Podrobno

Določanje pragov elektroporacije v 3d hidrogelih iz fluorescentnih mikroskopskih slik
ID Hafner, Klemen (Avtor), ID Kos, Bor (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (7,49 MB)
MD5: F21850A89A4FEBC31A806F4111970E2D

Izvleček
Genski elektroprenos (GET) predstavlja izjemno obetavno nevirusno orodje za ciljano gensko terapijo, vendar pa njegov uspešen prenos v klinično prakso na živih tkivih omejuje težavnost natančnega določanja lokalnih pragov električnega polja, ki so ključni za zagotavljanje učinkovite transfekcije plazmidov in preživetja celic. Da bi premostili vrzel med eksperimentalnimi rezultati in kompleksnimi numeričnimi modeli, smo razvili robusten in avtomatiziran sistem za obdelavo slik, ki omogoča vrednotenje dinamike elektroporacije v 3D kolagenskih hidrogelnih tkivnih modelih, ki bolj natančno posnemajo strukturno kompleksnost naravne zunajcelične matrike, kot 2D kulture na steklu ali plastiki. Z uporabo računske poravnave visokoločljivostnih eksperimentalnih fluorescenčnih mikroskopskih slik in tridimenzionalnih numeričnih porazdelitev električnega polja, ki smo jih modelirali v programu COMSOL Multiphysics, je naš algoritem neposredno preslikal prostorske koordinate (težišča) posameznih celic in povprečne intenzitete fluorescence na točne lokalne jakosti električnega polja. Z uporabo večparametričnega pristopa fluorescenčnega barvanja smo kvantitativno določili natančne empirične pragove za reverzibilno permeabilizacijo membrane (YO-PRO-1), ireverzibilno poškodbo membrane (propidijev jodid) in celotno viabilnost celic (Calcein AM) pri različnih parametrih pulzov ter geometrijah igelnih elektrod. Prostorska analiza je poleg tega razkrilo pomembno polarnostno odvisno asimetrijo: celice, usmerjene proti katodi (negativni elektrodi), so za dosego uspešne permeabilizacije in celične smrti konsistentno potrebovale nižje jakosti lokalnega električnega polja v primerjavi s celicami, ki so se nahajale v bližini anode (pozitivne elektrode). Razviti analitični sistem tako jasno pokaže ozko terapevtsko okno za genski elektroprenos in zagotavlja visoko ponovljivo metodo za povezovanje eksperimentalnih opažanj z numeričnimi simulacijami, kar predstavlja močno orodje za optimizacijo parametrov pulzov in načrtovanje elektrod za prihodnje aplikacije v kompleksnih tkivnih okoljih.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:elektroporacija, genski elektroprenos, 3D tkivni model, obdelava medicinskih slik
Vrsta gradiva:Diplomsko delo/naloga
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2026
PID:20.500.12556/RUL-186236 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:28.08.2026
Število ogledov:34
Število prenosov:5
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Determining electroporation threshold in 3d hydrogel cultures from fluorescent microscopy images
Izvleček:
Gene electrotransfer (GET) represents a highly promising non-viral tool for targeted gene therapy; however, its successful clinical translation to live tissue is hindered by the challenge of precisely verifying local electric field thresholds required for efficient plasmid transfection and cell survival. To bridge the gap between experimental outcomes and complex numerical models, we developed a robust, automated image processing framework to evaluate electroporation dynamics within 3D collagen hydrogel tissue models, which mimic the structural complexity of the natural extracellular matrix better than the 2D cell cultures on glass or plastic. By computationally aligning high-resolution experimental fluorescence microscopy images with 3D numerical electric field distributions modeled in COMSOL Multiphysics, our custom pipeline successfully mapped individual cell centroids and bulk fluorescence intensities directly to their exact local electric field strengths. Using a multi-parametric fluorescent staining approach, we quantitatively determined exact empirical thresholds for reversible membrane permeabilization (YO-PRO-1), irreversible membrane damage (propidium iodide), and overall cell viability (Calcein AM) across varying pulse parameters and needle geometries. High-throughput location-dependant analysis of cell response further revealed a significant, polarity-dependent asymmetry: cells located near the cathode (negative electrode) required consistently lower localized electric field intensities to achieve both successful permeabilization and cell death compared to those situated near the anode (positive electrode). Ultimately, this assay framework clearly defines the narrow therapeutic window for GET and provides a highly reproducible method for bridging experimental observations with numerical simulations, offering a powerful approach to optimize pulse parameters and electrode designs for future applications in complex tissue environments.

Ključne besede:electroporation, gene electrotransfer, 3D tissue model, medical image processing

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj