RESEARCH领域
纳秒脉冲电场对细胞和膜的影响
纳秒脉冲电场(nsPEF)刺激所需的强电场能引起与常规微脉冲和毫秒脉冲有质的不同的细胞效应. nsPEF可能损害质膜的屏障功能, 内质网, 和线粒体. 大多数RESEARCH一致认为，这是由瞬态水孔隙的形成引起的, 有效孔径不超过1-1.5nm(“纳米电穿孔”). 这种孔径是通过对染料分子和离子的选择性吸收而确定的, 通过使用太大而不能通过毛孔的溶质堵塞细胞膨胀, 通过建模. 纳米孔非常稳定，其寿命约为几分钟. 它们与“规则”的大孔隙不同，具有类似于内源性离子通道的复杂导电特性, 比如电压灵敏度, 目前的整改, 阳离子选择性.
nsPEF刺激可以绕过膜受体和离子通道，引发第二信使Ca2+和PIP2信号，引发神经介质释放等下游效应. 强烈的nsPEF治疗引起细胞骨架重排, 渗透压力, 细胞肿胀和起泡, 细胞凋亡或坏死细胞死亡.
我们探索活细胞中的纳米电穿孔现象, 关注潜在的物理化学和生理机制. 我们还RESEARCH了纳米孔的性质和寿命, 以及膜渗透的许多下游效应.
本领域的主要教员
Chunqi江, Ph.D.教授,
克劳迪娅Muratori, Ph.D.，助理教授
安德烈Pakhomov, Ph.D.，RESEARCH教授
奥尔加N. Pakhomova, Ph.D.，RESEARCH副教授
Semenov Iurii, Ph.D.RESEARCH助理教授
迈克尔斯泰西, Ph.D.，RESEARCH副教授
P. 托马斯游标, Ph.D.，RESEARCH教授
可兴奋组织的电刺激
纳秒脉冲电场(nsPEF)是一种新的神经调节方式，具有超越传统毫秒和微秒刺激的独特能力.
nsPEF的主要影响包括短暂的高振幅膜极化, 膜蛋白的改变, 和nanoelectroporation. 取决于刺激方案, nsPEF可以激发或抑制动作电位，激活或抑制电压门控离子通道.
打开瞬态纳米孔是一种独特的Ca2+动员方法，同时绕过质膜受体和通道. 细胞将纳米孔“泄漏”导致的Ca2+瞬态解释为真实的Ca2+信号，并通过Ca2+诱导的Ca2+释放来放大它们. nsPEF激活Ca2+可引起心脏和肌肉收缩, 刺激神经分泌, 激活负责神经保护的基因.
nsPEF以新颖和根本不同的功能扩展了电刺激工具箱. 经典激发机制与纳米电穿孔的结合, 离子通道调制, 对细胞器的影响提供了从刺激和抑制作用到组织消融的选择.
nsPEF的使用可能会使电刺激疗法取得根本性的进步, such as chronic stimulation without electrochemical side effects; transient or permanent inhibition of neural networks; safer 和 more efficient defibrillation; 和 targeted neuromodulation at a distance, 包括非侵入性脑深部刺激.
本领域的主要教员
斯蒂芬·毕比, Ph.D.，RESEARCH教授
安德烈Pakhomov, Ph.D.，RESEARCH教授
奥尔加N. Pakhomova, Ph.D.，RESEARCH副教授
Semenov Iurii, Ph.D.RESEARCH助理教授
纳米和皮秒脉冲技术
脉冲发电机产生的电脉冲可产生多种生物效应, 有分立的元件，允许高保持电压和高输出电流. 虽然发电机有不同的工作原理, 它们通常配置在包括充电器的相同结构中, 能量储存, 一个开关, 还有一个负载. 产生高功率脉冲, 脉冲发生器以“慢充快放”的方式工作。. 一开始, 充电器将直流电流或脉冲电流泵入储能系统, 哪个可以是电容器, 一个电感, 或者两者的结合. 充电完成后，打开开关，将储存的能量释放给负载. 放电时间很容易比充电时间短三个数量级. 减少放电时间会导致电流或电压的增加, 因此，与平均充电功率相比，脉冲的瞬时功率被放大, 尽管总能量大致保持不变. 生物电中心的RESEARCHPeople员目前的RESEARCH和开发重点是高压, 峰值功率, 可调, 多相, 灵活的波形发生器. 皮秒脉冲发生器可以提供10兆赫兹或更高的脉冲，也被RESEARCH用于使用这些脉冲作为有效的无线刺激.
