Poenostavitve v linearnih numeričnih modelih lahko povzročijo negotovosti pri napovedi stopnje elektroporacije in učinkovitosti terapij temelječih na elektroporaciji. Zato smo razvili nelinearne elektroporacijske modele za modeliranje porazdelitve električnega polja, ki omogočajo natančnejšo napoved stopnje elektroporacije ciljnega tkiva oziroma sprememb električnih lastnosti v odvisnosti od električnega polja zaradi elektroporacije. Implementacijo le-teh smo izvedli za modeliranje elektroporacje makroskopsko homogenih tkiv (kot je na primer tkivo jeter) ter za poljubno kompleksna tkiva ki so sestavljena iz več tkiv različnih električnih lastnosti. Razvili smo novo programsko opremo za detekcijo sprememb specifičnih prevodnosti tkiv v odvisnosti od porazdelitve električnega polja med elektroporacijo. Programsko opremo je možno uporabiti tudi v primerih ko so električne lastnosti neznane oziroma težko merljive, kar predstavlja pomemben napredek v nadgradnji in dopolnitvi obstoječih programskih rešitev. Nelinearni elektroporacijski modeli in razvita programska oprema lahko pomembno prispevajo k natančnejšem načrtovanju zdravljenja s terapijami, ki temeljijo na procesu elektroporacije, kot so elektrokemoterapija, genska terapija in vakcinacija, ter ablacija tkiva z ireverzibilno elektroporacijo.
COBISS.SI-ID: 9707348
V objavljenem članku smo predstavili rezultate na temo sprememb anizotropnih lastnosti električne prevodnosti jeter. Raziskava je bila izvedena tako na numeričnem modelu jeter kot eksperimentalno v ex vivo pogojih z uporabo MREIT metode. Izračunali in izmerili smo povečanje razmerja anizotropije za 10 % v območjih, kjer je bilo vzpostavljeno lokalno električno polje z vrednostmi, ki segajo od reverzibilnega praga elektroporacije (40 kVm- 1) do 120 kVm-1. Te izračuni so tudi konsistentni z eksperimentalnimi raziskavami o vplivih električnega polja na anizotropne lastnosti električne prevodnosti.
COBISS.SI-ID: 9551956
Elektrokemoterapija (ECT), genska elektrotransfekcija za gensko terapijo in DNK cepljenje (GET) in ablacija tkiva z ireverzibilno elektoporacijo (IRE) so v zadnjih letih vse vstopile v klinično prakso. V članku predstavljamo metodo za pacientu prilagojeno načrtovanje zdravljenja za ECT, GET in IRE, osnovano na analizi medicinskih slik, numeričnemu modeliranju elektroporacije ter optimizaciji z genetskih algoritmom in različnih metodah vizualizacije za oceno načrta zdravljenja. Vsak načrt zdravljenja poda zdravniku optimalne položaje elektrod in parametre električnih pulzov, ki zagotavljajo optimalno elektroporacijo ciljnega tkiva. Na primeru globoko ležečega tumorja, ki smo ga analizirali v članku, najboljše rezultate za ECT in IRE zagotovi konfiguracija z vsaj dvema elektrodama v ciljnem tkivu, kar omeji poškodbe okoliškega tkiva. Pri GET je treba elektrode postaviti izven ciljnega tkiva, da se omejijo poškodbe ciljnega tkiva. Predstavljena metoda za načrtovanje zdravljenja je dragoceno orodje za eksperimentalno in klinično uporabo in oceno učinkovitosti zdravljenja.
COBISS.SI-ID: 9317204
Raziskali smo možnost spremljanja porazdelitve električnega polja in situ med elektroporacijo mišjega tumorja in vivo za namen določitve območja reverzibilno elektroporiranega tkiva. Vsi poskusi so bili odobreni s strani etične komisije za poskuse na živalih. Miši smo razdelili v dve skupini. V prvi skupini je bilo 8 miši, medtem ko jih je bilo v drugi skupini 7. V vse miši smo vsadili podkožne tumorje na predelu zadnjih okončin. Prvo skupino smo uporabili za določitev reverzibilno elektroporiranega območja z magnetnoresonančno električnoimpedančno tomografijo (MREIT). Dodatno smo zajeli tudi T1 obtežene slike tumorjev za določitev reverzibilnega območja na podlagi pred terapijo vbrizganega kontrastnega sredstva. Magnetnoresonančno (MR) slikanje smo izvedli na 2.35 T MR tomografu. Analiza rezultatov prve skupine s Pearsonovo korelacijo je pokazala, da je reverzibilno območje dobljeno z MREIT korelirano z reverzibilnim območjem, ki smo ga dobili na podlagi zajetega kontrastnega sredstva (r = 0.956, P = .005). Tumorje druge skupine smo uporabili za histološko analizo. Izrezanim tumorjem smo obarvali reverzibilno elektroporirano območje in ga primerjali z reverzibilno elektroporiranim območjem, ki smo ga dobili z MREIT in z reverzibilno elektroporiranim območjem, ki smo ga dobili na podlagi zajetega kontrastnega sredstva. Z analizo variance smo pokazali, da dobljena območja niso statistično različna (P = .11). Pokazali smo, da MREIT lahko uporabimo za določitev električnega polja in situ med elektroporacijo tkiv. Predstavljena metoda bo omogočila učinkovitejšo spremljanje izvedbe terapij, ki temeljijo na elektroporaciji.
COBISS.SI-ID: 10729556
Terapije na osnovi elektroporacije so močno orodje za izboljšavo vnosa učinkovin ali uničevanje tkiva z pulznimi električnimi polji. Elektrokemoterapija in genska terapija z gensko elektrotransfekcijo uporabljata reverzibilno elektroporacijo za vnos kemoterapevtika ali DNK v celice. Pri obeh metodah za doseganje terapevtskih rezultatov treba doseči reverzibilno elektroporacijo in ohraniti preživetje celic na čim višji ravni. Ireverzibilna elektroporacija pa povzroča celično smrt zgolj z izpostavljenostjo dovolj močnih električnim poljem. V neposredni bližini elektrod lahko zaradi segrevanja prihaja do termičnih poškodb in posledično do celične smrti zaradi dviga temperature. Glavni cilj raziskave je bil z uporabo tranzientnega sklopljenega modela elektroporacije preučiti vpliv števila električnih pulzov in električne prevodnosti na velikosti območja, kjer prihaja do celične smrti zaradi elektroporacije in kjer prihaja do celične smrti zaradi toplote. Simulirali smo protokol z devetdesetimi 100 us pulzi. Rezultati kažejo, da je mogoče doseči prevladujoč učinek celične smrti zaradi električnih pulzov, vendar lahko pri napačni izbiri napetosti prihaja tudi do termičnih poškodb. Zato je pomembno, da so pri izvajanju terapij kirurgi pozorni na položaj elektrod glede na kritične strukture, kot so žile, živci oz. bližnji organi.
COBISS.SI-ID: 10728276