Method Article

מודל רקמות תלת מימדי בעל יכולת תפוקה גבוהה לכימות ספי אלקטרופורציה

DOI:

10.3791/68494

August 19th, 2025

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה משתמש במודלים חישוביים כדי לכמת ספי אלקטרופורציה הפיכים ובלתי הפיכים באמצעות התפלגות מרחבית של תאים שעברו טרנספטציה בתוך חיקוי רקמה תלת מימדי לניתוח תפוקה גבוהה של פרוטוקולי אלקטרופורציה.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אלקטרופורציה היא טכנולוגיה מבטיחה המשתמשת בפולסים חשמליים להעברת מקרומולקולות ואבלציה של רקמות רכות, עם יישומים הכוללים טיפול מונע מהדור הבא וטיפול במחלות גנטיות כגון סרטן. מחקר זה מדגים מודל תרבית רקמה תלת מימדית בעל יכולת תפוקה גבוהה לכימות סף האלקטרופורציה ההפיך והבלתי הפיך עבור פרוטוקול אלקטרופורציה נתון. על ידי שימוש בשדה חשמלי לא אחיד וניתוח ההתפלגות המרחבית של תאים שעברו טרנספטציה, ניתן לזהות ספים הפיכים ובלתי הפיכים בתוך דגימה בודדת, מה שמגדיל את היעילות שבה ניתן לאפיין פרוטוקולי אלקטרופורציה, במיוחד עבור תרגום in vivo . כדי להראות יכולת זו, חיקויי רקמות תלת מימדיים המכילים תאי HEK293 הועברו באמצעות אלקטרודת טבעת וסיכה כדי לספק פלסמיד מקודד GFP. לאחר מכן נגזרו ספי אלקטרופורציה על סמך תמונות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית של הדגימות שהועברו מחדש. מודל זה מדגים פוטנציאל לשימוש כאמצעי להערכה בתפוקה גבוהה של פרוטוקולי אלקטרופורציה, יתרון מרכזי על פני השיטות הנוכחיות להערכת ספים אלה, הנוטים להיות עתירי זמן ופחות מייצגים תנאי in vivo .

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אלקטרופורציה הפיכה (RE) היא מתודולוגיה מבוססת היטב להעברת מגוון תרכובות ומולקולות אטומות בדרך כלל לממברנה לתאים 1,2,3. כאן, שדות חשמליים פועמים (PEFs) משמשים להשגת עוצמת שדה חשמלי קריטית הגורמת לננו-נקבוביות חולפות ומקומיות לאורך חלקים של קרום התא. RE שימש להעברת מגוון מולקולות ותרכובות החל מצבעים וחומצות גרעין ועד כימותרפיה ותרופות אחרות 4,5,6,7,8,9,10. עם זאת, אם עוצמת השדה החשמלי מוגברת מספיק, היא יכולה לעמוד בסף קריטי גבוה יותר, מה שמביא לירידה מהירה בכדאיות התא 1,2,11,12. תהליך זה ידוע בשם אלקטרופורציה בלתי הפיכה (IRE) ונחקר עבור אבלציה של רקמות רכות, כולל כטיפול בגידולים שאינם ניתנים לניתוח והפרעות קצב לב 11,12,13,14,15,16. כדי להבין את תוצאות הטיפול וליידע על טיפולים עתידיים, כימות של ספי RE ו-IRE אלה הוא פרקטיקה נפוצה במחקר אלקטרופורציה 12,17,18,19,20. עם זאת, ספי RE ו-IRE משתנים בהתאם לגורמים רבים, כולל סוג התא, מתח מופעל, משך הדופק, מספר הפולסים וקצב אספקת הדופק 1,17,18,21,22.

לפרוטוקולי אלקטרופורציה יש מספר פרמטרים המביאים לספי RE ו-IRE מגוונים 1,17,18,21,22. מתחי טיפול וצורות גל אופטימליים נחקרו זה מכבר. רוב טכנולוגיות האלקטרופורציה הזמינות מסחרית משתמשות בפרוטוקולים עם PEFs חד-קוטביים בסדר גודל של 100 μs-10 ms23. בעוד שהפרוטוקולים הללו משיגים תוצאות רלוונטיות מבחינה קלינית, הם גורמים להתכווצויות שרירים אינטנסיביות in vivo 24,25,26. בשל כך, פולסים קצרים יותר של מיקרו-שניות דו קוטביים, המקלים על גירוי זה, הפכו לנושא עניין לאחרונה 1,11,24. עם זאת, פולסים אלה מציגים גורמים חדשים המשפיעים על ספי RE ו-IRE, כולל סימטריית דופק, משך פרץ ותלות בטמפרטורה 1,17,22,27. בנוסף, סוג התא ותכונות הרקמה הוכחו גם כמשפיעים באופן משמעותי על תוצאות RE ו-IRE 19,28,29. ככל שהתחום ממשיך להתפתח, יש צורך לאפיין עוד יותר כיצד גורמים אלה והאינטראקציות שלהם זה עם זה וגורמים סביבתיים אפשריים אחרים משפיעים על ספי RE ו-IRE, מה שהופך את זה להכרחי יותר ויותר לשפר את יעילות הניסוי כדי לאפשר ניסויים בתפוקה גבוהה יותר.

