Modeliranje vpliva elektroporacije na proženje akcijskih potencialov pri kardiomiocitihBogičević, Bojana (Avtor) Rems, Lea (Mentor) srčne aritmijeelektroporacijamatematični modelnadomestno vezjeakcijski potencialregulacija znotrajceličnega kalcijaionski kanaliionski prenašalciSrčne aritmije so nepravilnosti srčnega ritma, ki lahko segajo od blagih in asimptomatskih do življenjsko ogrožajočih stanj. Zdravljenje srčnih aritmij je individualizirano in temelji na vrsti aritmije, resnosti, zdravstvenih razmerah posameznika ter tudi na starosti in življenjskem slogu bolnika. Atrijska fibrilacija (AF) je najpogostejša motnja srčnega ritma, ki jo zaznamuje neurejen in hiter srčni utrip. Pogosto povzroča simptome, kot so palpitacije, utrujenost in zasoplost, ter povečuje tveganje za možgansko kap in srčno popuščanje. V zadnjih letih je katetrska ablacija postala prednostna metoda za zdravljenje atrijske fibrilacije, kar odražajo tudi najnovejša priporočila. Postopek ablacije uniči določena območja srčnega tkiva, ki povzročajo aritmijo oz. ta območja električno izolira od preostalega dela srca. Klasični načini katetrske ablacije vključujejo radiofrekvenčno ablacijo (RFA) in krioablacijo, ki sta se izkazali za učinkoviti pri odpravljanju aritmičnih žarišč. Ireverzibilna elektroporacija je inovativna netermična ablacijska metoda v srčni elektrofiziologiji, ki temelji na uporabi visokonapetostnih električnih pulzov, ki povzročijo povečanje prepustnosti celičnih membran. Povečana prepustnost poruši celično homeostazo, kar lahko vodi v smrt tarčnih celic. Ta proces omogoča uničenje tarčnih celic, kar se je izkazalo učinkovito za zdravljenje srčnih aritmij. Ireverzibilna elektroporacija obeta manjše tveganje za poškodbe okoliških tkiv in boljšo varnost za bolnike v primerjavi s termičnimi metodami ablacije. Znano pa je, da se okrog ireverzibilno elektroporiranega tkiva vedno nahaja tudi regija reverzibilno elektroporiranega tkiva, v katerem celice preživijo izpostavitev električnim pulzom. Reverzibilna elektroporacija kardiomiocitov bi lahko vplivala njihovo sposobnost proženja akcijskih potencialov v teh regijah. Zato je potrebno bolje razumeti, kako elektroporacija vpliva na funkcijo kardiomiocitov. Cilj tega diplomskega dela je bil raziskati vpliv elektroporacije na funkcijo kardiomiocitov s poudarkom na modeliranju vpliva elektroporacije na proženje akcijskih potencialov pri izoliranih kardiomiocitih. Z modelom smo želeli razjasniti, kako povečanje prepustnosti membrane in neselektivnega toka ionov prek membrane vpliva na delovanje ionskih kanalov in prenašalcev v celični membrani ter na dinamiko akcijskih potencialov in časovnega poteka znotrajceličnega kalcija, ki je povezan s krčenjem kardiomiocita. Za dosego cilja raziskave smo uporabili dva matematičnega modela, ki opisujeta dinamiko akcijskih potencialov pri izoliranih kardiomiocitih s pomočjo nadomestnega električnega vezja. Izbrana modela smo nadgradili z vključitvijo opisa neselektivnega toka ionov prek por v membrani, nastalih zaradi elektroporacije. Model smo implementirali in simulirali v okolju Matlab, sistem diferencialnih enačb pa rešili s funkcijo ode15s. Naše simulacije so pokazale, da nastanek por v membrani močno vpliva na proženje akcijskih potencialov. Z višanjem števila por se akcijski potencial najprej podaljšuje, dokler se pri določenem številu por kardiomiociti ne morejo več repolarizirati in ostanejo depolarizirani ter niso več sposobni proženja akcijskih potencialov. Ko kardiomiociti postanejo depolarizirani, se možno poveča tudi koncentracija znotrajceličnega kalcija. Vse te spremembe opazimo že pri zelo majhnem številu ustvarjenih por (manj kot 20), kar pomeni, da že zelo šibka elektroporacija lahko močno vpliva na sposobnost proženja akcijskih potencialov. Rezultati raziskave bodo pripomogli k razumevanju sprememb v znotrajsrčnih elektrogramih, ki jih opazijo kardiologi po ablaciji srca z elektroporacijo, in potencialno k uporabi teh signalov za napovedovanje uspeha zdravljenja.20242024-09-12 13:11:10Diplomsko delo/naloga161593VisID: 62492COBISS_ID: 207341315sl