Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZCHWE
Type: Dissertação de Mestrado
Title: Estudo sobre a eletroporação de células biológicas com pulsos de curta duração e alta intensidade
Authors: William Perez Dias de Figueiredo
First Advisor: Jaime Arturo Ramirez
First Referee: Elizabeth Ribeiro da Silva
Second Referee: Danilo Barbosa Melges
Third Referee: Ivan Jose da Silva Lopes
Abstract: Os objetivos desse trabalho foram construir um eletroporador portátil de células biológicas com pulsos na faixa de 100V a 900V de amplitude e 2$\mu$s a 100$\mu$s de duração e realizar estudos de viabilidade celular e avaliação do efeito desses pulsos sobre a entrada de moléculas fluorescentes em células LLC-MK2. O eletroporador foi concebido em três módulos: gerador de alta tensão c.c., módulo de controle e um módulo de chaveamento em alta tensão. O gerador de alta tensão c.c. foi construído com dobradores capacitivos, o módulo de controle foi construído com um PIC18F4550 e \textit{drivers} para controle de dispositivos semicondutores de potência e o módulo de chaveamento em alta tensão foi construído com capacitores e um IGBT de potência. O circuito eletroporador foi utilizado para gerar pulsos de 9kV/cm com duração variável de 2$\mu$s a 100$\mu$s e pulsos de 100$\mu$s com amplitude variável entre 1kV/cm e 9kV/cm em testes de viabilidade e eletroporação. Utilizou-se cubetas para eletroporação com distância de 1mm entre os eletrodos para submeter células LLC-MK2 em suspensão aos pulsos gerados. Os ensaios de viabilidade foram feitos utilizando a técnica colorimétrica com MTT. Nos testes de eletroporação, utilizou-se a técnica de citometria de fluxo para avaliar a entrada de moléculas de iodeto de propídio e FITC-Dextran de 20kDa(6,6nm de diâmetro) e 2MDa(54nm de diâmetro) no citoplasma das células. As células foram submetidas aos pulsos elétricos em meio no qual as moléculas de teste foram previamente adicionadas. Também foi realizado um experimento no qual as células foram submetidas aos pulsos em meio sem moléculas de teste e, 30 minutos depois, o iodeto de propídio foi adicionado à suspensão de células. O eletroporador foi capaz de gerar pulsos que causaram diferenças significativas tanto no percentual de células marcadas com fluoróforos quanto na viabilidade celular, com desempenho satisfatório. Nos testes de viabilidade, observou-se que os pulsos de 100$\mu$s e 5kV/cm ou 9kV/cm, ou 50$\mu$s e 9kV/cm reduziram a viabilidade para valores de até 20$\%$, revelando que esses pulsos são agressivos para o tipo celular estudado. A proporção de células marcadas com iodeto previamente adicionado ao meio de eletroporação chegou a percentuais de 80$\%$ para pulsos de 100$\mu$s e 9kV/cm. Para FITC-Dextran, os percentuais de células marcadas foram menores, variando entre 20$\%$ e 30$\%$ para o mesmo tipo de pulso, sem diferença estatística significante entre os tamanhos de 20kDa e 2MDa. Após um intervalo de 30 minutos, as células continuaram permeáveis ao iodeto de propídio, com diminuição percentual de células marcadas entre 25$\%$ e 30$\%$ em relação às células que foram expostas aos pulsos com iodeto previamente adicionado à suspensão de células. A falta de significância estatística no efeito desse intervalo, para pulsos de 100$\mu$s e 9kV/cm, indica que esse pulso teria efeitos mais duradouros. O aumento da amplitude de pulsos de 100$\mu$s diminuiu a viabilidade celular e aumentou as médias percentuais de células marcadas com moléculas fluorescentes. Já o aumento da duração de pulsos de 9kV/cm causou diminuição da viabilidade celular e aumento das médias percentuais de células marcadas com iodeto de propídio, mas não teve efeito sobre as médias percentuais de células marcadas com FITC-Dextran. Entre os dois tamanhos de FITC-Dextran, os percentuais de células marcadas foram estatisticamente similares, se diferenciando do percentual de células marcadas com iodeto de propídio. Observou-se que os pulsos utilizados diminuem muito a viabilidade celular ou são ineficientes para permitir a entrada das moléculas de teste no citoplasma das células. Um baixo percentual de células marcadas com FITC-Dextran foi obtido. Assim, os pulsos estudados seriam mais indicados para aplicações nas quais uma alta mortalidade celular associada à inserção de pequenas moléculas no citoplasma das células é desejada.