ניסויי אלקטרופורציה אופייניים במבחנה בודקים פרוטוקולים על ידי טיפול בתאים בקובט עם לוחות מוליכים מקבילים, מה שמביא לפיזור שדה חשמלי אחיד בתוך הקובט במהלך הטיפול 19,30,31,32,33,34. כאמור, יש צורך לזהות את ספי ה-RE ו/או ה-IRE של פרוטוקול כדי לזהות מתח מופעל אופטימלי לטיפול נתון. כדי להשיג זאת במחקרי קובטה, יש לטפל במספר קובטות, כל אחת עם מתחים נפרדים. זה דורש מספר משמעותי של דגימות שיש להכין, לטפל ולנתח בנפרד, מה שמגביל את תפוקת הניסוי. כדי לשפר תהליך זה, פותחו גם מודלים של תרבית 2D35,36 וגם 3D 13,20,27,37,38,39 כדי להעריך רצף של עוצמות שדה בדגימה בודדת באמצעות אלקטרודות היוצרות התפלגויות שדה לא אחידות 13,20,27,37,38,39. ספי RE ו-IRE נגזרים לאחר מכן ממודלים חישוביים של התפלגות השדה החשמלי 13,20,27,37,38. זה מקטין מאוד את מספר הדגימות הדרושות, ומאפשר גישה בעלת תפוקה גבוהה יותר לכימות סף.

מאמר זה נועד להדגים גישה זו לכימות שדה RE ו-IRE במודל תלת מימדי במבחנה כדי להדגים את הפוטנציאל שלה כאמצעי להערכה יעילה של פרוטוקולי אלקטרופורציה במספר סביבות (למשל, סוגי תאים, פרמטרים לטיפול, מולקולות שיסופקו).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. הכנת תאים

  1. בארון בטיחות ביולוגית, צלחת 1 × 105 תאים/מ"ל של קו תאים HEK293 בנפח של 10 מ"ל לכל בקבוק תרבית רקמה T75 במדיום החיוני המינימלי של Eagle's בתוספת 10% (v/v) סרום בקר עוברי ו-1% פניצילין-סטרפטומיצין.
  2. דגירה של תאי HEK293 בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 .
  3. קצור תאים לניסויים יומיים לאחר הזריעה על ידי הסרת אמצעי התרבית וטיפול בתאים עם 4 מ"ל של 0.25% טריפסין-EDTA.
  4. דגירה של תאים וטריפסין למשך 3-5 דקות בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 או עד שהתאים מתנתקים משטח התרבית.
  5. השבת את הפעילות האנזימטית של טריפסין על ידי הוספת 4 מ"ל של מצע התרבית.
  6. תאי גלולה על ידי צנטריפוגה למשך 5 דקות ב-180 × גרם והשעיה מחדש במדיום תרבית לריכוז סופי של 8 × 106 תאים/מ"ל.

יצירת מודל רקמות 2. 3D

הערה: השתמש בפיפטינג הפוך עבור שלבים אלה כדי למנוע הכנסת בועות אוויר לתערובת.

  1. בארון בטיחות ביולוגית, ערבבו היטב את תרחיף התאים המוכן של 8 × 106 תאים/מ"ל עם תמיסת קולגן בקר מסוג I (3 מ"ג/מ"ל) ביחס של 1:1. מניחים על קרח או באמבט חרוזים קר כדי למנוע פילמור מוקדם בזמן העבודה עם התערובת.
  2. פיפטה 500 מיקרוליטר של התמיסה המשולבת לציפוי תחתית כל באר של צלחת בת 12 בארות. ודא שהג'ל מצפה את החלק התחתון באופן שווה על ידי התחלת הוצאת התמיסה במרכז הבאר ולאחר מכן ספירלה בעדינות כלפי חוץ.
  3. סובבו בעדינות את הצלחת כדי להבטיח ששולי הג'ל ייגעו בדפנות הבאר.
  4. דגרו את הג'לים בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 6 שעות או עד שהג'לים הופכים יציבים ואינם זזים בעת הטיית הצלחת.
  5. הטה את צלחת הבאר והוסף בעדינות 500 מיקרוליטר של מדיום תרבית לכל באר על ידי מתן אפשרות להחליק במורד דופן הצלחת לפחות שעה אחת לפני הטיפול. יש לטפל בג'לים תוך 48 שעות מרגע היצירה.

