Electroporația sau electropermeabilizarea este o creștere semnificativă a conductivității electrice și a permeabilității membranei plasmatice a celulei provocată de un câmp electric aplicat din exterior. Electroporația este folosită în biologia moleculară ca o cale pentru a introduce o anumită substanță într-o celulă, cum ar fi încărcarea celulei cu o probă moleculară, cu un medicament care poate modifica funcționarea celulei, sau cu un fragment de ADN.
Electroporația este un fenomen dinamic care depinde de potențialul electric transmembranar în fiecare punct de la nivelul membranei celulare. Astfel, pentru o durată dată a pulsului și pentru o formă anume a membranei, există un prag al potențialului transmembranar care să permită manifestarea fenomenului de electroporație (de la 0,5 V la 1 V). Aceasta conduce la definirea unui prag în ceea ce privește magnitudinea câmpului electric pentru a fi posibilă electroporația. Cu alte cuvinte, sunt electroporate numai celulele care sunt în zone cu un câmp electric mai mare decât valoare de prag. Dacă este atins sau depășit un al doilea prag, electroporația va compromite viabilitatea celulelor, acest fenomen numindu-se electroporație ireversibilă.
În biologia moleculară, electroporația este utilizată adesea pentru transformarea bacteriilor, drojdiilor și protoplaștilor de plante. De asemenea, electroporația este folosită pentru tratarea tumorilor.
S-a descoperit faptul că în cazul unor animale electroporația cu voltaj ridicat distruge celulele țintă cu precizie mare, lăsând neafectate celulele învecinate. Prin aceasta, electroporația reprezintă un nou tratament promițător pentru cancer, pentru bolile inimii și pentru alte probleme de sănătate care necesită înlăturarea de țesut.
O tehnică recentă, numită electroporație ireversibilă non-termală (N-TIRE) s-a dovedit eficientă pentru tratarea mai multor tipuri de tumori și a altor țesuturi nedorite. Această procedură este făcută cu ajutorul unor mici electrozi (de 1 mm diametru) plasați, fie în, sau înconjurând țesutul țintă, pentru a permite aplicarea unor scurte rafale repetate de electricitate la un voltaj și la o frecvență predeterminate. Aceste explozii de electricitate cresc potențialul transmembranar de repaus (TMP), astfel încât se formează nano-pori la nivelul membranei plasmatice. Atunci când electricitatea aplicată țesutului depășește pragul câmpului electric specific pentru țesutul țintă, celulele devin permanent permeabile datorită formării nano-porilor. Rezultatul este că celulele sunt incapabile să repare deteriorarea produsă și, astfel, mor datorită pierderii homeostaziei. N-TIRE este unică față de alte tehnici de ablație a tumorilor prin aceea că nu creează deteriorări termice în țesuturile înconjurătoare.
Prin contrast, electroporatia ireversibilă are loc atunci când electricitatea aplicată cu ajutorul electrozilor este sub pragul câmpului electric specific țesutului țintă. Datorită faptului că electricitatea aplicată este sub pragul celulelor, ea permite celulelor să-și repare stratul dublu de fosfolipide și să-și continue funcționarea normală. Electroporația reversibilă este folosită în tratamentele care implică administrarea unui medicament sau a unei alte molecule care nu trece în mod normal prin membrana celulară. Fiecare țesut are pragul său de câmp electric; așadar, trebuie făcute măsurători înainte de tratament, pentru siguranța și eficiența administrării.
Unul dintre avantajele majore ale N-TIRE este că, atunci când este făcut corect, afectează numai țesutul țintă. Acest tratament nu afectează deloc și lasă sănătoase proteinele, matricea extracelulară și structurile critice, precum vasele sanguine și nervii. Acest fapt permite o recuperare rapidă și facilitează o înlocuire mai rapidă a celulelor tumorale moarte cu celule sănătoase.
Un dezavantaj al N-TIRE este că electricitatea transmisă prin electrozi poate stimula contracțiile celulelor musculare, ceea ce ar putea avea consecințe letale, depinzând de situație. Prin urmare, atunci când se utilizează această procedură, trebuie folosit și un anestezic.
Recent, a fost dezvoltată o tehnică numită electroporație ireversibilă de înaltă frecvență (H-FIRE). Această tehnică folosește electrozii pentru a aplica rafale bipolare de electricitate de înaltă frecvență, în vreme ce anterior se aplicau rafale unipolare de electricitate de joasă frecvență. Această tehnică nouă are același succes în ablația tumorii. Totuși, are avantajul distinct că nu provoacă contracții musculare în pacient și, prin urmare, nu este necesar niciun anestezic.
Actualmente, N-TIRE este din ce în ce mai folosită pentru tratarea unor tumori simple, cutanate sau subcutanate, la om. În plus față de aceasta, sunt încercări de a folosi această tehnologie pentru a trata cancerul de prostată, plămân, rinichi și ficat la om. Totuși, oamenii de stiință sunt în curs de asimilare a acestei tehnologii și a efectelor ei asupra animalelor și asupra oamenilor. Astfel, un studiu făcut de Kenneth Thompson și ceilalți a testat siguranța tratamentului N-TIRE asupra oamenilor suferinzi de cancer la plămân, rinichi sau ficat. Din 69 de tumori tratate, 49 dintre ele au fost indepărtate complet prin ablație. Astfel, acest studiu aduce mărturii încurajatoare pentru utilizarea ulterioară a N-TIRE ca metodă pentru tratarea pacienților bolnavi de cancer.
Electroporația poate fi utilizată, de asemenea, pentru a facilita transportul unor substanțe medicamentoase sau a unor gene într-o celulă prin aplicarea unor pulsuri electrice scurte și intense, care permeabilizează temporar membrana celulară, permițând astfel transportul spre interior a unor molecule care altfel nu pot trece prin membrana celulară. Această procedură este numită electro-chimioterapie, atunci când moleculele de transportat sunt agenți chimioterapeutici, sau electrotransfer de gene, atunci când molecula de transportat este ADN.
Deși electroporația și fenomenul de străpungere dielectrică rezultă ambele prin aplicarea unui câmp electric, mecanismele implicate sunt fundamental diferite. În străpungerea dielectrică, materialul barieră este ionizat, apărând astfel o cale conducătoare de electricitate. Alterarea materială este, astfel, de natură chimică. În contrast, în timpul electroporației, moleculele de lipide nu sunt alterate chimic, ci își schimbă pur și simplu poziția, deschizând un por care acționează ca o cale conducătoare prin stratul dublu de fosfolipide, acest por fiind umplut cu apă.
