Nelinearni dinamički model tkiva podvrgnutog elektropermeabilizaciji : doktorska disertacija - Lacković, Igor (I. Lacković ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2004)
Cilj istraživanja bio je: (i) razviti matematičke modele električnih i toplinskih pojava u tkivu podvrgnutom djelovanju električnih impulsa kakvi se koriste za in vivo elektropermeabilizaciju i elektrogenski prijenos, i (ii) analizirati mogućnost da mjerenje napona i struje za vrijeme davanja impulsa može poslužiti za aktivno praćenje i predviđanje stupnja elektropermeabilizacije tkiva. Predloženi modeli temelje se na rješavanju odgovarajućih parcijalnih diferencijalnih jednadžbi za raspodjelu električnog potencijala i temperature u tkivu metodom konačnih elemenata u tri dimenzije. Za dvije konfiguracije elektroda (pločaste i par iglastih) provedene su simulacije za različite protokole davanja impulsa uključujući kratke visokonaponske permeabilizacijske impulse i duge niskonaponske elektroforetske impulse i vrednovani su utjecaji specifične električne vodljivosti tkiva (uključujući i anizotropnost, nelinearnost i temperaturnu ovisnost), parametara impulsa (amplituda, broj, trajanje, repeticija), perfuzije krvi i odvođena topline konvekcijom s površine prema okolini na raspodjelu električnog polja i temperature u tkivu te na rezultirajući valni oblik struje. Pored teorijskog rada provedeno je eksperimentalno ispitivanje predloženih modela mjerenjem struje i napona za vrijeme davanja permeabilizacijskih električnih impulsa i to in vitro na gustim suspenzijama stanica B16-F1 i in vivo na jetri štakora. Rezultati proračuna i predložene metode modeliranja i analize donose važne informacije primjenjive za određivanje parametara električnih impulsa i konfiguracija elektroda za elektrotransfekciju, s mogućom primjenom za učinkovitu i sigurnu nevirusnu gensku terapiju, kao i za poboljšanje sadašnjih protokola davanja impulsa za elektrokemoterapiju. Eksperimentalni rezultati ukazuju na mogućnost praćenja stvaranja pora u stvarnom vremenu i predviđanje ishoda elektropermeabilizacije tkiva temeljem informacije dobivene mjerenjem struje i napona za vrijeme davanja impulsa. Ključne riječi: bioelektričke pojave, napredno računalno modeliranje i simuliranje, permeabilnost stanične membrane, elektroporacija, elektropermeabilizacija, Jouleovo zagrijavanje, konfiguracije elektroda, električna i toplinska svojstva tkiva, spregnuti toplinsko-električki model, metoda konačnih elemenata