کاربرد و عملکرد الکتروپوریشن: فناوری نوین در پزشکی و بیوتکنولوژی

الکتروپوریشن (Electroporation) یا الکتروپوراسیون یک روش انتقال فیزیکی پیشرفته است که در آن سلول‌ها در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرند. این میدان الکتریکی موجب افزایش نفوذپذیری غشای سلولی می‌شود و امکان ورود ماکرومولکول‌هایی مانند پلاسمیدها، پروتئین‌ها، داروها و حتی نانوذرات را فراهم می‌کند. غشای سلولی به عنوان یک مانع طبیعی عمل می‌کند و از انتشار آزاد مولکول‌ها بین سیتوپلاسم سلول و محیط خارجی جلوگیری می‌نماید. با این حال، نفوذپذیری غشاها می‌تواند به طور موقتی با اعمال پالس‌های میدان الکتریکی خارجی افزایش یابد.

این فناوری در دهه‌های اخیر به سرعت توسعه یافته و کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های پزشکی، بیوتکنولوژی و درمان بیماری‌ها پیدا کرده است. مدل‌های نظری برای توضیح مکانیسم الکتروپوریشن برگشت‌پذیر (Reversible Electroporation) پیشنهاد شده‌اند که پتانسیل آن برای اجازه دسترسی به مولکول‌های غیرقابل نفوذ در داخل سلول‌ها را توجیه می‌کنند. با این وجود، تعریف مولکولی “ساختارهای نفوذپذیر گذرا” (Transient Permeable Structures یا TPS) هنوز به طور کامل شناخته نشده است. مطالعاتی روی سلول‌های پستانداران نشان داده که سازماندهی مجدد ناحیه گروه سر قطبی فسفولیپیدها منجر به تضعیف لایه هیدراتاسیون می‌شود.

در سال‌های اخیر، به ویژه در 2024 و 2025، پیشرفت‌های چشمگیری در این زمینه رخ داده است. برای مثال، بررسی‌های جدید نشان می‌دهند که الکتروپوریشن نه تنها برای انتقال ژن‌ها مفید است، بلکه در ترکیب با ویروس‌های انکولیتیک (Oncolytic Viruses) می‌تواند پاسخ ایمنی را در درمان سرطان تقویت کند. شرکت پارس تراوا، به عنوان اولین تولیدکننده دستگاه‌های الکتروپوریشن و الکتروکموتراپی در ایران، نقش کلیدی در بومی‌سازی این فناوری ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی عملکرد، مکانیسم و کاربردهای الکتروپوریشن می‌پردازد.

مکانیسم عمل الکتروپوریشن

بر اساس مقالات نفوذپذیری الکتریکی را می‌توان به عنوان یک فرآیند سه مرحله‌ای توصیف کرد:

قبل از الکتروپوریشن: غشای سلول به عنوان یک مانع عمل می‌کند و از تبادل آزاد مولکول‌های آبدوست بین سیتوپلاسم و محیط خارجی جلوگیری می‌نماید.
هنگام الکتروپوریشن: هنگامی که پتانسیل غشایی به مقدار آستانه می‌رسد، افزایش پتانسیل گذر غشایی باعث تشکیل ساختارهای نفوذپذیر گذرا (TPS) محلی می‌شود که امکان تبادل مولکول‌ها را فراهم می‌کند. این ساختارها شامل منافذ نانومتری هستند که با اعمال پالس‌های کوتاه (معمولاً ۱۰۰ میکروثانیه) ولتاژ بالا (۱.۳ کیلوولت بر سانتی‌متر) ایجاد می‌شوند.
بعد از الکتروپوریشن: بسته شدن مجدد منافذ رخ می‌دهد. نفوذپذیری غشا برای مولکول‌های کوچک از چند ثانیه تا چند دقیقه، بسته به شرایط الکتروپوریشن و دما، حفظ می‌شود.

طرح کلی الکتروپالس شامل سه مرحله است: (الف) قبل از اعمال پالس، غشا نفوذپذیر نیست؛ (ب) در طول اعمال پالس (از چند میکروثانیه تا میلی‌ثانیه)، ورود انواع مولکول‌ها و جریان ترکیبات محلول در سلول رخ می‌دهد؛ (ج) پس از اعمال پالس، نفوذپذیری برای مولکول‌های کوچک حفظ می‌شود.

