Galvanotaxis is the movement of cells in an applied electric field. The first steps to design a chip for observations of galvanotaxic behavior of cells were done in this work. The chip is a miniaturised system of previous larger galvanotaxis systems and uses materials which are thought to be biocompatible. The system was constructed on microscope slides with a channel in PDMS with adjacent polymer electrodes. The polymer electrodes were made from poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), glycerol and Silquest A-187. The PEDOT:PSS electrodes were connected with either an evaporated metal electrode of titanium and gold or a gold net. Systems with PEDOT:PSS are neutralised when put in excessive amount of PBS (pH=7.4) for 24 hours. The final system had a channel with dimension length=14 mm, width=0.5 mm and height=0.25 mm. PEDOT:PSS worked as an electrode material and the achieved electric field through the channel was between 55 V/m and 160 V/m with an applied voltage of 1 V. The decrease of the electric field within the first hour was between 10 % and 30%.  Further development of this system could give an easy way to observe galvanotaxic behaviour of cells or an instrument that can distinguish between different cell types.

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<p>Schwann cells (SCs) are PNS glia with numerous neuron-supporting functions, including myelination of axons. Although lesser discussed, SCs also fulfill many important roles after peripheral nerve injury (PNI) contributing significantly to the PNS regeneration process. Clusters of congregated SCs (Bands of Bungner) precede axon regeneration and facilitate the growth of extending axons to their distal targets which is particularly important in the lesion area of severed nerves. While this phenomenon occurs naturally, recovery from PNI can still be inadequate, especially in nerve transection or large gap injuries. Current treatments for nerve transection injuries are limited to coaptation of the nerve via sutures or nerve grafts. However, poor functional outcomes or donor site morbidity remain unaddressed problems. At the cellular level, axon pathfinding and extension relies heavily on the interaction between SCs and axonal growth cones. Depletion or removal of SCs at the lesion has been implicated to poor functional outcomes. With their pivotal role throughout nerve regeneration, we theorize axon regeneration can be improved by augmenting the SC population at the site of injury by encouraging migration to the lesion and via expression of morphological phenotypes that imitate the Bands of Bungner. </p> <p>DC electric fields (EFs) have been well studied in the past as a method to modulate cell orientation and migration and within the context of the nervous system, have been used to promote regeneration in lesioned spinal cords. However, very little work has investigated the effects of electrical stimulation on glia, such as SCs. Existing literature is lacking with regards to various aspects of SC responses, including direction of alignment. We hypothesize electrical stimulation can modulate SC behavior to reinforce/replicate behaviors observed within Bands of Bungner, which may be developed into a treatment for victims suffering peripheral nerve injury. </p> <p>We begin the current study with a thorough investigation into electric field modulated SC behavior. Using conventional 2D cell culture we demonstrate SC sensitivity to EFs by analyzing alignment, morphology and migration data. We employed EFs within the physiologic range. Waveforms used were constant DC as well as a 50% duty cycle DC and an oscillating DC. The latter two may prove more appropriate <i>in vivo</i> due to reduced accumulation of cytotoxic byproducts generated at the electrode interfaces. </p> <p>Our results highlight the sensitivity of SCs to DC electric fields of varying waveforms. SCs showed a strong propensity to align perpendicular to the field and display some cathodal migration in 2D cultures. Additional studies with variable cell density revealed cell-cell interaction further enhanced the alignment response. To more closely replicate the nerve microenvironment, a 3D cell culture model of PNI was created. Embedded in matrices, we found SCs displayed weaker migratory and alignment responses compared to 2D results. The direction of galvanotaxis was reversed, with SCs migrating toward the anode. Both alignment and migratory responses have potential applications for PNI. The galvanotactic behavior of SCs could be used to boost the SC population, increasing the number of Bands of Bungner. Cell alignment would be particularly advantageous at the lesion where axon regeneration is most difficult without the physical guidance of endoneurial tubes.</p> <p>This study characterizes SC behavior in applied EFs using conventional 2D and 3D cell culture techniques. We found SCs are sensitive to electric stimulation, supporting the idea that applied EFs could be used to indirectly promote regeneration in damaged peripheral nerve by modulating SC response after injury. Potential applications include generating an EF across damaged nerves to align SCs, especially in the lesioned area, using EFs to induce SC migration to the lesion to increase the number of cells guiding severed axons, and pre-aligning SCs in synthetic nerve grafts.</p>

