Tadej Kotnik: Elektroporacija – ko visoka napetost odpira vrata v celice

    Predavanje bo v torek 25. 4. 2006 ob 20:30 v Hiši eksperimentov.

    V celico in iz nje lahko prehajajo le tiste snovi, ki jim pot skozi celično membrano omogočajo specifični mehanizmi transporta. Posamezne vrste ionov in manjših molekul vstopajo v celico skozi proteinske kanale in črpalke v membrani, določene večje molekule pa z lipidnimi mehurčki (endocitotskimi vezikli), ki nastajajo z uvihanjem membrane. Molekule, za katere tak specifičen mehanizem transporta ne obstaja, v fizioloških razmerah praktično ne morejo skozi membrano. To omeji uporabnost mnogih zdravil, katerih delovanje v notranjosti celice je sicer zelo učinkovito.

    Ena od uspešnejših metod umetnega povečanja prepustnosti membrane je kratkotrajna izpostavitev celice dovolj močnemu električnemu polju. Takšna izpostavitev privede do izrazitega povečanja prepustnosti membrane, ki mu pravimo elektropermeabilizacija oziroma elektroporacija. Strogo gledano pojma nista sopomenki, saj se prvi nanaša na povečanje prepustnosti nasploh, drugi pa privzema, da je to povečanje posledica nastanka por v lipidnem dvosloju membrane. Slednja razlaga se je v zadnjih dveh desetletjih uveljavila zaradi svoje teoretične podprtosti, njej v prid pa govorijo tudi najnovejše simulacije molekularne dinamike lipidnih dvoslojev. Tako danes večina avtorjev piše in govori le še o elektroporaciji.

    Če električno polje ni premočno in ne traja več kot nekaj milisekund, se po tem prepustnost membrane postopoma zniža na začetno raven, celice pa ohranijo svoje fiziološko delovanje; pravimo, da je bila elektroporacija reverzibilna. Povišanje prepustnosti nastopi že v nekaj mikrosekundah, okrevanje pa je mnogo počasnejše in se popolnoma zaključi šele po več sekundah ali celo minutah.

    V času povišane prepustnosti membrane je mogoč vnos najrazličnejših učinkovin v celico. Manjše molekule vstopajo z difuzijo, k pretoku ionov in električno nabitih molekul, predvsem večjih (npr. DNA in proteinov), pa v času delovanja električnega polja pomembno prispeva tudi vlečna (elektroforetska) sila, ki jo ustvarja električno polje. Uporaba elektroporacije za vnos snovi v celico sega danes od temeljnih raziskav v biokemiji in molekularni biologiji, prek uporabnih raziskav v biotehnologiji in farmaciji, do predklinične in klinične uporabe v onkologiji in genski terapiji. Kombinacija elektroporacije in kemoterapevtikov (elektrokemoterapija) se je izkazala kot zelo uspešna metoda zdravljenja kožnih in podkožnih tumorjev in se že uveljavlja v kliničnem okolju. Uporaba elektroporacije za vnos DNA (elektrogenska terapija) je še v predklinični fazi, a so tudi tukaj rezultati zelo vzpodbudni in obetajo ponovljivo, predvsem pa varnejšo alternativo genski transfekciji z virusnimi vektorji.

    doc. dr. Tadej Kotnik
    Fakulteta za elektrotehniko :: Laboratorij za biokibernetiko
    http://lbk.fe.uni-lj.si/tadej_si.html