3. ייצור אלקטרודות

  1. הסר את חיבור הפלסטיק Luer על שתי מחטי מזרק קהות מנירוסטה 1.64 מ"מ 304. הניחו מחט אחת בצד כדי לשמש כאלקטרודת הסיכה. עבור המחט השנייה, שטח את 5 המ"מ האחרונים של קצה אחד.
  2. צור את אלקטרודת הטבעת על ידי חיתוך קטע של צינור נירוסטה בקוטר חיצוני 19 מ"מ 316 ארוך מספיק כדי לשבת צמוד לתחתית צלחת הבאר.
  3. תכנן מחזיק אלקטרודה כפי שניתן לראות באיור 1 עם תוכנת CAD. ודא שלמחזיק יש חור מרכזי לאלקטרודת הסיכה, חריץ לאלקטרודה הטבעתית וחור החוצה את החריץ כך שניתן יהיה להכניס את המחט השטוחה כדי ליצור התאמת לחיצה המחזיקה את אלקטרודת הטבעת במקומה.
    1. כמו כן, ודא שלמחזיק יש שפה שתוכננה להתאים היטב לצלחת של 12 בארות ולמרכז את אלקטרודות הטבעת והסיכה בבאר כך שהאלקטרודות והבאר יהיו כולן קואקסיאליות38.
  4. ייצור מחזיק האלקטרודה מאקריליק באמצעות טכניקות חיתוך לייזר מבוססות40.
  5. הרכיבו את האלקטרודה על ידי התאמת אלקטרודות הטבעת והסיכה למחזיק האלקטרודה.
  6. אבטח את אלקטרודת הטבעת על ידי לחיצה על המחט עם קצה שטוח לתוך המחזיק.

4. טיפול במודל רקמות תלת מימד עם אלקטרופורציה

  1. בארון בטיחות ביולוגית, הטה את הצלחת ושאף 400 מיקרוליטר של מדיית תרבית מכל באר. הקפד לא ליצור קשר עם הג'ל. יש להשאיר 100 מיקרוליטר של מדיה בכל באר שאיבה כדי לשמור על לחות הג'ל. אם יש פחות מ-400 מיקרוליטר נוזל לשאיבה (פיפטה לא משאירה נוזל/שואבת אוויר), הוסף 100 מיקרוליטר מדיום תרבית.
  2. הוסף 20 מיקרוליטר של תמיסת פלסמיד GFP של 5 מיקרוגרם/מיקרוליטר לבארות השאיבה הללו (לנפח כולל של 120 מיקרוליטר לבאר) על ידי הטיית הצלחת והוספת המגיב לנוזל המצטבר על הדופן של כל באר. יש לסובב בעדינות כדי להבטיח שהוא מתפזר באופן שווה על פני הג'ל.
  3. דגרו את הג'לים בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 10 דקות.
  4. הכנס את בדיקת טמפרטורת הסיב האופטי לאלקטרודת הסיכה והתחל לקרוא את הטמפרטורה.
  5. חבר את הכבל החיובי של האלקטרופורטור לאלקטרודת הסיכה ואת הכבל השלילי למחט המאבטחת את אלקטרודת הטבעת.
  6. מדליקים את הפלטה החמה ומחממים את הג'לים כך שישמרו על טמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס.
  7. הכנס את אלקטרודת הטבעת והסיכה עם בדיקת טמפרטורת סיבים אופטיים בסיכה לבאר. ודא שהסיכה מאונכת לצלחת וששתי האלקטרודות נוגעות במלואן בג'ל.
  8. ודא שהג'ל נמצא ב-37 מעלות צלזיוס.
  9. לספק טיפול אלקטרופורציה.
  10. הוסף 100 מיקרוליטר של מדיה לכל ג'ל שנראה יבש.
  11. חזור על שלבים 4.7-4.10.
  12. לאחר השלמת כל הטיפולים, דגרו את הג'לים באינקובטור לח בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 10 דקות.
  13. הטה את צלחת הבאר והוסף בעדינות 500 מיקרוליטר של מדיום תרבית לכל באר על ידי מתן אפשרות להחליק במורד דופן הצלחת.
  14. דגרו את הג'לים בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 24 שעות.

5. כביסה והדמיה

  1. הטה את הצלחת ושאף את אמצעי התרבות מכל באר. הקפד לא ליצור קשר עם הג'ל.
  2. הטה את הצלחת והוסף בעדינות 500 מיקרוליטר של מי מלח עם חוצץ פוספט (PBS) לכל באר על ידי מתן אפשרות להחליק במורד דופן הצלחת.
  3. דגרו את הג'לים בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 5 דקות.
  4. הטה את הצלחת ושאף את ה- PBS מכל באר. הקפד לא ליצור קשר עם הג'ל.
  5. הטה את הצלחת והוסף בעדינות 500 מיקרוליטר של מי מלח עם חוצץ פוספט (PBS) לכל באר על ידי מתן אפשרות להחליק במורד דופן הצלחת.
  6. סובבו בעדינות את הצלחת, הטו אותה ושאבו את ה- PBS מכל באר. הקפד לא ליצור קשר עם הג'ל.
  7. הוסף 100 מיקרוליטר PBS טרי כדי לשמור על לחות הג'לים להדמיה.
  8. צלחת תמונה בטכניקות מיקרוסקופיה פלואורסצנטיות סטנדרטיות. זה אמור להניב תמונות של ג'לים עם אזור ירוק מובהק בצורת טורוס שבו ספי השדה החשמלי ההפיך והבלתי הפיך תוחמים את הקצוות החיצוניים והפנימיים של האזור, בהתאמה.
  9. הטה את צלחת הבאר והוסף בעדינות 500 מיקרוליטר של מדיום תרבית לכל באר על ידי מתן אפשרות להחליק במורד דופן הצלחת.
  10. דגרו את הג'לים בחממה לחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם סביבת 5% CO2 למשך 24 שעות.
  11. חזור על שלבים 5.1-5.10 עבור כל נקודת זמן.

6. יצירת מודלים חישוביים

  1. פתח תוכנת סימולציה פיזיקלית וצור מודל צירי סימטרי דו-ממדי חדש המשתמש בזרמים חשמליים, מעברי חום במוצקים ופיזיקה של חימום אלקטרומגנטי.
  2. צור פרמטרים עבור המתח, טמפרטורת הסביבה, טמפרטורת הפלטה החמה, נקודת הגדרת הטמפרטורה, קצב אספקת הדופק, המינון החשמלי המשולב והמידות של אלקטרודות הטבעת והסיכה, הג'ל וצלחת הבאר של מערך הניסוי.
  3. צור גיאומטריות תחום המייצגות חתך רדיאלי של אלקטרודות הטבעת והסיכה, הג'ל וצלחת הבאר של מערך הניסוי כפי שניתן לראות באיור 2A.
  4. הנח נקודת בדיקה בתוך האלקטרודה המרכזית במחצית מגובה הג'ל כדי לייצג את בדיקת טמפרטורת הסיבים האופטיים המשמשת במהלך ניסויים במבחנה.
  5. צור פונקציה חלקית המשתמשת בטמפרטורה כארגומנט הקלט שלה.
  6. הגדר את הפונקציה כך שהערך שלה יהיה 1 כאשר הטמפרטורה נמוכה מפרמטר נקודת הגדרת הטמפרטורה שהוגדר בשלב 6.2, ו-0 אחרת.
  7. החל תנאי גבול מתח על המשטח העליון ביותר של גיאומטריית התחום המייצגת את אלקטרודת הפין והגדר את ערך המתח לפרמטר המתח המוגדר בשלב 6.2 כפול הפונקציה החלקית משלב 6.6 המוערכת בטמפרטורה של נקודת הבדיקה שנוצרה בשלב 6.4.
  8. החל תנאי גבול קרקע על המשטח העליון ביותר של גיאומטריית התחום המייצגת את אלקטרודת הטבעת.
  9. החל תנאי גבול בידוד חשמלי על כל גבולות התחום הנותרים.
  10. צור פונקציה רציפה המשתמשת בטמפרטורה.
  11. הגדר את הפונקציה באמצעות מודלמבוסס 27 של המוליכות תלוית הטמפרטורה של ג'ל הקולגן כ-0.8277 + 0.0323*T.
  12. הגדר חומר מותאם אישית והגדר את המוליכות החשמלית לפונקציה הרציפה המוגדרת בשלב 6.11. מרחו חומר זה על תחום הג'ל.
  13. הגדר חומרים או השתמש בברירות מחדל של תוכנה אם זמינות כדי להקצות 304 ו-316 חומרי נירוסטה לתחומי האלקטרודות של הפין והטבעת, בהתאמה, ופוליסטירן לתחומי לוחית הבאר.
  14. החל תנאי גבול טמפרטורה על בסיס הדגם והגדר את ערך הטמפרטורה ל-37 מעלות צלזיוס.
  15. החל תנאי גבול של קרינת סביבה על פני השטח על כל קצוות התחום האחרים שאינם מתממשקים עם תחום אחר והגדר את הפליטות ל-0.97, 0.9 ו-0.075, תלוי אם התחום היה חלק מהלוח, הג'ל או האלקטרודה, בהתאמה27.
  16. הוסף רשת משולשת חופשית לדגם. הגדר את גודל הרכיב לעדין יותר.
  17. אם אתה מעריך מגוון רמות פרמטרים, צור סריקה פרמטרית המפרטת את כל הערכים שבהם יש להעריך פרמטר.
  18. הפעל את הסימולציה על ידי לחיצה על כפתור המחשוב .
  19. בסיום, צור תרשים דו-ממדי של השדה החשמלי בקטע התוצאות.
  20. הגדר את קו החיתוך שיעבור מאלקטרודת הסיכה לאלקטרודה הטבעתית דרך אמצע תחום הג'ל. זה אמור לגרום לדעיכה אקספוננציאלית מקצה אלקטרודת הסיכה לקצה האלקטרודה הטבעתית.
  21. ייצא את נתוני ההתוויה כקובץ .csv או .xlsx כדי ליצור טבלת בדיקת מידע.