本领域的主要教员
Chunqi江, Ph.D.教授,
鲁本米. L. Colunga Biancatelli, M.D.RESEARCH助理教授
Siqi郭, Ph.D.，RESEARCH副教授
安德烈Pakhomov, Ph.D.，RESEARCH教授
P. 托马斯游标, Ph.D.，RESEARCH教授
舒萧, Ph.D.教授,
生物系统的分子建模
要理解 生物... 电动车... 我们必须明白 生物-事 与 电 字段. 这意味着, 在基本层面上, 生物分子组件中的原子和分子如何-脂膜结构域, 离子通道, 核小体, 核糖体,... -与电场相互作用. 因为实时, 对生命系统的原子分辨率观测尚不可行, 我们使用模拟——基于物理和化学的计算机模型——来帮助我们形成假设, 设计实验, 并解释我们在实验室产生的数据.
分子动力学是一个多面手, 广泛使用的一类建模工具，可以实现原子细节，而不需要量子力学的计算成本. 当然, 准确性是有代价的, 我们不断地根据现实世界的控制来校准我们的模型. 我们用分子动力学的方法在水中构建磷脂双层膜系统，并对其施加不同持续时间的电场, 振幅, 和极性, 通过这种方式，我们了解了很多About电渗透的纳米物理. 建立在由单一磷脂和水组成的简单系统上, 我们现在正在RESEARCH在这些体系中加入离子(Na+)的效果, K+, Ca2+, Cl⁻), 胆固醇, 以及磷脂和其他生物膜组分的更复杂的混合物, 包括跨膜肽.
本领域的主要教员
P. 托马斯游标, Ph.D.，RESEARCH教授
癌症生物学 & 治疗
在生物电子学中心，我们正在将非常高的电场——每米百万伏特——应用于生物医学目标，时间非常短——纳秒. 这些电场比在生物实验室或诊所中使用的电场更强、更短... 或者在自然界中. 因为在地球生命的历史上，细胞和有机体从未见过这种电激发, 它们没有进化出特定的防御手段, 监管, 或者可能由这种新的刺激引起的信号机制.
在最初的纳秒脉冲电场(nsPEF)实验证明成功地去污细菌, 该中心的RESEARCHPeople员将注意力转向了癌症. 当时，细胞凋亡是细胞和肿瘤生物学RESEARCH的中心课题. 细胞凋亡是一种程序性细胞死亡, 与非程序性坏死相反, 现在叫做意外死亡. 首次RESEARCH表明纳秒脉冲可诱导细胞凋亡, 减小小鼠肿瘤大小, 杀死People类肿瘤细胞是在2002年和2003年. 从那时起, ODU的RESEARCH表明，纳秒脉冲可以杀死多种类型的肿瘤，而且可以在治疗的动物中引起免疫反应. 黑色素瘤的nsPEF消融, 乳房, 肝, 结直肠癌会引发一种抗肿瘤免疫反应，既有助于肿瘤的根除，又能防止新肿瘤的形成. 该中心的RESEARCHPeople员目前正在描述这种免疫反应，并探索联合治疗的疗效.
冷大气等离子体(CAP)产生活性氧和活性氮, 离子, 瞬态电场, 每一种都表现出抗癌活性，并共同增强它们各自的活性来摧毁恶性细胞. 其作为一种抗癌疗法的可行性是由最近的临床试验CAP治疗头颈癌患者说明. 在生物电学中心, 我们重点RESEARCH了CAP对肿瘤代谢的抑制作用, 增殖的信号, 以及炎症以及如何利用它们来解决治疗耐药性. 例如, 我们最近发现，在一个意想不到的低剂量方案下，CAP可以同时抑制癌症生存的多条供应线.g. 新陈代谢, 增殖的信号, 血管生成), 通常被称为癌症的标志, 在治疗抵抗的恶性细胞中, 对健康的同类几乎没有影响, 在体外和临床相关的体内模型中导致恶性细胞高率凋亡. RESEARCHPeople员正在探索诸如此类的发现，以开发新的策略，改善目前减轻肿瘤发生风险的选择, 克服耐药性, 并提高接受当前抗癌治疗的患者的预后.
