Evaluation of the current in the cell membrane for numerical simulations of electroporation

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.