EUTOPIA – znanstveni pogovor s prof. dr. Damijanom Miklavčičem

EUTOPIA pogovori na kampusu Univerze NOVA v Kairu 

Pogovori, poimenovani »Mostovi med celinami skozi znanstvene dialoge«, bodo predstavili najnovejše znanstvene pristope različnih področij lokalnim študentom. Vabljeni so vsi člani skupnosti EUTOPIA, da se povežejo s kampusom NOVA v Kairu. 

Cilj pogovorov je prenos znanja in metodologij študentom v Egiptu ter promocija zveze EUTOPIA izven meja Evrope. Po pogovorih nas čaka serija spletnih predavanj, ki bodo krepila povezave med raziskovalci v Zvezi EUTOPIA. 

To nedeljo, 25. februarja 2024, se nam pridružite na EUTOPIA z Damijanom Miklavčičem,  rednim profesorjem naše fakultete. Svetovno priznani strokovnjak bo v pogovoru z naslovom »Elektroporacija: od laboratorijske tehnike do tehnološke platforme – kompleksnost in interdisciplinarni pristop« pojasnil kompleksnost in interdisciplinarnost uporabe te revolucionarne tehnologije ter kako se je elektroporacija razvila v tehnološko platformo z izjemnim potencialom na številnih področjih, od povečanja učinkovitosti zdravil pri zdravljenju raka do njenega potenciala pri ablaciji srca. 

Več o pogovoru in prijave>>> 

Elektroporacija: od laboratorijske tehnike do tehnološke platforme – kompleksnost in interdisciplinarni pristop 

Ko celico izpostavimo električnemu polju zadosti visoke amplitude, postane njena membrana prepustna za molekule, ki sicer težko ali sploh ne prehajajo celične membrane. Če izberemo parametre električnega polja, tako da se prepustnost membrane poveča le začasno, se membrana ponovno zaceli in celica preživi – govorimo o reverzibilni elektroporaciji. Sprva je bila elektroporacija uvedena kot laboratorijska tehnika za transformacijo bakterij.  

Kasneje se je izkazalo, da je mogoče z elektroporacijo doseči povečanje prepustnosti membrane vseh vrst celic (vključno s sesalskimi) in da je v njih mogoče z elektroporacijo vnesti nukleinske kisline tako in vitro kot in vivo/in situ. Elektroproacija je  uporabna tako pri zdravljenju raka s celicami CAR-T kot tudi pri cepljenju proti nalezljivim boleznim s cepivi, izdelanimi na osnovi DNK. 

Elektroporacija je iz laboratorijske tehnike prerasla v tehnološko platformo, ki se uporablja v živilski tehnologiji, biotehnologiji in biomedicini. Pri zdravljenju tumorjev se uporablja kot elektrokemoterapija ali metoda ablacije, ki temelji na ireverzibilni elektroporaciji. Z elektroporacijo lahko bistveno povečamo učinkovitost delovanja nekaterih kemoterapevtskih zdravil, ki imajo znotrajcelično tarčo, vendar težko prehajajo skozi membrano (npr. bleomicin, cisplatin).  

Pokazali smo, da se citotoksičnost bleomicina poveča za tisoč do deset tisočkrat, medtem ko se pri cisplatinu njegova učinkovitost in vitro  poveča od deset do stokrat. To povečanje citotoksičnosti zdravil je bilo učinkovito preneseno iz predkliničnih preskusov in vitro v predklinične preskuse in vivo ter nazadnje uvedeno v klinično prakso kot elektrokemoterapija. Metastaze različnega izvora so se lokalno odzvale na elektrokemoterapijo s splošno stopnjo popolnega odziva 59,4 odstotka in objektivnega odziva 84,1 odstotka.  

Od leta 2006 je bila elektrokemoterapija uvedena v več kot 220 kliničnih centrov v Evropi, v katerih je bilo leta 2022 zdravljenih 3000 bolnikov. Elektrokemoterapija si utira pot v standardno klinično uporabo, vendar pa še vedno čaka na široko sprejetje po vsem svetu. 

Elektroporacija lahko vodi tudi do celične smrti preko netermičnih mehanizmov. Ireverzibilna elektroporacija je bila prepoznana kot učinkovita metoda ablacije, ki ubije celice, vendar ohrani tkivni »skelet« in kot taka omogoča učinkovito delovanja imunskega odziva in ohranitev kritičnih struktur v neposredni bližini tumorjev, kot so žile in živci. Nedavni klinični poskusi zdravljenja globokih tumorjev z igelnimi elektrodami, ki so jih izvedli intervencijski radiologi, so pokazali, da je ireverzibilna elektroporacija način zdravljenja z obetavnimi obeti in predstavlja dragoceno novo orodje v rokah intervencijskih radiologov v onkologiji. 

Kot netermična ablacija je bila ireverzibilna elektroporacija nedavno klinično preizkušena tudi kot znotrajsrčna katetrska ablacija, kjer se imenuje pulzna ablacija (Pulsed Field Ablation – PFA). Ablacija srca z ireverzibilno elektroporacijo je prepoznana kot učinkovit način netermične ablacije, ki ima koristi od lokalizirane ablacije aritmogenega tkiva, pri čemer se bistveno zmanjša možnost kolateralnih poškodb kritičnih struktur, kot sta požiralnik in frenični živec. Odziv celic in tkiva na visokonapetostne električne pulze pa je zapleten in zahteva nadaljnje študije in temeljito razumevanje. 

Električni pulzi ne povzročajo le celične smrti, temveč tudi reverzibilno elektroporacijo, zaradi katere so celice (kardiomiociti in živci) prehodno omrtvičene. Električni pulzi vplivajo tudi na prekrvitev tkiva in lahko povzročijo spazem koronarnih arterij. Katetrska ablacija z visokonapetostnih električnih impulzov (napetosti 1000 V in tokovi 10 A) je zahteven postopek in lahko povzroči tudi nastanek mehurčkov v levem srcu. 

Na podlagi do sedaj razpoložljivih kliničnih dokazov je učinkovitost PFA primerljiva z že uveljavljenimi termičnimi tehnikami ablacije (t.j. radiofrekvenčne in krioablacije) v smislu učinkovitosti zdravljenja atrijske fibrilacije, vendar je pri tem PFA neprimerljivo bolj varna. Odličen varnostni profil PFA naj bi bil posledica njene edinstvene tkivne selektivnosti, tj. srčnega tkiva, ki je bolj občutljivo na elektroporacijo kot druga tkiva. Potencialno predstavlja PFA varno in učinkovito rešitev za zdravljenje atrijske fibrilacije, aktivno pa raziskujejo tudi zdravljenje drugih aritmij.  

Trenutno mehanizmov PFA še ne poznamo v celoti. Poleg tega se razpoložljivi sistemi PFA glede razlikujejo na njihove lastnosti med seboj razlikujejo, zato je rezultate iz različnih študij težko, če ne nemogoče primerjati. Za popolno izkoriščanje potenciala PFA je potrebno temeljito razumevanje molekularnih in celičnih mehanizmov elektroporacije ter njihova aplikacija v klinični praksi. Prav tako manjkajo intraproceduralni indeksi, ki bi vodili intervencijske kardiologe elektrofiziologe do doseganja trajnih lezij in s tem do dolgotrajnih oz. dolgotrajnih ozdravitev bolnikov.