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Elektroporation

Die Applikation hoher elektrischer Felder an Zellmembranen führt wegen deren hohen elektrischem Widerstand zu einer Aufladung. Bei Transmembranspannungen von mehr als 200 mV werden die Membranen instabil und verlieren ihren hohen elektrischen Widerstand durch die Bildung wässriger Kanäle. Nach Abklingen des elektrischen Feldes beobachtet man eine Verkleinerung und letztlich ein Ausheilen der elektrisch induzierten Poren (Chang et al. 1992). An der Universität Leipzig wurden hauptsächlich Untersuchungen an Zellsuspensionen (Blut, Hefe) zur Wiederherstellung der Membranintegrität nach einem Hochspannungspuls (Pliquett & Pliquett 1995) durchgeführt. Hierbei wurde der Zustand der Membranen durch Messung der elektrischen Impedanz verfolgt. Am MIT, (Cambridge, USA) wurden Untersuchungen zur Aufnahme zellfremder Substanzen während der Hochspannungsapplikation, hauptsächlich an Hefen und Ghost durchgeführt. An der Universität Bielefeld (Fakultät für Chemie) wurden sowohl die elektrischen als auch optischen Methoden bis zur Einzelzellauflösung (Whole-Cell-Clamp) verfeinert und sowohl die Porenbildung, der Transmembrantransport fluoreszierender Substanzen als auch die Wiederherstellung der Membranintegrität in Echtzeit an CHO-Zellen verfolgt (Pliquett et al. 2005). Ein speziell entwickelter Arbiträrfunktionsgenerator, der die Applikation von bipolaren Hochspannungspulsen beliebiger Kurvenformen bis zu +/- 1000 V bei einem Maximalstrom von 50 A gestattete, wurde für die Untersuchungen von Geweben unter Hochspannungseinfluss verwendet. Speziell für die Untersuchungen der Elektroporation im klinischen Bereich wurde im Rahmen eines EU-Projektes (Cliniporator) ein frei programmierbarer Hochspannungspulser entwickelt.

Ebenfalls wurden Hochspanungspulsgeneratoren für ultrakurze Pulse mit sehr hoher Spannung  gebaut und an Zellsuspensionen getestet. Für die sehr schnelle, potentialfreie Messung der Spannung (bis 30 kV) wurde eine Messapparatur auf der Grundlage des elektrooptischen Effektes (Pliquett & Altmann 2004) verwendet. Damit wurde eine ns-Zeitauflösung bei einer minimalen Belastung des Objektes erreicht.  

Am biomedizinischen Zentrum der ODU (Norfolk, USA) wurden ultrakurze Hochspannungspulse für die Tumortherapie (Nuccitelli et al. 2006) eingesetzt.

Chang, D. C., Chassy, B. M., Saunders, J. A., & Sowers, A. E. 1992, Guide to Electroporation and Electrofusion Academic Press, New York.

Nuccitelli, R., Pliquett, U., Chen, X., Ford, W., Swanson, J. R., Beebe, S. J., Kolb, J. F., & Schoenbach, K. 2006, "Nanosecond pulsed electric fields cause melanomas to self-destruct", Biochemical and Biophysical Research Communications, vol. 342, no. 2, pp. 351-360.

Pliquett, U. & Pliquett, F. 1995, "Electrical Field Effects on Red Blood Cells detected by pulse deformation", hys.Chem.Chem.Phys., vol. 2, pp. 11-19.

Pliquett, U., Krassen, H., Frantescu, C. G., Wesner, D., Neumann, E., & Schoenbach, K. 2005, "Asymmetric changes in membrane conductance due to hyper- and depolarization: probing with current and voltage clamp", IFMBE proceedings, vol. 11, paper 1923.

Pliquett, U. & Altmann, M. 2004, "Elektrooptischer Effekt zur Spannungsmessung während der Applikation ultrakurzer Hochspannungspulse," in Technische Systeme für Biotechnologie und Umwelt, D. Beckmann & M. Meister, eds., pp. 201-208.
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