Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Elektroporacja jest zjawiskiem, które umożliwia efektywny transport cząsteczek do wnętrza komórek. To proces często stosowany w kosmetologii, np. do usuwania trądziku lub blizn. Biologom elektroporacja najczęściej kojarzy się z transformacją komórek, czyli wprowadzaniem do nich materiału genetycznego. Istnieje jednak znacznie więcej możliwości aplikacji procesu elektroporacji, a na szczególną uwagę zasługuje zastosowanie w leczeniu chorób nowotworowych.

Elektroporacja jest niczym innym jak wykorzystaniem pola elektrycznego do tworzenia kanałów o hydrofilowym wnętrzu i średnicy około 1-10 nm w strukturze błony komórkowej. Pole elektryczne przykładane jest w postaci impulsów o określonym napięciu i czasie trwania.

Cechy te warunkują efektywność transportu cząsteczek w zależności od ich rodzaju. Odpowiednio dobrane parametry są niezwykle istotne w aspekcie odwracalności procesu dezorganizacji lipidów, który zapewnia powstanie kanałów.

Do przeprowadzenia procesu elektroporacji wykorzystuje się urządzenia zwane elektroporatorami. W ich budowie wyróżnia się dwa podstawowe elementy:

  • źródło napięcia (moduł generujący prostokątne impulsy prądowe)
  • przystawka do elektroporacji.

W badaniach laboratoryjnych wykorzystuje się przystawki do kuwet jednorazowych lub przystawki przeznaczone do elektroporacji na płytkach hodowlanych.

Zjawisko elektroporacji znalazło zastosowanie w aspekcie transportu leków do wnętrza komórk. Szczególnym i jakże współczesnym przykładem tego typu aplikacji jest chemioterapia nowotworów. W tym przypadku docelowe działanie cytostatyków ma ogromne znaczenie dla efektywności terapii tej grupy śmiertelnych chorób.

Tradycyjne metody podania leków (dożylnie, domięśniowo, doustnie) znacznie ograniczają ich działanie, głównie z powodu wykształconych w komórkach mechanizmów lekooporności, struktury nowotworu i tkanek wokół niego, jak również z powodu specyficznej budowy chemicznej samego leku.

Stworzenie alternatywnej drogi dostarczenia leku do komórek poprzez wytworzenie impulsów elektrycznych stanowi istotny postęp w podejściu terapeutycznym w onkologii. Efektywność elektrochemioterapii potwierdza się obecnie zarówno na poziomie in vitro, jak i in vivo.

Zjawisko elektroporacji zostało z powodzeniem wykorzystane na zwierzęcych modelach, jak również w badaniach klinicznych dotyczących terapii raka płaskonabłonkowego, czerniaka czy też raka wątroby. Najczęściej badanymi w kontekście elektrochemioterapii związkami są bleomycyna i cis-platyna.

Wyniki badań grupy naukowców z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu opublikowane na łamach czasopisma „Bioelectrochemistry” dowodzą, że elektroporacja zwiększa również efektywność dostarczenia doksorubicyny w przypadku lekoopornych hodowli komórek gruczolakoraka przewodu pokarmowego. Ten typ raka wykrywany jest stosunkowo późno, co dodatkowo wskazuje na istotność skutecznego leczenia.

– Badania przeprowadzone na liniach komórkowych gruczolakoraka jelita grubego oraz żołądka wykazały, że zastosowanie elektroporacji celem dostarczenia do komórek doksorubicyny powoduje znacznie silniejsze zmiany w ultrastrukturze  komórek linii opornych na doksorubicynę, w porównaniu do komórek wrażliwych, na stosowany cytostatyk - mówi współautorka badań, dr n. med. inż. Anna Choromańska, adiunkt w Katedrze i Zakładzie Biochemii Lekarskiej Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu. – Co więcej, badana procedura powodowała obniżenie ekspresji białka P-gp w komórkach opornych na doksorubicynę.

Wzrost stężenia leków cytostatycznych to niejedyna możliwość przeciwnowotworowego zastosowania procesu elektroporacji. Można go również wykorzystać w połączeniu z terapią fotodynamiczną (PDT), której klasyczny schemat obejmuje:

  • podanie fotouczulacza gromadzącego się selektywnie w komórkach nowotworu oraz
  • naświetlanie zmienionych chorobowo miejsc światłem o odpowiedniej długości fali, zależnej od pasma absorpcji fotouczulacza.

Ostatnie badania pod kierownictwem prof. dr hab. Jolanty Saczko wykazały obiecujące rezultaty zastosowania procedury elektroporacji w celu zwiększenia efektywności transportu fotouczulacza do komórek ludzkiego czerniaka przed reakcją fotodynamiczną. – Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że odpowiednio dobrane parametry reakcji fotodynamicznej łączonej z elektroporacją skutecznie eliminują badane komórki czerniaka, przy jednoczesnym braku toksyczności w stosunku do prawidłowych komórek ludzkich keratynocytów - zwraca uwagę dr inż. Choromańska.

Źródła

1. Kulbacka J, Daczewska M, Dubińska-Magiera M, Choromańska A et al. Doxorubicin delivery enhanced by electroporation to gastrointestinal adenocarcinoma cells with P-gp overexpression. Bioelectrochemistry.2014;100:96-104

2. Skołucka N, Saczko J, Kotulska M, Kulbacka J, Choromańska. Elektroporacja i jej zastosowanie. Pol. Merk. Lek., 2010, XXVIII, 168, 501

3. Choromanska A, Kulbacka J, Rembialkowska N, Pilat J, et al. Effects of electrophotodynamic therapy in vitro on human melanoma cells - melanotic (MeWo) and amelanotic (C32). Melanoma Res. 2015; Mar 9, ahead of print

4. http://www.igeamedical.com/oncology/electrochemotherapy-effective-treatment-cancer

5. http://www.oyageninc.com/capabilities/electroporator

6. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photodynamic_therapy_%28red%29.jpg

7. http://edoc.hu-berlin.de/dissertationen/regehly-martin-2008-07-16/HTML/chapter2.html

8. http://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=3130997_sonc50-621-f2&req=4

KOMENTARZE
Newsletter