عملکرد و کاربرد الکتروپوریشن

الکتروپوریشن روش انتقال فیزیکی است که در آن سلول در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرد. این میدان الکتریکی موجب نفوذپذیری غشا سلولی و فراهم سازی امکان ورود ماکرومولکول‌هایی مانند پلاسمید، پروتئین، دارو… می‌شود.

غشای سلولی به عنوان مانعی از انتشار آزاد مولکول‌ها بین سیتوپلاسم سلولی و محیط خارجی عمل می‌کند. با این حال، نفوذپذیری غشاها می‌تواند به طور موقتی با اعمال پالس‌های میدان الکتریکی خارجی افزایش یابد.

مدل‌های نظری برای توضیح مکانیسم الکتروتراوایی غشا برگشت‌پذیر و پتانسیل آن برای اجازه دسترسی به مولکول‌های غیرقابل نفوذ در داخل سلول‌ها، پیشنهاد شده‌اند. با این وجود، تعریف مولکولی “ساختارهای نفوذپذیر گذرا” هنوز شناخته نشده است. مطالعاتی که روی سلول‌های پستانداران انجام شد، سازماندهی مجدد ناحیه گروه سر قطبی فسفولیپیدها را پیشنهاد می‌کند که منجر به تضعیف لایه هیدراتاسیون می‌شود.

استفاده از پالس‌های الکتریکی برای رساندن مولکول‌های درمانی به بافت ها و اندام‌ها در دهه گذشته به سرعت توسعه یافته است. روش جدید درمان سرطان، الکتروکموتراپی، پدیدار شده است. پالس‌های الکتریکی کوتاه (100 میکروثانیه) ولتاژ بالا (1.3 کیلوولت بر سانتی متر) به دنبال تزریق دارو مستقیماً روی تومور اعمال می‌شود. مولکول‌هایی که غیرقابل نفوذ هستند می‌توانند با این روش مستقیماً به سیتوزول سلول‌ها وارد شوند. مولکول‌های سیتوتوکسیک مانند داروهای هیدروفیل بلئومایسین و سیس پلاتین با موفقیت در آزمایشات بالینی برای درمان سرطان استفاده شده‌اند. درمان‌های متوالی را می‌توان با فاصله 2 هفته ای در مورد تومورهای بدخیم پوستی و زیر جلدی انسان مانند تومورهای بزرگ حیوانی مانند سارکوم گربه و سارکوئید اسب انجام داد.

کاربردهای الکتروپوریشن:

1. انتقال ژن (gene delivery)
2. تولید داروها و واکسن‌های بیولوژیک یا نوترکیب
3. درمان بیماری از جمله سرطان (الکتروکموتراپی)
4. تولید پروتئین‌های نوترکیب
5. تولید گیاهان تراریخته
6. حیوانات ترانس‌ژنیک
7. مهندسی ژنتیک
8. واکسیناسیون
9. ژن درمانی
10. سلول درمانی
11. استخراج

مکانیسم عمل الکتروپوراسیون

توافق کلی این است که نفوذپذیری الکتریکی را می‌توان به عنوان یک فرآیند 3 مرحله‌ای با رعایت پالس الکتریکی توصیف کرد:

1. قبل از الکتروپوراسیون: غشاء به عنوان یک مانع عمل می‎کند که از تبادل آزاد مولکول‌های آبدوست بین سیتوپلاسم سلول و محیط خارجی جلوگیری می‌کند.
2. هنگام الکتروپوراسیون: هنگام رسیدن به یک مقدار آستانه، افزایش پتانسیل گذر غشایی باعث تشکیل “ساختارهای نفوذپذیر گذرا” یا “TPS” محلی می‌شود که امکان تبادل مولکول‌ها را فراهم می‌کند.
3. بعد از الکتروپوراسیون: بسته شدن مجدد منافذ اتفاق می‌افتد. نفوذپذیری غشاء به مولکول‌های کوچک از چند ثانیه تا دقیقه بسته به شرایط EP و دما وجود دارد.

پتانسیل غشایی القایی در الکتروپوریشن

الکتروپوراسیون با اعمال میدان الکتریکی ایجاد شده توسط دو الکترود (کووت الکتروپوریشن) شروع می‌شود. این باعث حرکت یون‌های موجود در سلول به سمت الکترود با بار مخالف می‌شود. به دلیل غشای سلولی، که به عنوان یک عایق عمل می‌کند، یون‌های درون سلولی نمی‌توانند در پشت غشاء حرکت کنند و یون‌ها در قطب‌های مربوطه تجمع می‎یابند. این افزایش تراکم بار محلی باعث ایجاد پتانسیل غشایی القایی در سلول می‎شود.

از آنجایی که در حالت استراحت، مایع درون سلولی دارای بار منفی‌تر از مایع خارج سلولی است، سمت رو به کاتد (جایی که آنیون‌های درون سلولی تجمع می‌کنند) با شدت میدان الکتریکی کمتر به مقدار آستانه می‌رسد، این سمت هیپرپلاریزه شده است. از طرف دیگر، طرفی که رو به آند قرار دارد، برای رسیدن به این آستانه، به قدرت میدان الکتریکی بالاتری نیاز دارد، زیرا پتانسیل غشایی القایی ابتدا باید بر پتانسیل غشاء استراحت غلبه کند. این سمت دپلاریزه است. بزرگی میدان الکتریکی که باعث نفوذپذیری دو طرف سلول می‌شود Ef نامیده می‌شود. هنگامی که E بیشتر افزایش می‌یابد، خطوط میدان بیشتری می‌توانند از سلول عبور کنند تا زمانی که میدان الکتریکی بیش از حد قوی شود و سلول در نهایت بمیرد.

برای تهیه سیستم الکتروپوریشن یا الکتروپوراسیون پارس تراوا، کووت الکتروپوراسیون ۲ میلی‌متری و کووت الکتروپوراسیون ۴ میلی‌متری با ما در ارتباط باشید.