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 boljše ujemanje izračunanega in izmerjenega toka 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
Elektroporacija je pojav, do katerega pride, ko 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 tumorjih 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
Metode na osnovi elektroporacije se trenutno uporabljajo za zdravljenje površinskih tumorjev z uporabo standardnih protokolov. Za uspešno zdravljenje globoko ležečih tumorjev pa je potreben individualiziran pristop, saj se tovrstni tumorji zelo razlikujejo po obliki, velikosti in legi. Možnost uporabe namenske programske opreme bi omogočila številnim institucijam, ki že zdravijo paciente z metodami na osnovi elektroporacije, da bi prešle na zdravljenje globoko ležečih tumorjev. Zato smo razvili spletno aplikacijo, ki omogoča načrtovanje zdravljenja tudi uporabnikom brez predhodnega inženirskega znanja. Programska oprema vključuje algoritme za razgradnjo tkiv, gradnjo pacientu prilagojenega modela in optimizacijo električnega polja v tkivu.
COBISS.SI-ID: 9937236