Eletroporação

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A eletroporação ou electro permeabilização, é uma técnica de microbiologia em que um campo eléctrico é aplicado nas células de modo a aumentar a permeabilidade da membrana celular, permitindo que produtos químicos, medicamentos ou DNA possam ser introduzidos na célula.[1] Quando um campo elétrico, suficientemente, intenso é aplicado na célula, há uma redução desta barreira. [2] Este fenômeno é chamado de eletroporação e permite a transferência de íons e moléculas solúveis em água para dentro da célula. [3][4][5][6] Em microbiologia, o processo de eletroporação é geralmente utilizado para transformar bactérias, leveduras ou protoplastos vegetais através da introdução de uma nova codificação de DNA. Se as bactérias e os plasmídeos são misturados em conjunto, os plasmídeos podem ser transferidos para as bactérias após a eletroporação.[1][7]

Recipiente (ou cuvette) usado em microbiologia para eletroporação de células em suspensão. Dentro, veem-se os eletrodos de metal para aplicação do campo elétrico.

Utilização[editar | editar código-fonte]

A eletroporação tem sido aplicada em vários campos da bioquímica, biologia molecular, medicina e oncologia. É utilizada como forma de aumentar a eficiência das vacinas de DNA, para ativar a imunidade contra o câncer;[8] na eletroquimioterapia, na transferência de quimioterápicos (e.g., bleomicina, cisplatina) para dentro de células tumorais cutâneas e sub-cutâneas;[9] na transferência de plasmídeos (DNA) e fusão de células, como ferramenta no melhoramento genético;[10][11] transporte de moléculas (e.g., vitamina C, lidocaina, entre outras) para a pele;[12] e inserção de proteínas na membrana celular.[13] Entretanto, ocorre um efeito indesejado da eletroporação na terapia de desfibrilação cardíaca. Este tratamento é necessário na reversão das arritmias cardíacas, mas causa eletroporação nas membranas e conseqüente desequilíbrio iônico nas células do coração. [14]

História[editar | editar código-fonte]

O primeiro artigo sobre o rompimento elétrico reversível da membrana celular é atribuído a Stampfli em 1958 e foi publicada nos Anais da Academia Brasileira de Ciências. Na década seguinte, Sale e Hamilton (1967) relatam a destruição de micro-organismos utilizando pulsos elétricos. Na década de 70, Neumann e Rosenhech (1972) mostram que a aplicação de campos elétricos aumenta a permeabilidade da membrana plasmática em vesículas. Kinosita e Tsong (1977) introduzem o conceito de formação de poros na membrana.[15] Nos anos 80, a eletroporação foi aplicada na introdução de DNA,[16] bleomicina,[17][18] sacarose, marcadores e íons. No início da década seguinte, os poros da membrana eletroporada são visualizados usando microscopia ótica.[19] Na última década, houve um aumento do número de trabalhos focados na eficiência da transferência de moléculas para dentro da célula, e conseqüentemente, nos estudos dos fatores que influenciam a eletroporação.[20][21][22][23][24][25]

Estudo[editar | editar código-fonte]

O entendimento dos mecanismos da eletroporação fornece subsídios para aplicação desta ferramenta de forma eficiente e segura. No entanto, as explicações teóricas não concordam com os resultados experimentais. A dificuldade no entendimento da eletroporação está associada aos poros terem diâmetros da ordem de nanômetros (i.e. 0,000000001 metros) e sua dinâmica ocorrer na ordem de nano-microssegundos (i.e. 10-9-10-6 segundos). A dinâmica de abertura e fechamento, bem como o tamanho e quantidade de poros sofrem a influência de fatores como: campo elétrico aplicado e propriedades do meio celular (e.g., raio da célula, condutividade interna e externa do meio).[26]

Centros de pesquisa[editar | editar código-fonte]

Alguns dos principais centros de pesquisa no Brasil sobre teoria e aplicação da eletroporação:

Referências

  1. a b Neumann, E; Schaefer-Ridder, M; Wang, Y; Hofschneider, PH (1982). «Gene transfer into mouse lyoma cells by electroporation in high electric fields». The EMBO Journal. 1 (7): 841–5. PMC 553119Acessível livremente. PMID 6329708 
  2. Suzuki, D. O. H.; Ramos, A.; Ribeiro, M. C. M.; Cazarolli, L. H.; Silva, F. R. M. B.; Leite, L. D.; Marques, J. L. B. (Dezembro 2011). «Theoretical and Experimental Analysis of Electroporated Membrane Conductance in Cell Suspension». IEEE Transactions on Biomedical Engineering (em inglês). 58 (12): 3310–3318. ISSN 0018-9294. doi:10.1109/tbme.2010.2103074 
  3. CHANG, D. C.; CHASSY, B. M.; SAUNDERS, J. A.; SOWERS, A. E. Guide to Electroporation and Electrofusion. 1. ed. San Diego-California: Academic Press, 1992.
  4. WEAVER, J. C.; CHIZMADZHEV, Y. A. Theory of electroporation: A review. Bioelectrochemistry, v. 41, p. 135-160, 1996.
  5. TEISSIE, J.; GOLZIO, M.; ROLS, M. P. Mechanisms of cell membrane electropemeabilization: A minireview of our present (lack of ?) knowledge. Biochimica et Biophysica Acta, v. 1724, p. 270-280, 2005.
  6. MIKLAVČIČ, D.; Puc, M. Electroporation. In:____. Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering. New York: John Wiley & Sons Inc., 2006. p. 1-11.
  7. Sugar, I.P.; Neumann, E. (1984). «Stochastic model for electric field-induced membrane pores electroporation». Biophysical Chemistry. 19 (3): 211–25. PMID 6722274. doi:10.1016/0301-4622(84)87003-9 
  8. RICE, J.; OTTENSMEIER, C. H., STEVENSON, F. K. DNA vaccines: precision tools for activating effective immunity against cancer. Nature Reviews Cancer, v.8, p. 108-20, 2008.
  9. SERSA, G.; MIKLAVČIČ, D.; CEMAZAR, M.; RUDOLF, Z., PUCHIHAR, G.; SNOJ, M. Electrochmeotherapy in treatment of tumours. European Journal of Surgical Oncology, v. 34, p. 232-240, 2008.
  10. NICKOLOFF, J. A.; 1995. Animal cell electroporation and electrofusion protocols. 1. ed. New Jersey: Humana Press Inc.
  11. NICKOLOFF, J. A.; 1995. Plant cell electroporation and electrofusion protocols. 1. ed. New Jersey: Humana Press Inc.
  12. DENET, A.; VANBEVER, R.; PREAT, V. Skin electroporation for transdermal and topical delivery. Advanced Drug Delivery, v. 56, p. 659-674, 2004.
  13. MOUNEIMME, Y; TOSI, P. F.; BARHOUMI, R.; NICOLAU, C. Electroinsertion: an electrical method for protein implantation into cell membranes. In:_____. Guide to Electroporation and Electrofusion. 1. ed. San Diego-California: Academic Press, 1992, p. 327-346.
  14. NIKOLSKI, V. P.; EFIMOV, I. R. Electroporation of the heart. Europeace, v. 7, p. S146-S154, 2005.
  15. KINOSITA, K.; TSONG, T. Y. Formation and resealing of pores of controlled sizes in human erythrocyte membranes, Nature, v. 268, p. 438-443, 1977.
  16. Neumann, E.; Schaefer-Ridder, M.; Wang, Y; Hofschneider, P.H. Gene transfer into mouse lyoma cells by electroporation in high electric fields, European Molecular Biology Organization Journal, v. 1, p. 841-845, 1982.
  17. Okino, M.; Mohri, H. Effects of a high-voltage electrical impulse and an anticancer drug on in vivo growing tumors, Japanese Journal of Cancer Research, v. 78, p. 1319-1321, 1987.
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  21. VALIČ, B.; GOLZIO, M.; PAVLIN, M.; SCHATZ, A.; FAURIE, C.; GABRIEL, B.; TEISSIE, J., ROLS, M. P. MIKLAVČIČ, D. Effect on electric field induced transmembrane potential on spheroidal cells: theory and experiments. European Biophysical Journal, v. 32, p. 519-528, 2003.
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  26. SUZUKI, Daniela Ota Hisayasu. Estudo da condutividade elétrica de suspensões de eritrócitos de ratos durante aplicação de campos elétricos intensos : teoria, modelagem e experimentação. Florianópolis, 2009. xx, 81 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Disponível em: <http://www.tede.ufsc.br/teses/PEEL1317-T.pdf>