پتانسیل غشایی القایی در الکتروپوریشن

(a) خطوط میدان الکتریکی توسط غشای سلولی خم می‌شوند. یون‌های درون سلولی به سمت قطب بار مخالف جذب می‌شوند و پتانسیل غشایی القایی ایجاد می‌کنند (b) بزرگی میدان الکتریکی افزایش می‌یابد، پتانسیل کل غشاء برابر است و غشای سلولی نفوذپذیر می‌شود. خطوط میدان الکتریکی از سلول عبور می‌کنند و بار توزیع می‌شود. (c) قدرت میدان الکتریکی بیشتر می‌شود و غشای سلولی نفوذپذیرتر می‌شود.

پتانسیل غشایی القایی در الکتروپوریشن با اعمال میدان الکتریکی توسط دو الکترود (مانند کووت الکتروپوریشن) شروع می‌شود. این میدان باعث حرکت یون‌های داخل سلول به سمت الکترود مخالف می‌شود. غشای سلولی به عنوان عایق عمل کرده و یون‌ها در پشت غشا تجمع می‌یابند، که منجر به ایجاد پتانسیل غشایی القایی می‌گردد. در حالت استراحت، مایع داخل سلولی بار منفی‌تری نسبت به خارج دارد، بنابراین سمت رو به کاتد (هیپرپلاریزه) با شدت میدان کمتر به آستانه می‌رسد، در حالی که سمت رو به آند (دپلاریزه) نیاز به میدان قوی‌تری دارد.زیرا پتانسیل غشایی القایی ابتدا باید بر پتانسیل غشاء استراحت غلبه کند

بزرگی میدان الکتریکی که باعث نفوذپذیری دو طرف سلول می‌شود Ef نامیده می‌شود. ترانسفکشن سلول در معرض میدان الکتریکی شامل خم شدن خطوط میدان توسط غشا، تجمع یون‌ها و ایجاد پتانسیل القایی است. با افزایش میدان یا E، غشا نفوذپذیر شده و خطوط میدان از سلول عبور می‌کنند. بنابراین اگر میدان بیش از حد قوی شود، سلول می‌میرد.

بر اساس بررسی 2025 در مجله International Journal of Translational Science، مدل‌های نظری مانند معادله Smoluchowski و روش المان محدود (Finite Element Method) برای شبیه‌سازی تشکیل منافذ استفاده می‌شوند. این مدل‌ها نشان می‌دهند که الکتروپوریشن برگشت‌پذیر برای حفظ حیات سلول ضروری است، در حالی که الکتروپوریشن غیربرگشت‌پذیر یا برگشت ناپذیر (IRE) برای نابودی تومورها کاربرد دارد. پیشرفت‌های 2024 شامل مدل‌های چندمقیاسی برای شبیه‌سازی پاسخ سلولی در پوست و انتقال سیس‌پلاتین است.

در مطالعه 2024 از PubMed، یک مدل ساده‌شده بر اساس مدل Hodgkin-Huxley برای الکتروپوریشن برگشت‌پذیر در درمان سرطان پیشنهاد شده که ثبات پتانسیل استراحت را با تنظیم جریان‌های یونی تضمین می‌کند. هنگامی که شارژ غشا به آستانه می‌رسد، منافذ باز شده و جریان الکتروپوریشن افزایش می‌یابد، سپس با کاهش پتانسیل، منافذ بسته می‌شوند.

کاربردهای الکتروپوریشن

الکتروپوریشن کاربردهای متنوعی دارد که شامل موارد زیر است:

1- انتقال ژن (Gene Delivery)

الکتروپوریشن یک روش غیرویروسی برای انتقال ژن است که هزینه کمتری نسبت به وکتورهای ویروسی دارد و قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارد. در بررسی 2023 (نزدیک به 2024) از PMC، الکتروپوریشن برای مهندسی ژنتیکی سلول‌های T اولیه انسانی و سلول‌های بنیادی هماتوپوئتیک استفاده شده است. ترکیب با CRISPR/Cas9 برای اصلاح جهش‌های بیماری‌های خودایمنی و درمان هموگلوبین جنینی در بیماری‌های خونی مانند سیکل سل و بتاتالاسمی موفق بوده است.

در مقاله 2024 از RSC، میکرو/نانوالکتروپوریشن پیشرفته برای درمان ژنی، کارایی ترانسفکشن را افزایش داده و قابلیت کنترل دوز را بهبود بخشیده است. این روش برای کاربردهای in vivo و in vitro مناسب است و ریسک آف-تارگت وکتورهای ویروسی را ندارد.