7. גזירת סף

  1. בעזרת תוכנת המיקרוסקופ, מודדים את קוטר הקצוות החיצוניים והפנימיים של האזור בצורת טורוס לאורך הצירים האנכיים והאופקיים. אם לתוכנה אין יכולת זו, השתמש ב-ImageJ כדי לעשות זאת.
  2. ממוצע את הקוטר החיצוני והפנימי, בהתאמה, וחלקו בשניים כדי לחשב את הרדיוסים החיצוניים והפנימיים של האזור בצורת טורוס. הרדיוס החיצוני מסמן את סף ה-RE. הרדיוס הפנימי מסמן את סף ה-IRE.
  3. באמצעות טבלת החיפוש שנוצרה בשלב 6.21, גזרו את עוצמת השדה החשמלי ברדיוסים הנמדדים.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אלקטרודת הטבעת והסיכה העבירה בהצלחה פלסמיד DNA המקודד חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) לרקמת קולגן תלת מימדית המחקה תאי HEK293. כימות סף RE מוצלח הושג על ידי מדידת הרדיוס החיצוני של האזור הטרנספטנטי והפקת עוצמת השדה המתאימה מהמודל החישובי של מערך הניסוי, כפי שניתן לראות באיור 2. סף ה-IRE כומת באופן דומה על ידי מדידת הרדיוס הפנימי של האזור המשתנה. איור 3A-C מדגיש את ספי ה-RE וה-IRE המתקבלים (מתוארים ב...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בשיטה זו ניתן לזהות ספי אלקטרופורציה הפיכים ובלתי הפיכים ללא צורך בבדיקת דגימות מרובות במתחים בדידים. השימוש בשדה חשמלי לא אחיד מאפשר כימות על סמך ההתפלגות המרחבית של תאים שעברו טרנספטציה במודל. עם זאת, ישנן מגבלות הקשורות להתפלגות לא אחידה זו. בראש ובראשונה, ספי ה-RE וה-IRE המתוארים כאן הם הספים לטרנספקציה מוצלחת ומוות תאי, בהתאמה, שעשויים שלא להיות מדידות ישירות של היקף האלקטרופורציה. לדוגמה, ייתכן שתאים מסוימים עשויים לעבור אלקטרופורציה, אך הנקבוביות אינן מספיקות לטרנספקציה, או שתאים ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין גילוי נאות.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו בוצעה באוניברסיטת צפון קרוליינה ומומנה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (R01CA272550).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.25% טריפסין-EDTAג'יבקו25200056
1000 קצות פיפטה uLפישר סיינטיפיק13-811-164
צינור חרוטי 15 מ"לפישר סיינטיפיק14-959-70ג
200 קצות פיפטה uLפישר סיינטיפיק13-811-139
304 מחטי קצה קהה מנירוסטהמקמאסטר קארברקוד 75165A753
316 צינורות נירוסטהמקמאסטר קארברקוד 89785K319
אקריליקמקמאסטר קארברקוד 8505K754
ארון בטיחות ביולוגיתפישר סיינטיפיק13-261-312
תוכנת CADדאסו מערכותסולידוורקס
צנטריפוגהנואירNU-C200R
אלקטרופורטורהביו45-0662במחקר זה נעשה שימוש במכשיר שנבנה בהתאמה אישית ומערכת BTX ECM 830
EMEMפישר סיינטיפיקMT10009CVזה עשוי להשתנות  אם אתה משתמש בקו תאים שאינו HEK293
Falcon 12-well צלחת תרבית תאים מולטי-באר מטופלת ב-TC, עם מכסהקורנינג353043ניתן להשתמש בכל צלחת 12 בארות, רק ודא שמידות הבאר נלקחות בחשבון בעת ייצור מחזיק האלקטרודה.
FBSפישר סיינטיפיקA5670701
בדיקת טמפרטורת סיבים אופטייםמיקרונור בע"מTS5-20 מ"מ-02
GFP-פלסמידאלדברוןgWiz-GFP
תאי HEK293ATCCCRL-1573ניתן להשתמש בקווי תאים אחרים, רק ודא שנעשה שימוש במדיום התרבית הנכון
פלטה חמהתאגיד קירור תרמו-אלקטרי אמריקהAHP-301CPV
אמבט קרח או חרוזים בקירורפישר סיינטיפיק10-876-001
תוכנה לניתוח תמונותלייקהלאס X
אינקובטורפישר סיינטיפיק15-015-2633
מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוךלייקהDMi8
חותך לייזרמקמאסטר קאר7344N11
פניצילין-סטרפטומיציןפישר סיינטיפיק15140122
ערכת פיפטהפישר סיינטיפיק14-388-100
תוכנת סימולציהCOMSOLקומסול מולטיפיזיקה 6.2
בקבוק T75פישר סיינטיפיק156499
תמיסת קולגן בקר מסוג Iביומטריצה מתקדמת50053 מ"ג/מ"ל

