z meta-analizo. V sistematični pregled je bilo vključenih 44 kliničnih študij, ki vsebujejo rezultate elektrokemoterapije za 1894 tumorjev. Analiza kliničnih podatkov je potrdila, da ima elektrokemoterapija višjo učinkovitost (za več kot 50 %) v primerjavi z zdravljenjem s samo bleomicinom ali cisplatinom, torej brez dovedenih pulzov (p ( 0,001). Učinkovitost elektrokemoterapije je višja za intratumorsko kot intravensko doveden bleomicin (p ( 0,001 za delež popolnih odzivov, p = 0,028 za delež popolnih in delnih odzivov). Če dovedemo bleomicin ali cisplatin intratumorsko, ni zaznati razlik v učinkovitosti elektrokemoterapije. Elektrokemoterapija je bolj učinkovita na sarkomih kot melanomih ali karcinomih. Sistematični pregled daje nov pogled na učinkovitost elektrokemoterapije. Rezultate lahko uporabimo za napoved odziva tumorjev na zdravljenje z elektrokemoterapijo glede na različne pogoje zdravljenja. Rezultate bi bilo potrebno upoštevati pri prenovi in izpopolnitvi standardnih postopkov za zdravljenje tumorjev z elektrokemoterapijo.
COBISS.SI-ID: 9569364
Elektrozlivanje je učinkovita metoda za zlivanje celic z uporabo kratkih visokonapetostnih električnih pulzov. Kadar pa se celice, ki jih zlivamo, močno razlikujejo v velikosti, postane izplen zlitih celic zelo majhen. Če namreč uporabljamo konvencionalne pulze z dolžinami v področju mikrosekund, je obsežnost elektroporacije (in posledično fuzogenosti membran) sorazmerno pogojena z radijem celic. V prispevku predlagamo nov in inovativen pristop za zlivanje celic, ki temelji na uporabi krajših, nanosekundnih (ns) pulzov. S pomočjo numeričnih izračunov prikažemo, da lahko z ns pulzi dosežemo selektivno elektroporacijo membran zgolj na področju stika med celicami (torej tarčnega mesta za elektrozlivanje) ne glede na velikost celic. Na podlagi eksperimentov na celicah B16-F1 in CHO pa pokažemo, da lahko z ns pulzi dosežemo zlivanje enako velikih in različno velikih celic tudi v praksi. Skladno z rezultati pričakujemo, da je z uporabo ns pulzov mogoče izboljšati izplen zlitih celic pri zlivanju različno velikih celic, kot naprimer mielomskih celic in limfocitov B v hibridomni tehnologiji.
COBISS.SI-ID: 10300500
Filogenetske raziskave kažejo, da je horizontalni prenos genov (HGT) pomembno prispeval h genetski raznolikosti prokariotskih organizmov, morda še posebej v zgodnji evoluciji. Trije biokemični mehanizmi takega prenosa – bakterijska konjugacija, naravna kompetenca za vnos DNA in virusna transdukcija – so dobro znani in predmet številnih raziskav. Ta pregledni članek obravnava možnost obstoja četrtega, povsem fizikalnega mehanizma – prenosa DNA med organizmi zaradi njihove elektroporacije ali elektrofuzije, ki jo povzroči udar nevihtne strele v njihovo življenjsko okolje. Opisu elektroporacije kot pojava sledi pregled eksperimentalnih dokazov, da lahko elektroporacija prokariotov v vodnem okolju privede do izlitja nedenaturirane DNA, pa tudi do vnosa DNA iz okolice in transformacije. Na podoben način je elektrofuzija najprej opisana kot pojav, sledi pa opis poizkusov, s katerimi so dokazali elektrofuzijo prokariotov brez celične stene v hibridne organizme, ki izražajo gene obeh prekurzorjev. Pri ustrezno izbranih parametrih električnih pulzov in eksperimentalnih pogojih sta elektroporacija in elektrofuzija učinkoviti metodi umetne transformacije oziroma hibridizacije, a v članku razvita kvantiativna analiza pokaže, da so pogoji za izlitje DNA zaradi elektroporacije, za vnos DNA in transformacijo, pa tudi za elektrofuzijo prisotni tudi v naravnih vodnih okoljih, ki jih dosežejo nevihtne strele. Elektroporacija je tako fizikalno realen mehanizem naravnega HGT med prokarioti, ki je lahko deloval tudi v zgodnji evoluciji, ko biokemični mehanizmi še niso obstajali. Sodobni prokarioti so naravno le redko brez celične stene, a je mogoče domnevati, da je tudi stena rezultat evolucije, pred tem pa bi tudi elektrofuzija lahko prispevala k naravnemu HGT. V zaključnem poglavju so orisane smernice za nadaljnje znanstveno preizkušanje hipoteze o naravnem HGT, ki ga sproži udar nevihtne strele.
COBISS.SI-ID: 9931348
Elektroporacija (EP) je fizikalna metoda za dostavo molekul v celice in tkiva, kar vključuje tudi kožo. Z namenom kontroliranja dermalnega in transdermalnega vnosa smo v študiji ovrednotili vnos ob uporabi električnih pulzov različnih amplitud. Razvili smo sistem za sledenje dermalnega in transdermalnega vnosa in vivo v realnem času, ki uporablja fluorescentno označene molekule. Električne pulze amplitude med 70 in 570 V smo kožnemu tkivu miši dovedli preko niza neinvazivnih paličastih elektrod, pri čemer so bili pulzi dovedeni vedno med enim parom elektrod. Pred in po elektroporaciji amo na kožo namestili obliže prepojene z dekstrani (označeni z fluorescein-isothiocyanate) velikosti 4 kDa (FD), doksorubicinom (DOX) ali fentanilom (FEN). Sistem spremljanja je temeljil na vnosu FD v in preko kože. Količina FD je bila določena s fluorescenčno mikroskopijo tretiranega območja za določitev vnosa v kožo in v segmentu repa za določitev sistemskega vnosa. Uporaba električnih pulzov za dostavo FD je uspešno povečala transdermalni vnos. Le-ta je do amplitude 360 V naraščal, in se ponovno zmanjšal pri uporabi pulzov amplitud med 460 in 570 V. Vnos v kožo je z višanjem amplitude pulzov naraščal in je bil celo višji kot pri pozitivni kontroli – odstranitvi dela rožene plasti z lepilnim trakom. Z neinvazivnim spremljanjem vnosa fluorescentnega kemoterapevtika DOX v in preko kože smo rezultate kvalitativno in kvantitativno potrdili pri amplitudah 360 in 570 V. Prav tako smo pri omenjenih dveh amplitudah pulzov potrdili učinke elektroporacije z vnosom FEN, ob opazovanju in merjenju fizioloških odzivov miši in koncentracije FEN v plazmi. Študija je pokazala, da s spreminjanjem amplitude električnih pulzov dovedenih preko niza neinvazivnih paličastih elektrod lahko kontroliramo količino zdravila dovedenega v in preko kože. Nadalje smo pokazali, da lahko razviti sistem za spremljanje v realnem času uporabljamo tako za določitev vnosa v kožo, kot tudi preko nje, če pri tem uporabljamo fluorescentno označene molekule.
COBISS.SI-ID: 1617019