Če celico izpostavimo električnemu polju ustrezne jakosti in trajanja, pride do povečanja prepustnosti celične membrane. Ta pojav imenujemo elektroporacija, ki 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, med njimi tudi kemoterapevtike in DNK. Pri vseh aplikacijah elektroporacije je potreben neposreden stik med elektrodami in tretirano snovjo, to je bodisi preko ploščatih elektrod, ki objamejo tkivo ali preko invazivnih elektrod, ki so vstavljene v tkivo. Uporaba invazivnih elektrod, kot npr. igelnih elektrod, ki so najučinkovitejše pri elektroporaciji različnih tkiv, povzroča tudi številne nevšečnosti, ki so skupne vsem invazivnim postopkom, npr. potrebo po zagotavljanju sterilnosti in morebitne rane, ki jih povzročijo vbodi elektrod. Poleg tega se pojavijo dodatni neželeni učinki tudi zaradi uporabe električnih pulzov.

Nedavno je bila predlagana nova metoda permeabilizacije celične membrane s pulzirajočim elektromagnetnim poljem. Pulzirajoče elektromagnetno polje inducira povečano prepustnost celične membrane podobno kot običajna elektroporacija, le da se električno polje vzpostavi neinvazivno preko časovno sprejemljivega magnetnega polja. Trenutno je električno polje, ki ga inducira časovno spremenljivo magnetno polje, v primerjavi z električnim poljem, ki se vzpostavi pri običajni elektroporaciji za reverzibilno elektroporacijo membrane, nižje za več redov velikosti. Posledično je učinkovitost pulzirajočega elektromagnetnega polja nižje od običajne elektroporacije. Kljub temu so rezultati različnih študij pokazali, da je povečana prepustnost membrane s pulzirajočim elektromagnetnim poljem možna tako v pogojih in vitro kot tudi in vivo, kjer je elektromagnetno polje posredovalo pri vnosu majhnih molekul v celice kot tudi večjih funkcionalnih molekul.

Zaradi neznane odvisnosti pulzirajočega elektromagnetnega polja od permeabilizacije celične membrane je potrebno nadaljevati z raziskavami vpliva dovedenega elektromagneta polja na celice in tkiva. Predlagani projekt je prvi poskus sistematičnega raziskovanja pojava permeabilizacije celične membrane z uporabo pulzirajočih elektromagnetnih polj s pomočjo in vitro in in vivo poskusov v kombinaciji s teoretično in numerično analizo. V projektu bomo raziskali vpliv različnih parametrov magnetnih pulzov na celično membrano, razvili nove aplikatorje magnetnih pulzov in raziskali možnost vnosa funkcionalnih molekul v celice z uporabo pulzirajočega elektromagnetnega polja.

V projektu bomo najprej določili tako magnetno kot električno polje, ki se vzpostavi v celičnih suspenzijah in v tkivih med aplikacijo pulzirajočega elektromagnetnega polja. Določili ju bomo s pomočjo numeričnega modela, ki ga bomo zgradili iz geometrije aplikatorja in tretiranega objekta, tj. celična suspenzija ali tkivo. Osredotočili se bomo na razvoj novih geometrij aplikatorjev magnetnih pulzov. Ovrednotili bomo različne geometrijske razporeditve tuljav aplikatorjev, ki se uporabljajo v poskusih in vitro, pa tudi za in vivo. Ko bomo nove geometrije tuljav preizkusili v numeričnem modelu, bomo najprimernejše tudi izdelali in uporabili v in vitro in in vivo poskusih v nadaljevanju projekta. Ocenili bomo permeabilizacijo celične membrane celičnih suspenzij izpostavljenih pulzirajočem elektromagnetnem polju in določili parametre magnetnih pulzov, s katerimi bomo dosegli največjo permeabilizacijo celic. Z uporabo teh parametrov magnetnih pulzov bomo izvedli vnos citotoksične spojine in nukleinskih kislin v celice. V zaključku projekta bomo analizirali in izboljšali protitumorsko učinkovitost pulzirajočega elektromagnetnega polja kot sistema za vnos zdravil s citotoksičnimi spojinami v tumorje miši in raziskali izvedljivost genske transfekcije za vnos majhnih in velikih molekul v tkiva in vivo z uporabo pulzirajočega elektromagnetnega polja.

SICRIS