Abstract: The aim of this work was to build an electroporator of biological cells, capable of generating pulses from 2$\mu$s to 100$\mu$s in duration and amplitudes ranging from 100V to 900V, to perform cell viability experiments and evaluate the effect of these pulses in the entry of fluorescent molecules in LLC-MK2 cells. The electroporator consists of three modules: a high voltage d.c. generator, a control module and a high voltage switching module. The high voltage generator was built with capacitor voltage doublers, the control module uses a PIC18F4550 and drivers to control power semiconductor devices and the high voltage switching module was built with capacitors and a power IGBT. The electroporator circuit was used to generate 1kV/cm to 9kV/cm pulses with 100$\mu$s duration and 2$\mu$s to 100$\mu$s pulses with 9kV/cm amplitude in viability and electroporation tests. Electroporation cuvettes with 1mm distance between the electrodes were used to submit a suspension of LLC-MK2 cells to the pulses. Viability tests were made using the MTT colorimetric technique. In the electroporation tests, flow cytometry was used to evaluate the ammount of propidium iodide and FITC-Dextran into the cells. Cells were submited to the pulses in culture medium with the fluorescent molecules previously added. There was also a test in which cells were submited to the pulses in medium without the fluorescent molecules and propidium iodide was added 30 minutes after the pulses. The electroporator was capable of generating pulses that significantly changed the fractions of permeable or dead cells with satisfatory performance. In the viability tests, it was observed that 100$\mu$s pulses with amplitudes of 5kV/cm or 9kV/cm and 9kV/cm pulses with duration of 50$\mu$s decreased the cell viability up to 20$\%$, revealing that these pulses are aggressive to the type of cell used. The proportion of labeled cells with propidium iodide previously added to the medium reached 80$\%$ for 100$\mu$s and 9kV/cm pulses. The proportion was smaller for FITC-Dextran, reaching 20$\%$ to 30$\%$ for the same kind of pulse, with no statistical difference between sizes of 20kDa and 2MDa. After an interval of 30 minutes, cells kept permeable to propidium iodide with a drecrease in labeled cell proportion of 25$\%$ to 30$\%$ compared to the cells submited to the pulses with propidium iodide prevously added to the cell suspension. The lack of statistical significance of this 30 minutes interval effect for 100$\mu$s and 9kV/cm pulses indicates that these have a longer effect. The increase of amplitude for 100$\mu$s pulses decreased cell viability and increased the proportion of cells labeled with fluorescent molecules. The increase in pulse duration for 9kV/cm pulses decreased cell viability, inctreased the proportion of cells labeled with propidium iodide but had no effect over the proportion of cells labeled with FITC-Dextran. The proportion of labeled cells were statistically similar for the two sizes of FITC-Dextran, and different of the proportion of cells lebeled with propidium iodide. It was observed that the pulses used in this work greatly decrease the cell viability or are inefficient to allow the entrance of molecules into the cytoplasm. A low proportion of cells labeled with FITC-Dextran was obtained. Therefore, the pulses used in this work would be indicated for applications in which a high cell death associated with the insertion of small molecules in the cytoplasm is desired.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZCHWE
Issue Date: 27-Feb-2015
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
texto_dissertacao_william_eletroporacao.pdf4.69 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.