Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/62015
Type: Artigo de Periódico
Title: Evaluation of the current in the cell membrane for numerical simulations of electroporation
Other Titles: Avaliação da corrente na membrana celular para simulações numéricas de eletroporação
Authors: João Francisco Cristeli do Vale
Jaime Arturo Ramírez
Abstract: This study presents a rigorous numerical analysis of the current in the cell membrane, subjected to a uniform electric field, and its impact in the pore formation. The numerical model considers a single cell composed of uniform membrane and cytoplasm, in a suspension medium. The current in the cell membrane is calculated using two different approaches. The first uses a lumped parameters approach based on the geometry of the pore, while the second describes the flow of ions through the pore considering the interaction with the pore walls as an energy barrier. The formation and growth of the pores is solved using an asymptotic approximation of the Smoluchowski’s equation. The electrical potential induced in the cell membrane, which is coupled with the current in the membrane, is resolved in spherical coordinates using the finite difference method. The two approaches have qualitatively similar results but significant quantitative differences in the number and radii of pores. The ionic flow approach has resulted in the formation of fewer pores and reduced pore growth. Approximately 38,000 fewer pores are created, a 21% difference, and the largest pores are approximately 8nm smaller, a 24% difference. Thus, this approach results in a less conductive membrane and smaller electroporated area.
Abstract: Este estudo apresenta uma análise numérica rigorosa da corrente na membrana celular, submetida a um campo elétrico uniforme, e seu impacto na formação de poros. O modelo numérico considera uma única célula composta por membrana e citoplasma uniformes, em meio de suspensão. A corrente na membrana celular é calculada usando duas abordagens diferentes. O primeiro utiliza uma abordagem de parâmetros concentrados baseada na geometria do poro, enquanto o segundo descreve o fluxo de íons através do poro considerando a interação com as paredes do poro como uma barreira energética. A formação e o crescimento dos poros são resolvidos utilizando uma aproximação assintótica da equação de Smoluchowski. O potencial elétrico induzido na membrana celular, que é acoplado à corrente na membrana, é resolvido em coordenadas esféricas usando o método das diferenças finitas. As duas abordagens apresentam resultados qualitativamente semelhantes, mas diferenças quantitativas significativas no número e nos raios dos poros. A abordagem do fluxo iônico resultou na formação de menos poros e na redução do crescimento de poros. Aproximadamente 38.000 poros a menos são criados, uma diferença de 21%, e os poros maiores são aproximadamente 8 nm menores, uma diferença de 24%. Assim, esta abordagem resulta em uma membrana menos condutora e menor área eletroporada.
Subject: Membrana celular
Fenômenos eletromagnéticos
Eletroporação
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.identifier.doi: https://doi.org/10.1590/2179-10742022v21i11167
URI: http://hdl.handle.net/1843/62015
Issue Date: 2022
metadata.dc.url.externa: https://www.scielo.br/j/jmoea/a/3ZRsCwsGZY6SWZRKf8X6yNp/abstract/?lang=en#
metadata.dc.relation.ispartof: Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications
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