Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:24:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013 / Este trabalho objetiva a preparação de um arranjo experimental para o estudo
da eletroporação de célula única. Quando a membrana celular é submetida a
um campo elétrico externo suficientemente intenso, poros de escala nanométrica
se formam na membrana, aumentando sua permeabilidade. Esse fenômeno
é chamado de eletroporação. Apesar da eletroporação ser usada em
uma série de processos, a dinâmica da abertura e crescimento dos poros ainda
não é totalmente conhecida, e não há um modelo matemático confiável que
permita a simulação quantitativa do fenômeno. Experimentos da eletroporação
podem ser feitos em células em suspensão (tradicional), aplicando-se
campos elétricos com eletrodos de placas paralelas, ou em células únicas,
com o auxílio de eletrodos capilares repletos com eletrólito (EFC). A última
opção possui a vantagem de permitir a obtenção de dados mais consistentes
para a modelagem do fenômeno, uma vez que as medições são referentes aos
efeitos em uma única célula e não uma combinação dos eventos que ocorrem
nas diversas células (de tamanhos diferentes). Além disso, possibilita
a eletroporação de células ou regiões específicas de tecidos in vivo. Neste
trabalho, um modelo matemático foi adaptado para arranjos experimentais
de eletroporação de célula única com EFCs. O modelo adaptado permitiu a
avaliação qualitativa do número de poros criados e suas dimensões em diferentes
regiões da membrana celular. Quanto maior a intensidade do estímulo
elétrico, maior é o número de poros, e menor é o raio destes poros. O aprimoramento
do modelo depende da obtenção de dados experimentais. Também
foi preparado um arranjo experimental físico para a realização de experimentos
de eletroporação de célula única com eletrodos do tipo EFC, que inclui
o desenvolvimento de um nanoamperímetro. O conjunto permitiu: a caracterização
da impedância dos eletrodos EFC produzidos no laboratório como
praticamente resistivos de 0 a 10kHz; e a identificação do posicionamento
do eletrodo em relação à membrana ou tecido a partir de medições de variações
da impedância. Aproximando-se de uma célula única, o eletrodo atinge
o posicionamento adequado com um deslocamento de alguns micrômetros,
enquanto quando o alvo é um tecido muscular, o deslocamento é de algumas
centenas de micrômetros. Estes resultados indicam que com este arranjo experimental,
será possível a eletroporação de células e tecidos em cultura, e
assim, permitir a obtenção de dados relativos ao número e às dimensões dos
poros formados <br> / This work aims to develop an experimental set-up for the study of singlecell
electroporation. Whenever cell membrane is submitted to a sufficiently
intense electric field, nanoscale pores are formed, increasing membrane permeability.
The phenomena is termed electroporation. In spite of being used
in several processes, dynamics of pore creation and development is not yet
known, and there is no trustful mathematical model that allows quantitative
numerical simulations of electroporation. Electroporation experiments may
be traditionally performed in cell suspensions (bulk electroporation), by applying
electric fields through parallel plates, or in a single-cell set-up, with
electrophysiology capillary electrodes (EFC). The latter set-up has the advantage
to provide more consistent data to feed mathematical model development,
once the measurements relate to the effects on a single-cell, while the
results obtained by bulk electroporation are a combination of the effects of
the events occurred on several cells of different size. Besides, it allows the
electroporation of specific cells or tissue regions textitin vivo. In this work,
a mathematical model was adapted to single-cell electroporation set-ups with
an EFC. The model enabled qualitative analysis of pore creation and dimensions
in different regions of cell membrane. The greater the intensity of the
electrical stimulus, the greater the number of pores created, and smaller are
the radii of the pores. Upgrading the model depends on the collection of
experimental data. An experimental set-up was prepared for single-cell electroporation
with EFC type electrodes, which include the development of a
nanoampere ammeter. This set-up permited: the characterization of the impedance
of EFC electrodes made in the laboratory as practically resistive from
0 to 10kHz; the identification of the position of the electrode tip with respect
to the cell membrane or tissue through impedance variations measurements.
When approaching a single cell, the electrode reaches the appropriated proximity
within a displacement of a few unities of micrometer, while when the
target is muscular tissue, the displacement is of some hundreds of micrometers.
These results indicate that, with this experimental set-up, it will be possible
to electroporate cells grown in cultures and tissues, and thus to provide
the gathering of information related to pore creation and pore dimensions.
Keywords: Electroporation. Electropermeabilization. SCEP. Mathematical
Models. Cell Membrane.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/107166 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Chiea, Rafael Attili |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Suzuki, Daniela Ota Hisayasu, Marques, Jefferson Luiz Brum |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 87 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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