在受到电脉冲影响的癌细胞膜上计算跨膜电压:使用分子动力学和有限元素模拟

科学领域:

• 生物物理学的生物物理.
• 计算生物学 计算生物学
• 细胞生物学 细胞生物学

背景情况:

• 电穿孔是一种通过电场诱导细胞膜透性的方法.
• 这项研究使用有限元法 (FEM) 研究在球形MCF-7细胞中诱导的跨膜电压 (ITV).
• 模拟表面导电性以表示细胞膜的屏障功能.

研究的目的:

• 在球形细胞模型中确定静止诱导的跨膜电压 (ITV).
• 在不同的电场下,评估ITV在细胞膜上的分布和最大值.
• 为了研究在电穿孔过程中脂质双层和毛孔形成的分子变化.

主要方法:

• 使用有限元法 (FEM) 来建模诱导的跨膜电压 (ITV).
• 用分子动力学 (MD) 模拟来分析脂质双层 (棕) 中的孔形成 (palmitoyloleoyl-phosphatidylcholine).
• 适应性神经模糊推理系统 (ANFIS) 用于预测电解后的癌细胞活力.

主要成果:

• FEM和MD模拟显示显著的细胞表面电穿孔 (分别为68%和66%) 在1500V/cm.
• 医学模拟显示了脂质双层中具有1.33纳米半径的水友毛孔.
• 值跨膜电压值被确定为700mV (MD) 和739mV (FEM).

结论:

• 该研究使用FEM和MD成功模拟了电穿孔,提供了对细胞膜通透性的见解.
• 数字方法准确地预测了细胞表面电穿孔和孔隙形成的程度.
• 确定的 ITV 值对于优化各种应用中的电穿孔协议至关重要.