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sano, M. B., Fan, R. E., Xing, L. Asymmetric waveforms decrease lethal thresholds in high frequency irreversible electroporation therapies. Sci Rep. 7 (1), 40747(2017).
  2. Batista Napotnik, T., Polajžer, T., Miklavčič, D. Cell death due to electroporation - A review. Bioelectrochem. 141, 107871(2021).
  3. Kotnik, T., Rems, L., Tarek, M., Miklavčič, D. Membrane electroporation and electropermeabilization: mechanisms and models. Annu Rev Biophys. 48 (1), 63-91 (2019).
  4. Schipilliti, F. M., et al. Electrochemotherapy for solid tumors: literature review and presentation of a novel endoscopic approach. Radiol Oncol. 56 (3), 285-291 (2022).
  5. Hoejholt, K. L., et al. Calcium electroporation and electrochemotherapy for cancer treatment: importance of cell membrane composition investigated by lipidomics, calorimetry and in vitro efficacy. Sci Rep. 9 (1), 4758(2019).
  6. Gary, E. N., Weiner, D. B. DNA vaccines: Prime time is now. Curr Opin Immunol. 65, 21-27 (2020).
  7. Sachdev, S., Potočnik, T., Rems, L., Miklavčič, D. Revisiting the role of pulsed electric fields in overcoming the barriers to in vivo gene electrotransfer. Bioelectrochem. 144, 107994(2022).
  8. Lambricht, L., et al. Clinical potential of electroporation for gene therapy and DNA vaccine delivery. Expert Opin Drug Deliv. 13 (2), 295-310 (2016).
  9. Gothelf, A., Gehl, J. What you always needed to know about electroporation-based DNA vaccines. Hum Vaccin Immunother. 8 (11), 1694-1702 (2012).
  10. Lin, F., et al. Optimization of electroporation-enhanced intradermal delivery of DNA vaccine using a minimally invasive surface device. Hum Gene Ther Methods. 23 (3), 157-168 (2012).
  11. Sano, M. B., DeWitt, M. R., Teeter, S. D., Xing, L. Optimization of a single insertion electrode array for the creation of clinically relevant ablations using high-frequency irreversible electroporation. Comput Biol Med. 95, 107-117 (2018).
  12. Davalos, R. V., Mir, L. M., Rubinsky, B. Tissue ablation with irreversible electroporation. Ann Biomed Eng. 33 (2), 223-231 (2005).
  13. Ivey, J. W., et al. Targeted cellular ablation based on the morphology of malignant cells. Sci Rep. 5, 17157(2015).
  14. Meijerink, M. R., et al. Irreversible electroporation to treat unresectable colorectal liver metastases (COLDFIRE-2): A phase II, two-center, single-arm clinical trial. Radiology. 299 (2), 470-480 (2021).
  15. Sugrue, A., et al. Irreversible electroporation for catheter-based cardiac ablation: A systematic review of the preclinical experience. J Interv Card Electrophysiol. 55 (3), 251-265 (2019).
  16. Wittkampf, F. H. M., van Es, R., Neven, K. Electroporation and its relevance for cardiac catheter ablation. JACC Clin Electrophysiol. 4 (8), 977-986 (2018).
  17. Fesmire, C. C., Petrella, R. A., Kaufman, J. D., Topasna, N., Sano, M. B. Irreversible electroporation is a thermally mediated ablation modality for pulses on the order of one microsecond. Bioelectrochem. 135, 107544(2020).
  18. Fesmire, C. C., et al. Integrated Time Nanosecond Pulse Irreversible Electroporation (INSPIRE): Assessment of dose, temperature, and voltage on experimental and clinical treatment outcomes. IEEE Trans Biomed Eng. 71 (5), 1511-1520 (2023).