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No. of bitstreams: 1 coelho_gm_me_bot.pdf: 3704223 bytes, checksum: 1913a08655010052736bb490b0ed492f (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Bases científicas: A laparotomia é um procedimento invasivo que causa grande dano tecidual e provoca dor no período pós-operatório. Embora a analgesia seja um procedimento padrão em cirurgia, a terapêutica ideal para o controle deste sintoma ainda necessita ser investigada. Estudos mostram que há uma correlação significativa entre a queda da impedância tecidual e a dor manifestada por pacientes que sofrem lesões teciduais, sugerindo que a reparação da integridade dos tecidos pode restaurar o equilíbrio bioelétrico das células e controlar a dor dos pacientes. A corrente elétrica contínua (CEC), todavia, quando aplicada em tecidos lesados é capaz de promover a migração direcionada e o alinhamento de células epiteliais, particularmente de fibroblastos, favorecendo o processo de regeneração tecidual. Este tipo de corrente elétrica, porém, não tem sido usado na prática clínica com finalidades analgésicas, o mesmo ocorrendo com a iontoforese transdérmica (ITD), que visa à absorção de íons solúveis através da pele, como o zinco, que participa ativamente da formação do colágeno e da cicatrização. Assim, este estudo se fundamentou na hipótese de que a ação benéfica da CEC sobre a cicatrização poderia aumentar a impedância tecidual e, por consequência, modular inibitoriamente a dor apresentada pelos pacientes. Objetivo: Avaliar os efeitos da CEC isolada e da ITD+Zn sobre o consumo de analgésicos e a intensidade de dor na parede abdominal de pacientes submetidos à laparotomias eletivas. Métodos: Foi realizado um estudo prospectivo envolvendo 45 pacientes adultos, de ambos os sexos, internados no HC/FMB-UNESP, para tratamento cirúrgico eletivo de enfermidades do abdome, através da laparotomia. Pacientes impossibilitados de realizar a eletroterapia ou com riscos maiores de apresentar efeitos adversos ou complicações foram excluídos. Os pacientes foram distribuídos, por sorteio, em 3 grupos experimentais, com 15 pacientes cada: GC – Grupo Controle, com tratamento simulado das incisões abdominais; GCEC, com incisões tratadas com corrente elétrica contínua isolada; GITD+Zn, com incisões tratadas com CEC e administração tópica de sulfato de zinco, através da iontoforese transdérmica. A eletroterapia foi aplicada uma vez ao dia, em 4 sessões de tratamento, respectivamente, no 1º, 2º, 3º e 4º PO. Pacientes dos 3 grupos experimentais também receberam analgesia pós-operatória, com tramadol, usando bombas de PCA, e também foram submetidos a testes de ansiedade e depressão no pré-operatório. O efeito dos tratamentos foi avaliado pela frequência de doses de analgésico solicitadas e liberadas, quantidade de analgésicos consumida e pela intensidade de dor na parede abdominal, medida pelas escalas de avaliação Verbal (VRS), Numérica (NRS) e Visual Analógica (VAS), aplicadas no pré-operatório e nos 4 dias de pós-operatório, antes e após a movimentação/deambulação. Os dados obtidos foram analisados pela Análise de Variância, com nível de significância nos testes de comparações definido para P<0,05 ou 5%. Resultados: Apesar da predominância de mulheres obesas na amostra, não houve diferenças significantes (P>0,05) entre indivíduos dos 3 grupos experimentais em relação à: idade, escolaridade, índice de massa corpórea, níveis de ansiedade e depressão, porte da cirurgia, duração da cirurgia e anestesia, tamanho da incisão, prevalência de complicações da ferida operatória e tempo de internação. Também não houve variações estatísticas entre homens vs mulheres e obesos vs não-obesos, antes da eletroterapia ter-se iniciado (POI), em relação à frequência de solicitações de analgésico à bomba de PCA, doses efetivamente liberadas e dose total diária de analgésico administrada aos pacientes. Iniciada a eletroterapia, pacientes do GCEC e GITD+Zn tiveram frequência de solicitações de analgésico à bomba de PCA e dose total diária de analgésico significantemente menor (P<0,05) que pacientes do GC, a partir do 2º PO, não havendo diferenças significantes entre os dois tratamentos. Um número menor de doses de analgésico efetivamente liberadas pela bomba também foi observado em pacientes do GCEC e GITD+Zn, nos 4 dias de pós-operatório, porém, as diferenças foram estatisticamente significantes (P<0,05), somente no 2º e 3º PO. Na