Metoda elektroporacji znana jest w świecie biotechnologii i pozwala na utworzenie w błonach komórkowych hydrofilowych przestrzeni, poprzez oddziaływanie na błonę komórkową odpowiednim polem elektromagnetycznym. Zjawisko znacznego wzrostu przewodnictwa błony komórkowej w silnym polu elektrycznym zostało po raz pierwszy zaobserwowane w latach pięćdziesiątych. Dalsze badania, zapoczątkowane w latach siedemdziesiątych, wykazały, że nie jest ono wynikiem oddziaływania pola elektrycznego na kanały jonowe, tylko efektem generowania w błonie lipidowej nietrwałych porów hydrofilowych. Przyczyny powstawania takich porów, nazywanych elektroforami, nie są jasne do chwili obecnej. Jedna z koncepcji opiera się na obserwacji podobnych porów w membranach lipidowych, na które wywierane jest ciśnienie mechaniczne. Przyjmuje się więc, że pod wpływem pola elektrycznego jony w roztworze otaczającym membranę przemieszczają się w kierunku przeciwnego bieguna, wywierając nacisk na błonę lipidową, która tę migrację utrudnia.
W latach 80-tych elektroporacja została zastosowana do wprowadzania do komórki kwasów nukleinowych, jako alternatywa do stosowanych dotychczas w modyfikacjach genetycznych wektorów wirusowych i metod chemicznych. Jej zaletą okazała się duża czystość, metoda ta nie wprowadza do środowiska dodatkowych substancji, które mogą oddziaływać z komórką w niepożądany sposób.
Elektrochemioterapia
Kolejnym zastosowaniem elektroporacji stała się niedawno zatwierdzona elektrochemioterapia (ECT), która jest nowoczesną terapią leczenia nowotworów, polegającą na dostarczeniu leków do wnętrza komórek za pomocą impulsów elektrycznych. ECT przeszła już etap badań laboratoryjnych in vitro oraz in vivo i w wielu krajach stosuje się ją w praktyce klinicznej. W Polsce wykonano dopiero jeden taki zabieg. Został on przeprowadzony 29 października 2009 roku w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu. Elektrochemioterapię zastosowano u chorego z przerzutami czerniaka na udzie i w pachwinie. Działaniem niepożądanym ECT jest odczuwalny ból w miejscu przeprowadzenia terapii trwający do 24 godzin po zabiegu. Jednak korzyści i efekty tej terapii są ogromne i pozwalają przede wszystkim na zmniejszenie stężenia podawanych cytostatyków, które powodują wiele działań niepożądanych. Aplikowanie cytotoksycznych leków w połączeniu z elektroporacją, powoduje powstanie lokalnie dodatkowej drogi ich transportu. Połączenie dwóch metod przyczynia się do szybszej odpowiedzi organizmu na cytostatyki, co jest szczególnie ważne przy nowotworach lekoopornych, gdzie dawki, które wnikają do wnętrza komórek nowotworowych, są ograniczone.
Elektrogenoterapia
W ostatnich latach wzrosło znaczenie terapii genowej, zwanej elektrogenoterapią (EGT), to nowoczesna i wydajna metoda umożliwiająca wprowadzenie oczyszczonego DNA, RNA lub przeciwciał do wnętrza komórek zwierzęcych, bakteryjnych lub roślinnych. Transportowany gen może zostać skonstruowany w postaci plazmidu (kolistej cząsteczki kwasasu nukleinowego). Jest to szczególnie przydatne przy dużej liczbie par zasad (do 10 000 pz). Oprócz pożądanego genu plazmid zawiera też zwykle fragmenty DNA, pełniące funkcje wspomagające. Należy do nich: promotor, który umożliwia transkrypcję genu w warunkach in vivo, sekwencja terminacyjna stabilizująca powstałe matrycowe RNA, replikony podnoszące skuteczną ekspresję genu oraz sekwencje markerowe. Wykorzystując elektroporacje jako metodę transportu plazmidu skuteczność transportu dużego plazmidu wymaga lepszej kontroli nad zjawiskiem elektroporacji. Genoterapia wspomagana elektroporacją, jest jedną z najlepszych metod wprowadzania DNA do komórek roślin np. jednoliściennych.
Metoda EP znalazła również zastosowanie w terapii fotodynamicznej, kosmetologii, a także przy utrwalaniu żywności. W dziedzinie kosmetologii zaczyna zastępować mezoterapię, która za pomocą igieł umożliwiała wprowadzanie produktów kosmetycznych do głębokich warstw skóry. Zjawisko elektroporacji zapewnia bezinwazyjny i bezbolesny transport aktywnych składników lub leków. Zastosowanie odpowiednich potencjałów elektrycznych inicjuje powstanie dodatkowych kanałów, które ułatwiają i przyśpieszają wnikanie składników odżywczych zawartych w kosmetykach do głębokich warstw skóry. Po zabiegu, czyli po zaprzestaniu działania napięcia elektrycznego, powstałe kanały zanikają odtwarzając ciągłą i integralną strukturę błony. Elektroporacja może być stosowana w przypadku blizn i trądzika pospolitego, usuwaniu zmarszczek i cellulitu, przy braku elastyczności i odwodnieniu skóry.
Elektroporacja (EP) to nowoczesna i uniwersalna metoda umożliwiająca przenikanie makrocząsteczek z przestrzeni międzykomórkowej do wnętrza komórek dzięki kanałom tworzącym się, pod wpływem pola elektromagnetycznego. Oprócz naturalnych kanałów i pomp budujących błonę komórkową, powstałe elektrofory stanowią dodatkową drogę transportu makrocząsteczek. Wykorzystanie tego zjawiska przyniosło dobre efekty w różnych dziedzinach życia, od medycyny po kosmetologię.
Karolina Bombolewska
Literatura:
1. Cemazar M., Miklavcic D., Mir L.M. i wsp.: Electrochemotherapy of tumours resistant to cisplatin: A study in a murine tumour model. Eur. J. Cancer, 2001, 37, 1166-1172.
2. Kłyszejko-Stefanowicz L.: Cytobiochemia – biochemia niektórych struktur komórkowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002, 747-771.
3. Weaver J. C., Chizmadzhev Yu. A.: Theory of electroporation: a review, Bioelectrochem, Bioenerg, 1996,41:135-160.
4. Kotulska M.: Perspektywy terapii genowej wspomaganej elektroporacją o kontrolowanym rozmiarze i czasie życia elektropora. Proc. XV KBiIB,2007.
5. Neumann E., Kakorin S., Toensig K.: Fundamentals of electroporative delivery of drugs and genes. Bioelectrochem. Bioenerg., 1999, 48, 3-16.
6. http://www.protocolonline.org/prot/Molecular_Biology/Transformation/Electroporation/index.html
7. http://www.bio.davidson.edu/Courses/Molbio/MolStudents/spring2003/McCord/electroporation.htm
8. http://www.inovio.com/technology_drug.shtml