2- تولید داروها و واکسن‌های بیولوژیک یا نوترکیب

الکتروپوریشن برای تولید پروتئین‌های نوترکیب و واکسن‌های DNA استفاده می‌شود. در واکسن‌سازی، الکتروترانسفر ژن (EGT) جذب DNA را افزایش می‌دهد. برای مثال، واکسن INO-4800 علیه COVID-19 با الکتروپوریشن، پاسخ T و B سلولی قوی ایجاد کرده است. مطالعات نشان می‌دهد که واکسن DNA مبتنی بر الکتروپوریشن علیه EGFRvIII، وقتی با انتقال سلول T ترکیب شود، کارایی ضدتوموری را افزایش می‌دهد.

همچنین در مقاله ای از PNAS، دستگاه هیدروژل الکترونیکی برای تحویل ترانسدرمال nucleic acids با الکتروپوریشن microarrayed، پاسخ ایمنی ضدسرطان را تقویت کرده و در مدل‌های موشی، رشد تومور را مهار کرده است.

3- درمان بیماری‌ها از جمله سرطان (الکتروکموتراپی)

الکتروکموتراپی (ECT) یک روش نوین درمان سرطان است که پالس‌های الکتریکی کوتاه را پس از تزریق دارو روی تومور اعمال می‌کند. مولکول‌های سیتوتوکسیک مانند بلئومایسین و سیس‌پلاتین با این روش وارد سیتوزول می‌شوند. آزمایشات بالینی موفقیت‌آمیزی برای سرطان‌های پوست، زیرجلدی، سارکوم گربه و سارکوئید اسب نشان داده‌اند. درمان‌های متوالی با فاصله ۲ هفته‌ای ممکن است.

در بررسی مقالات، ECT با نرخ پاسخ عینی ۸۰% برای تومورهای پوستی، پاسخ ایمنی ضدتوموری ایجاد می‌کند و پدیده “قفل عروقی” (Vascular Lock) جریان خون تومور را کاهش می‌دهد. الکتروپوریشن کلسیم (CaEP) نیز سلول‌ها را با ورود کلسیم نابود می‌کند.

مطالعه ای در Journal for ImmunoTherapy of Cancer نشان می‌دهد که IRE با ویروس‌های انکولیتیک، نفوذ لنفوسیت‌های T سیتوتوکسیک را افزایش داده و محیط ایمنی تومور را تغییر می‌دهد، که برای درمان سرطان پروستات موثر است.

3- تولید گیاهان تراریخته و حیوانات ترانس‌ژنیک

الکتروپوریشن برای مهندسی ژنتیک گیاهان و حیوانات استفاده می‌شود، مانند تولید گیاهان مقاوم به خشکی یا حیوانات مدل برای تحقیقات.

4- واکسیناسیون، ژن درمانی و سلول درمانی

در ژن درمانی، الکتروپوریشن برای انتقال ژن‌های اصلاحی استفاده می‌شود. در سلول درمانی، سلول‌های مهندسی‌شده مانند CAR-T با این روش تولید می‌شوند. الکتروپوریشن برای تولید واکسن‌های شخصی‌سازی‌شده علیه نئوآنتی‌ژن‌ها نیز موثر است.

5- استخراج

الکتروپوریشن برای استخراج ترکیبات از سلول‌ها در صنایع غذایی و دارویی کاربرد دارد. از جمله در فرآوری مواد غذایی برای حفظ کیفیت و ویتامین‌ها، و در جلبک‌ها برای تولید سوخت، غذا و دارو به کار می رود.

پیشرفت‌های اخیر در حوزه الکتروپوریشن

در سال 2024، پیشرفت‌های حوزه میکرو/نانوالکتروپوریشن، کارایی را برای درمان ژنی افزایش داده است. همچنین مدل‌های IRE برای نابودی تومورها، با شبیه‌سازی Monte Carlo، ساده‌سازی شده‌اند.

در مقالات منتشر شده در سال 2025، بررسی‌ها نشان می‌دهند که IRE با OVs، پاسخ ایمنی سیستمیک ایجاد می‌کند و IRE با فرکانس بالا برای سلول‌های پستانداران ارزیابی شده است. ترکیب ECT با ایمونوتراپی، مانند اینترلوکین-12، اثرات سیستمیک را تقویت می‌کند. همچنین، ثبت بین‌المللی اختراعات جدید در درمان سرطان مبتنی بر الکتروپوریشن، پیشرفت‌های ایران در این زمینه را برجسته کرده است.

