Za študente

Po srčnem infarktu odmrli del srčne mišice nadomesti brazgotinsko tkivo, kar vodi v srčno popuščanje. Genski elektroprenos nukleinskih kislin je obetavna nevirusna strategija za spodbujanje regeneracije srca. V okviru te raziskovalne teme bo študent raziskal vpliv parametrov pulzov in drugih eksperimentalnih pogojev na vnos in izražanje nukleinskih kislin v srčnih celicah vgrajenih v hidrogelno matriko ali na živih miokardnih rezinah. Izbira modela se prilagodi interesom študenta. Projekt se izvaja v sodelovanju z mednarodnimi partnerji.

Elektroporacijski pulzi lahko vplivajo na vzdražnost srčnih celic — neposredno z depolarizacijo, dolgoročneje pa preko sprememb ionskih kanalov, presledkovnih stikov in citoskeleta. Razumevanje teh učinkov je ključno za varno klinično uporabo elektroporacije pri srčnih boleznih, vključno s srčnimi aritmijami, pa tudi pri boleznih drugih vzdražnih tkiv. Raziskovalno delo lahko vključuje meritve elektrofizioloških signalov na izoliranih kardiomiocitih ali vzdražni celični liniji z uporabo fluorescenčne mikroskopije ali mikroelektrodne matrike, obdelavo signalov, obdelavo mikroskopskih slik in/ali numerično modeliranje.

Načrtovanje elektroporacijskih protokolov zahteva razumevanje, kako se električno polje porazdeli v ciljnem tkivu in kako vpliva na vzdražne strukture, kot so srčne celice in periferni živci. V okviru te raziskovalne teme bo študent z metodo končnih elementov (COMSOL) razvil ali nadgradil numerični model elektroporacije v srčni mišici ali perifernem živcu. Poudarek se prilagodi interesom študenta — od večskalnih modelov srčnega tkiva do modelov stimulacije perifernih živcev. Validacija bo temeljila na eksperimentalnih podatkih iz laboratorija.

Elektroporacija na molekulski ravni vključuje preoblikovanje lipidnih dvoslojev, nastanek vodnih por in spremembe v delovanju membranskih beljakovin — ti procesi določajo vnos molekul in obnovo celice. V okviru te raziskovalne teme bo študent s simulacijami molekulske dinamike (GROMACS) raziskal vpliv pulzov na izbrane modele celičnih membran. Možne smeri vključujejo vlogo ionskih kanalov pri stabilnosti por, vpliv malih molekul (na primer lidokaina) ali primerjavo različnih oblik pulzov.

Glioblastom je najbolj agresiven primarni tumor možganov in se kljub kirurški resekciji, obsevanju in kemoterapiji vedno ponovi. Elektroporacija, samostojno ali v kombinaciji z elektrokemoterapijo, je obetavna terapevtska možnost. V okviru te raziskovalne teme bo študent raziskal učinke pulzov na matične in diferencirane glioblastomske celice (izolirane iz bolnikov) v 3D sferoidih, ki bolje posnemajo tumor kot 2D kulture. Vrednoteni bodo preživetje, invazivnost in odziv celic. Raziskava poteka v sodelovanju z Nacionalnim inštitutom za biologijo.

Pri genski terapiji DNK po injekciji v tkivo večinoma ostane blizu mesta vboda in doseže le omejeno število celic. Izmenična električna polja je mogoče uporabiti za zgoščevanje DNK — z obrnjeno konfiguracijo polja bi lahko isti princip izkoristili za aktivno razprševanje DNK po tkivu. V okviru te raziskovalne teme bo študent z numeričnim modeliranjem (COMSOL) raziskal porazdelitev polja in transport DNK pri različnih konfiguracijah elektrod in oblikah signala, zasnoval eksperimentalno postavitev za validacijo modela ter izmeril gibanje DNK v gelu.

Uvajanje omrežij 5G zahteva nadzor nad izpostavljenostjo prebivalstva radiofrekvečnim elektromagnetnim poljem. V skladu z nedavnim standardom IEC 62232:2025 je možno za vrednotenje izpostavljenosti 5G baznim postajam uporabiti več metodologij. V okviru te raziskovalne teme bo študent raziskal in primerjal različne praktične pristope za ekstrapolacijo največje možne realistične izpostavljenosti baznim postajam 5G. Delo bo vključevalo vrednotenje izpostavljenosti na podlagi ekstrapolacijske formule iz meritev signala Synchronization Signal Block (SSB), izvajanje časovno povprečenih meritev v simuliranih pogojih prenosa podatkov ter alternativno zajemanje in vrednotenje celotnega podatkovnega okvirja 5G. S primerjavo vrednosti, pridobljenih z različnimi merilnimi tehnikami, bo študent poskušal določiti najnatančnejši, najučinkovitejši in najbolj praktičen pristop za vrednotenje izpostavljenosti 5G.

Spremljanje elektroporacije v realnem času med zdravljenjem je ključno za zagotavljanje učinkovitosti. V okviru te raziskovalne teme bo zasnovan in izdelan prototip sistema za merjenje bioimpedance, ki bo sposoben slediti impedančnim spremembam med dovajanjem pulzov in po njem. Študent bo razvil merilno elektroniko, vezje za obdelavo signalov in vmesnik za zajem podatkov ter sistem validiral na tkivnih fantomih in celičnih suspenzijah.

Trenutno načrtovanje zdravljenja z elektroporacijo upošteva le porazdelitev električnega polja in preprost termični model. Elektrokemijske reakcije na elektrodah povzročajo tudi lokalne spremembe pH, ki vplivajo na izid zdravljenja. V okviru te raziskovalne teme bo razvit poenoten numerični model (COMSOL), ki integrira električno polje, temperaturo (biotoplotna enačba) in dinamiko pH za natančnejšo napoved poškodb tkiva in učinkovitosti zdravljenja.

Eksperimenti z elektroporacijo generirajo raznovrstne podatkovne nabore: impedančne meritve, sledenje fluorescenčne intenzitete, rezultate pretočne citometrije in temperaturne profile. V okviru te raziskovalne teme bo razvita modularna platforma za zajem in analizo podatkov v Pythonu, ki bo standardizirala zbiranje podatkov, avtomatizirala pogoste analizne postopke (določanje pragov, krivulje odmerek-odziv, statistične primerjave) in ponudila spletno nadzorno ploščo za vizualizacijo rezultatov.

Elektrode za elektroporacijo sproščajo kovinske ione (Al, Fe, Cr, Ni) v obdelovalni medij, kar vpliva na varnost hrane in izide kliničnega zdravljenja. Sproščene kovine povzročajo učinek na celice, ki niso bile neposredno elektroporirane. V okviru te raziskovalne teme bo kvantificirano sproščanje ionov iz različnih materialov elektrod (aluminij, nerjavno jeklo, titan, platina) pri standardnih EP protokolih z ICP-MS, karakterizirani biološki učinki in podana priporočila za izbiro materiala za različne EP aplikacije.