  19. Potočnik, T., Sachdev, S., Polajžer, T., Maček Lebar, A., Miklavčič, D. Efficient gene transfection by electroporation-In vitro and in silico study of pulse parameters. Appl Sci. 12 (16), 8237(2022).
  20. Jacobs IV, E. J., Campelo, S. N., Charlton, A., Altreuter, S., Davalos, R. V. Characterizing reversible, irreversible, and calcium electroporation to generate a burst-dependent dynamic conductivity curve. Bioelectrochem. 155, 108580(2024).
  21. Weaver, J. C., Smith, K. C., Esser, A. T., Son, R. S., Gowrishankar, T. R. A brief overview of electroporation pulse strength-duration space: a region where additional intracellular effects are expected. Bioelectrochem. 87, 236-243 (2012).
  22. Sano, M. B., Arena, C. B., DeWitt, M. R., Saur, D., Davalos, R. V. In-vitro bipolar nano- and microsecond electro-pulse bursts for irreversible electroporation therapies. Bioelectrochem. 100, 69-79 (2014).
  23. Sokołowska, E., Błachnio-Zabielska, A. U. A critical review of electroporation as a plasmid delivery system in mouse skeletal muscle. Int J Mol Sci. 20 (11), 2776(2019).
  24. Mercadal, B., Arena, C. B., Davalos, R. V., Ivorra, A. Avoiding nerve stimulation in irreversible electroporation: a numerical modeling study. Phys Med Biol. 62 (20), 8060-8079 (2017).
  25. Fusco, R., Di Bernardo, E., D'Alessio, V., Salati, S., Cadossi, M. Reduction of muscle contraction and pain in electroporation-based treatments: an overview. World J Clin Oncol. 12 (5), 367-381 (2021).
  26. Cvetkoska, A., Maček-Lebar, A., Trdina, P., Miklavčič, D., Reberšek, M. Muscle contractions and pain sensation accompanying high-frequency electroporation pulses. Sci Rep. 12 (1), 8019(2022).
  27. Fesmire, C. C., et al. Temperature dependence of high frequency irreversible electroporation evaluated in a 3D tumor model. Ann Biomed Eng. 48 (8), 2233-2246 (2020).
  28. Ĉemazˆr, M., et al. Effect of electric-field intensity on electropermeabilization and electrosensitivity of various tumor-cell lines in vitro. Electro Magnetobiol. 17 (2), 263-272 (1998).
  29. Young, J. L., Dean, D. A. Electroporation-mediated gene delivery. Adv Genet. 89 (1), 49-88 (2015).
  30. Bosnjak, M., Lorente, B. C., Pogacar, Z., Makovsek, V., Cemazar, M. Different incubation times of cells after gene electrotransfer in fetal bovine serum affect cell viability, but not transfection efficiency. J Membr Biol. 247 (5), 421-428 (2014).
  31. Hyder, I., Eghbalsaied, S., Kues, W. A. Systematic optimization of square-wave electroporation conditions for bovine primary fibroblasts. BMC Mol Cell Biol. 21 (1), 9(2020).
  32. Sherba, J. J., et al. The effects of electroporation buffer composition on cell viability and electro-transfection efficiency. Sci Rep. 10 (1), 3053(2020).
  33. Potter, H., Heller, R. Transfection by electroporation. Curr Protoc Mol Biol. 62 (9), Unit 9.3 (2003).
  34. Silve, A., Vezinet, R., Mir, L. M. Nanosecond-duration electric pulse delivery in vitro and in vivo: Experimental considerations. IEEE Trans Instrum Meas. 61 (7), 1945-1954 (2012).
  35. Avazzadeh, S., et al. Establishing electroporation thresholds for targeted cell-specific cardiac ablation in a 2D culture model. J Cardiovasc Electrophysiol. 33 (9), 2050-2061 (2022).
  36. Fiorentzis, M., et al. Conjunctival melanoma and electrochemotherapy: preliminary results using 2D and 3D cell culture models in vitro. Acta Ophthalmol. 97 (4), e632-e640 (2019).
  37. Arena, C. B., Szot, C. S., Garcia, P. A., Rylander, M. N., Davalos, R. V. A three-dimensional in vitro tumor platform for modeling therapeutic irreversible electroporation. Biophys J. 103 (9), 2033-2042 (2012).
  38. Sano, M. B., Fesmire, C. C., DeWitt, M. R., Xing, L. Burst and continuous high frequency irreversible electroporation protocols evaluated in a 3D tumor model. Phys Med Biol. 63 (13), 135022(2018).
  39. Marrero, B., Heller, R. The use of an in vitro 3D melanoma model to predict in vivo plasmid transfection using electroporation. Biomaterials. 33 (10), 3036-3046 (2012).
  40. Berrie, P. G., Birkett, F. N. The drilling and cutting of polymethyl methacrylate (Perspex) by CO2 laser. Opt Lasers Eng. 1 (2), 107-129 (1980).
  41. Gothelf, A., Mir, L. M., Gehl, J. Electrochemotherapy: results of cancer treatment using enhanced delivery of bleomycin by electroporation. Cancer Treat Rev. 29 (5), 371-387 (2003).
  42. Tasu, J. P., Tougeron, D., Rols, M. P. Irreversible electroporation and electrochemotherapy in oncology: state of the art. Diagn Interv Imaging. 103 (11), 499-509 (2022).
  43. Babiuk, S., et al. Electroporation improves the efficacy of DNA vaccines in large animals. Vaccine. 20 (27), 3399-3408 (2002).
  44. Bernelin-Cottet, C., et al. Electroporation of a nanoparticle-associated DNA vaccine induces higher inflammation and immunity compared to its delivery with microneedle patches in pigs. J Control Release. 308, 14-28 (2019).
  45. Jorritsma, S. H. T., Gowans, E. J., Grubor-Bauk, B., Wijesundara, D. K. Delivery methods to increase cellular uptake and immunogenicity of DNA vaccines. Vaccine. 34 (46), 5488-5494 (2016).
  46. Edd, J. F., Horowitz, L., Davalos, R. V., Mir, L. M., Rubinsky, B. In vivo results of a new focal tissue ablation technique: irreversible electroporation. IEEE Trans Biomed Eng. 53 (7), 1409-1415 (2006).
  47. Williamson, R. H., DeWitt, M. R., Elhanafi, D., Zaharoff, D. A., Sano, M. B. Optimization of bipolar microsecond electric pulses for DNA vaccine delivery. IEEE Trans Biomed Eng. 72 (1), 1-12 (2025).
  48. Vera Tizatl, C. E., Vega López, M. A., Vera Hernández, A., Leija Salas, L. A., Vera Tizatl, A. L. Proceedings of the 2024 Global Medical Engineering Physics Exchanges / Pan American Health Care Exchanges (GMEPE/PAHCE). 1, 1-5 (2024).
  49. Vera-Tizatl, A. L., et al. Liver-tumor mimics as a potential translational framework for planning and testing irreversible electroporation with multiple electrodes. Bioeng Transl Med. 9 (1), e10607(2024).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Electroporation ThresholdsThree Dimensional TissueHigh Throughput ModelTissue ElectroporationReversible ElectroporationIrreversible ElectroporationElectric Field DistributionHEK293 CellsFluorescent MicroscopyPlasmid Transfection

Related Articles