电场分析乳腺癌肿瘤细胞

文摘

折射的一个有吸引力的替代治疗恶性肿瘤传统治疗方法,如手术,放疗,化疗,electrical-pulse-mediated药物输送。电场分布的组织/肿瘤组织的有效的治疗是很重要的。本文阐述了电场分布的研究使用麦克斯韦三维组织模型模拟器。我们的研究结果表明,肿瘤组织较低电场强度与正常细胞相比,这使得他们容易electrical-pulse-mediated药物输送。这种差异可能是由于改变属性的肿瘤细胞与正常细胞相比,和我们的研究结果证实了这一点。

1。介绍

电穿孔,非热能的现象,用于提高生物细胞和组织的通透性(1- - - - - -4]。在这里,尝试研究电场对肿瘤组织的影响从而导致电穿孔的疗效。电穿孔包括膜的快速结构重排,以回应一个电应用电场。的导电性明显效果是一个快速增长归因于形成双分子层脂膜的毛孔。文献显示显著进步的电变化趋势根据乳腺上皮细胞的增殖特性。生理学家还进一步假设,持续的去极化和失败所产生的恶性转化细胞分裂后的细胞再极化,使区域癌症发展相对去极化的:或休息时,同行相比,(5]。它会导致膜壁的破裂可以是可逆或不可逆的。电穿孔一般取决于电压的大小和持续时间,以及应用领域。膜电位的(给药6] 在哪里细胞半径和吗δ电场之间的角度吗E和半径矢量。电场分布是必要的详细研究一种有效的理解组织受到电场时的行为。在这项研究中,一个3 d建模的肿瘤和正常组织使用ANSOFT仿真。组织的行为和电场的影响指出在每种情况下。文献表明,电气性能的变化异常乳房乳腺正常组织(相比是更重要的7]。表面电位敏感肿瘤的存在,位置和放置的电极8]。结果可以作为补充实验分析,对于有效的组织为实际操作,实际的应用程序,比如electroporation-mediated基因治疗和增强chemo-drug交付(electrochemotherapy) [1- - - - - -4]。

2。组织模型的仿真

快速而准确的仿真结果,我们选择了麦克斯韦有限元软件ANSOFT公司,美国。对于这个模拟研究,稍微的修改版本的更详细的电气模型肿瘤组织报道Surowiec et al。9使用了)。

乳房的三维模型叶单一肿瘤和正常细胞,肿瘤细胞有两个和两个正常细胞,模拟对针板电极配置。模型使用麦克斯韦开发3 d模拟如图1。肿瘤细胞和正常细胞都设计成球形细胞。麦克斯韦模拟器是一个互动的包,使用有限元分析(FEA)来解决三维静电问题。正常和肿瘤细胞的介电常数和电导率参数用于模型如表所示1(9,10]。高电压1200 V /厘米的应用1 kHz的频率。

3所示。结果和分析

3.1。电场分析组织

板电极的电场在组织模型配置如图2和3对正常和肿瘤细胞组织。电场强度对正常细胞组织比肿瘤细胞组织。这可能是由于膜结构的变化、成分、和矿物质在肿瘤细胞与正常细胞相比11]。类似的结果也电极针配置(图4)。

从这个电场分布值,计算跨膜电位的外加电压。同时,从不同的组织模式的三维模拟模型指出电容值,这个值是使用MATLAB应用于电气模型。

3.2。电的细胞模型

模拟研究,稍微的修改版本的更详细的电气模型细胞Schoenbach报道的团队(12,13使用)。图5说明了本研究中使用的细胞模型。最右边的R和C元素对应于媒介。假设整个乳房叶与组织作为一个单独的细胞,和仿真。这里,组织被建模为一个同质的导电介质(细胞质)漏水的介质膜包围。

在上面的电气模型,正常细胞的电容被电容值从ANSOFT获得癌细胞在本研究开发的模型。这个电气模型,脉冲电场的1200 V /应用脉冲宽度100厘米μ秒,1秒的时间。

电压的变化(y设在)每个元素对时间(x设在)如图6- - - - - -10对于各种组织模型研究了使用板电极配置。图6显示电压的各种细胞元素,如细胞核、等离子体和导电细胞质与正常细胞和肿瘤细胞组织。

图7显示了一个组织的电压有两个正常细胞和图8表明组织的两个肿瘤细胞(板电极)。有轻微的变化在肿瘤组织与正常组织相比模型。图9显示了两个肿瘤组织使用电极针。之间有明显不同的电压和个人资料这两个电极之间的各种元素配置指示电极电穿孔的疗效的影响(14,15]。

3.3。跨膜电位(TMP)及其比较

图10显示了影响电场方向的跨膜电位(TMP)。方向是不同的从0到70度,和TMP评估应用电极之间的电压。可以推断,跨膜电位会减少与增加的方向。同时,肿瘤组织的跨膜潜力小于正常组织。这也可能是由于改变了细胞膜和其他细胞参数的肿瘤细胞与正常细胞相比。

3.4。核膜电位及其比较

表2显示了电场方向的影响在核膜电位(NMP)。方向是不同的从0到70度,和评估NMP应用电极之间的电压。可以推断,NMP倾向于减少与增加的方向。同时,肿瘤组织的NMP小于正常组织。这也可能是由于改变了细胞膜和其他细胞参数的肿瘤细胞与正常细胞相比。

4所示。讨论和结论

肿瘤细胞有不同的代谢及电气性能由于结构异常(11]。健康细胞的膜电位控制密切相关的细胞膜运输和扩散机制以及DNA,蛋白质合成,有氧能源生产。因为癌细胞不能保持一个正常的膜电位,他们将有电子障碍,妨碍正常代谢功能的修复和重建。因此,细胞修复和癌症治疗的主要治疗方法是重新建立一个健康的身体的细胞的膜电位。

在我们的研究中,电场分布在正常和肿瘤组织使用3 d有限元分析研究平面和针电极配置。肿瘤组织显示了低强度的电场与正常组织相比,可能由于膜电位的改变特点,其成分和矿物质如钾、镁、钠和钙(11]。这些结果证明恶性细胞的敏感性电场应用程序和正常细胞的相对可靠性,说明electrochemotherapy增强疗效的药物使用低剂量。现场分析结果可用于评估肿瘤组织的有效的治疗参数。

细胞膜和细胞质的电特性,如膜的电导率和介电常数和细胞质,以及膜厚度也管理响应由于电穿孔除了电场的强度和分布。我们的研究结果表明,电场分析可用于选择合适的参数有效治疗的肿瘤组织,因为这些参数需要优化的各种肿瘤组织和细胞。

引用

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