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Elektroporation, Desintegration

Biologische Membranen haben einen hohen elektrischen Widerstand und wirken deshalb wie ein Kondensator. Wird er durch ein äußeres elektrisches Feld aufgeladen, kann es bei Transmembranspannungen von mehr als 200 mV zu einer Instabilität der Membran mit Bildung wässriger Poren in der Lipid-Doppelschicht kommen (Elektroporation) (Neumann & Rosenheck 1972).  Diese Poren besitzen einen wesentlich höheren Leitwert als die Membran selbst, wodurch es zu einer drastischen Erhöhung der Membranpermeabilität kommt. In diesem Zustand können üblicherweise nicht membrangängige Moleküle, wie große geladene Moleküle, durch die Membran geschleust werden (Weaver 1993). Nach Abklingen des elektrischen Feldes stellt sich die Membranbarriere durch Selbstorganisation wieder her.

Die Elektroporation eignet sich zum Einschleusen von nieder- und hochmolekularen hydrophilen Wirkstoffen in Zellen, beispielsweise zur elektrochemischen Krebstherapie (Elez et al. 2003;Mir 2000) oder zur Gentherapie (Neumann et al. 1982). Ebenso kann die Permeabilität multilamellarer Schichten, wie die der Hornhaut, durch elektrische Felder gesteuert werden, was für die transdermale Darreichung (Pliquett 1999) von Interesse ist. Derzeit wird vermehrt versucht, auf dieser Grundlage kosmetische Behandlungen, beispielsweise von Cellulitis, zu etablieren (Weber et al. 2010).

Durch sehr hohe elektrische Felder sehr kurzer Dauer (ns-Bereich) lassen sich Gewebe oder Konglomerate von Zellen desintegrieren [HV_Biogas]. Dabei wirkt das elektrische Feld den bindenden elektrostatischen Kräften entgegen. Unterstützt wird dies von der den elektrischen Puls normalerweise begleitenden Schockwelle.

 

Elez, R., Piper, A., Kronenberger, B., Kock, M., Brendel, M., Hermann, E., Pliquett, U., Neumann, E., & Zeuzem, S. 2003, "Tumor regression by combination antisense therapy against Plk1 and Bcl-2", Oncogene, vol. 22, pp. 69-80.

Mir, L. M. 2000, "Therapeutic perspectives of in vivo cell electropermeabilization", Bioelectrochemistry, vol. 53, pp. 1-10.

Neumann, E. & Rosenheck, K. 1972, "Permeability changes induced by electric pulses in vesicular membranes", J.Membrane Biol., vol. 10, pp. 279-290.

Neumann, E., Schaefer-Ridder, M., Wang, Y., & Hofschneider, P. H. 1982, "Gene transfer into mouse lyoma cells by electroporation in high electric fields.", EMBO J., vol. 1, pp. 841-845.

Pliquett, U. 1999, "Mechanistic studies of molecular transdermal transport due to skin electroporation", Adv.Drug Deliv.Rev., vol. 35, pp. 41-60.

Weber, J., Pliquett, U., Mayer, E., Nizze, H., Jonas, L., Krüger, B., Wessels, J., & Rose, C. 2010, "Nadellose transdermale Gewebetherapie - Mesotherapie - mittels elektrischer Feldpulse", Kosmetische Medizin, vol. 1, pp. 12-22.

Weaver, J. C. 1993, "Electroporation: a general phenomenon for manipulating cells and tissue", J.Cellular Biochem, vol. 51, pp. 426-435.
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