معرفی پارس تراوا

شرکت پارس تراوا (با نام کامل پارس زیست الکترومغناطیس)، به عنوان اولین و تنها تولیدکننده دستگاه‌های الکتروپوریشن و الکتروکموتراپی در ایران، با سابقه حرفه‌ای بلندمدت در حوزه ساخت و استفاده از سیستم‌های الکتروپوریشن فعالیت می‌کند. این شرکت از سال‌ها پیش با تمرکز بر بومی‌سازی فناوری‌های نوین در حوزه زیست‌الکترومغناطیس، نقش کلیدی در توسعه تجهیزات پزشکی و تحقیقاتی ایفا کرده است. تخصص تیم پارس تراوا در زمینه‌های پژوهشی متنوع مانند انتقال ژن، درمان سرطان، واکسن‌سازی و مهندسی ژنتیک، امکان ارائه راه‌حل‌های پیشرفته را فراهم آورده است.

محصولات اصلی شامل دستگاه‌های الکتروپوریشن نمایی و مربعی برای کارهای تحقیقاتی و دارویی، دستگاه‌های ولتاژ بالا و پایین مناسب برای سلول‌های پستانداران، باکتری‌ها، مخمر و جلبک‌ها، دستگاه‌های ترکیبی، و کووت‌های الکتروپوریشن با فاصله الکترودهای ۲ و ۴ میلی‌متری می‌شود. این دستگاه‌ها برای افزایش نفوذپذیری غشای سلولی، استخراج ترکیبات، و کاربردهای غذایی و زیستی طراحی شده‌اند.

دستاوردهای برجسته پارس تراوا شامل ساخت اولین دستگاه الکتروشیمی‌درمانی (الکتروکموتراپی) در ایران با پروتکل درمان اختصاصی برای بیماران انسانی و حیوانات خانگی، و ثبت بین‌المللی اختراع «سیستم درمان سرطان مبتنی بر سنجش هم‌زمان» است که ایران را در کنار کشورهای پیشرو مانند انگلستان و ایتالیا قرار می‌دهد. شرکت همچنان در مسیر نوآوری گام برمی‌دارد و در سال ۲۰۲۵، موفقیت‌های جدیدی در ثبت جهانی اختراعات و گسترش کاربردها در درمان حیوانات اعلام کرده است.

برای تهیه سیستم الکتروپوریشن، کووت ۲ میلی‌متری و ۴ میلی‌متری، با تلفن ۰۹۰۲۴۰۵۱۸۶۲ تماس بگیرید.

نتیجه‌گیری

الکتروپوریشن به عنوان یک فناوری تحول‌آفرین، نه تنها مرزهای بیوتکنولوژی و پزشکی را گسترش داده، بلکه پتانسیل عظیمی برای حل چالش‌های درمانی مانند سرطان، بیماری‌های ژنتیکی و تولید واکسن‌های نوین ارائه می‌دهد. با پیشرفت‌های اخیر در سال‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵، مانند ترکیب با ویروس‌های انکولیتیک، میکروالکتروپوریشن و مدل‌سازی پیشرفته، این روش کارایی بالاتری یافته و کاربردهای آن از آزمایشگاه به بالین و حتی صنایع غذایی و زیستی گسترش یافته است.

در ایران، شرکت پارس تراوا با بومی‌سازی این فناوری، گامی بزرگ در خودکفایی علمی برداشته و امکان دسترسی به دستگاه‌های پیشرفته را بدون وابستگی خارجی فراهم کرده است. آینده الکتروپوریشن روشن است و با ادامه تحقیقات، می‌تواند به درمان‌های شخصی‌سازی‌شده، واکسن‌های مؤثرتر و استخراج پایدار منابع زیستی منجر شود. محققان و پزشکان تشویق می‌شوند تا از این فناوری برای نوآوری‌های بیشتر بهره ببرند، و پارس تراوا آماده حمایت از پروژه‌های تحقیقاتی است. این فناوری نه تنها یک ابزار علمی، بلکه پلی به سوی آینده‌ای سالم‌تر و پایدارتر است.

برای تهیه دستگاه الکتروپوریشن پارس تروا، کووت الکتروپوراسیون 2 میلیمتری، کووت الکتروپوراسیون 4 میلیمتری و سایر الکترودهای دستگاه الکتروپوریشن با ما در ارتباط باشید.