avaliação da intensidade de dor observou-se que homens vs mulheres e obesos vs não-obesos apresentaram respostas diferentes, antes do início da eletroterapia (POI), onde percentual significantemente maior de mulheres (P<0,05) sentiu dor classificada como “moderada”, enquanto homens a classificaram como “leve”, e percentual significantemente maior de obesos (P<0,05) referiu sentir dor de intensidades “moderada”, “intensa” ou “muito intensa” quando comparado com não-obesos. Estas diferenças, porém, não foram observados com as escalas NRS e VAS. Iniciada a eletroterapia, em geral, observou-se que uma percentagem significantemente maior (P<0,05) de pacientes do GCEC e GITD+Zn, avaliados pela escala VRS, referiu não sentir dor ou ter dor leve, tanto no repouso como após a movimentação, nos 4 períodos do pós-operatório, quando comparado com o GC. Com raras exceções, observadas no 1º PO, os resultados obtidos com a CEC não diferiram estatisticamente (P>0,05) daqueles observados com a ITD+Zn. Quando foram aplicadas as escalas NRS e VAS, pacientes do GCEC e GITD+Zn tiveram uma intensidade de dor menor que a observada entre os pacientes do GC, em todos os períodos do PO, tanto em repouso, como após a movimentação. Porém, as diferenças só foram estatisticamente significantes (P<0,05) a parir do 2º PO, após a movimentação do paciente. Não foram observados eventos adversos ou quaisquer complicações com a aplicação da eletroterapia. Conclusões: A aplicação de CEC e ITD+Zn reduz a frequência de doses solicitadas ou liberadas de analgésico, o consumo de analgésico e, também, a intensidade de dor de pacientes submetidos à laparotomia, principalmente nas fases mais tardias do pós-operatório. Os benefícios, em geral, foram mais evidentes a partir do 2º dia de pós-operatório, após a movimentação do paciente. Com raras exceções, a eficácia de ambos os tratamentos no controle da intensidade de dor foi similar. No entanto, amostra maior de pacientes e o uso de outras metodologias de avaliação da intensidade de dor tornam-se necessárias para validar o real efeito da CEC e ITD+Zn como terapêuticas alternativas e/ou de suporte à analgesia convencional. / Purpose: To evaluate the effects of continuous electrical current (CEC) and zinc sulphate administered by transdermal iontophoresis (TDI+Zn) on the analgesic consumption and intensity of pain in patients submitted to elective laparotomies. Methods: 45 adult patients of both genders were randomly assigned to 3 experimental groups, with 15 patients each: CG - Control Group, with simulated treatment of abdominal incisions; GCEC, incisions treated with CEC alone; GTDI+Zn, incisions treated with CEC plus topical administration of zinc sulfate, through TDI. Electrotherapy was applied once a day in the morning, in a total of 4 treatment sessions, during 4 postoperative days. All patients also received postoperative analgesia with tramadol, using PCA pumps. Pain intensity was evaluated by the frequency and analgesic consumption, and by Verbal (VRS), Numerical (NRS) and Visual Analogue (VAS) scales, applied in the preoperative period and in the 4 postoperative days, before and after the movement/walking. Results: There were no statistically significant differences (P>0.05) among groups in relation to: age, schooling, body mass index, anxiety and depression levels, preoperative pain, surgery/anesthesia duration, incision size, prevalence of surgical wound complications, inpatient time, frequency of analgesic requested or released to/by the PCA pump, and total daily dose of analgesic administered in pre-, and immediate postoperative period. GCEC and GTDI+Zn patients had a frequency of analgesic requests to PCA pump and total daily dose of analgesic significantly lower (P <0.05) than CG patients, from the 2nd PO. A smaller number of analgesic doses effectively released by the pump were also observed in GCEC and GTDI+Zn patients in the 4 postoperative days, but the differences were statistically significant (P<0.05), only in the 2nd and 3rd PO. A significantly higher percentage (P<0.05) of GCEC and GTDI+Zn patients reported no pain or mild pain in VRS scale, and when NRS and VAS scales were applied they also had a lower pain intensity than that observed among CG patients, both at rest and after movement, in all periods of PO. However, the differences were only statistically significant (P<0.05) from the 2nd PO, after patient movement. Conclusion: CEC and TDI+Zn reduce analgesic consumption and pain intensity of patients undergoing laparotomy, especially in the later phases of the postoperative period. However, a larger sample of patients becomes necessary to validate the real effect of CEC and TDI+Zn as alternative and/or support for conventional analgesia. There were no differences between the two electrotherapeutic methods in reducing the pain intensity of patients.

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