本领域的主要教员
斯蒂芬·毕比, Ph.D.，RESEARCH教授
Hai-Lan陈, Ph.D.，RESEARCH副教授
Siqi郭, Ph.D.，RESEARCH副教授
于静, Ph.D.RESEARCH助理教授
Michael G. 香港, Ph.D.教授,
克劳迪娅Muratori, Ph.D.，助理教授
安德烈Pakhomov, Ph.D.，RESEARCH教授
奥尔加N. Pakhomova, Ph.D.，RESEARCH副教授
迈克尔斯泰西, Ph.D.，RESEARCH副教授
冷等离子体生物工程
冷等离子体产生多种生物活性物质, 包括活性物质, 离子, 光子, 并且会影响真核细胞内源性产生的瞬态电场. 这种相似性促使People们广泛利用其对People类健康的益处, 导致冷等离子体为基础的程序在凝血和消融的临床应用，并在临床试验中治疗伤口, 头颈部癌症, 自身免疫性皮肤病. 这里是生物电子学中心, RESEARCHPeople员设计冷等离子体化学来复制和利用内源性反应物质和离子的有益生物效应，以获得新的解决方案，可以改善癌症患者的预后.g. 胰腺癌、白血病、乳腺癌、皮肤癌)、感染和器官损伤. 通过多学科合作, we focus on (1) dose-controlled de肝y of cold plasma 和 plasma-activated solution; (2) their effects on the mammalian host's immune response 和 energy requirement; (3) their molecular 和 cellular targets in pathological or regenerative tissues; (4) their benefits as a monotherapy for cancer, infection 和 injury or as a drug-de肝y method for gene immunotherapy; 和 (5) their synergy with other 生物engineering platforms such as pulsed 电 field. 此外, 该中心的RESEARCHPeople员对农业和环境环境中基于冷血浆的感染控制感兴趣.
本领域的主要教员
Hai-Lan陈, Ph.D.，RESEARCH副教授
鲁本米. L. Colunga Biancatelli, M.D.RESEARCH助理教授
Chunqi江, Ph.D.教授,
Michael G. 香港, Ph.D.教授,
微生物消毒
已知微生物易受冷等离子体和脉冲电场(PEF)诱导的氧化应激和膜穿孔的影响。, 分别. 在生物电学中心，冷等离子体和PEF正在发展成为两种互补的生物工程技术, 他们正朝着病People利益的方向发展. 对抗抗生素耐药性, 该中心的RESEARCHPeople员已经开发出一种血浆活化溶液(PAS)，在不伤害哺乳动物细胞的情况下，将耐药细菌和真菌的数量减少7-log10. 鉴于这些病原体对目前所有抗生素都具有耐药性，这一点意义重大. 进一步, PAS被设计用于去除胃肠道内窥镜通道和中心静脉导管内形成的细菌生物膜. 认识到目前缺乏有效的根除 在活的有机体内 微生物生物膜, 与糖尿病足溃疡和慢性阻塞性肺病有关, 该中心的RESEARCHPeople员开发了一种基于pas的伤口敷料疗法，并证明了其在破坏MRSA伤口生物膜方面的有效性和安全性, 致命菌血症的罪魁祸首. 进一步, 这些发现正在扩大，以应对医学以外的消毒挑战, 例如，液体食品的pef减少生物污染控制.g., 橙汁), pas加强动物食品安全, 通过灭活SARS-CoV-2与People细胞的结合，以pas为基础控制COVID的传播.
本领域的主要教员
冷等离子体再生医学
由冷等离子体产生的各种反应物质和离子物质, 过氧化氢和一氧化氮可以促进细胞增殖和血管生成, 分别. 这些为冷等离子体在伤口愈合方面的多次成功临床RESEARCH奠定了基础. 有趣的是, 冷等离子体激活, 以剂量依赖的方式, 再生医学中重要的主要信号通路, 例如Nrf2，用于减轻损伤组织中常见的过度氧化应激, Wnt用于干细胞的迁移, 和HIF-1 α用于血管生成. 这些RESEARCH表明，冷等离子体可能适用于皮肤伤口以外的领域. 举个例子, 生物电学中心的RESEARCHPeople员发现，冷等离子体通过提高细胞抗氧化能力，引发神经保护，防止谷氨酸兴奋性毒性, 治疗中风和脊髓损伤的理想功能. 在白癜风的情况下，失调的T细胞攻击黑素细胞导致皮肤脱色，并且无法治愈, RESEARCHPeople员发明了一种用冷血浆制备的凝胶，这种凝胶可以破坏T细胞对黑素细胞的攻击, 抑制过度氧化应激, 并在动物模型中促进白癜风病变的再色素沉着. 这 在活的有机体内 在一项对照和随机临床试验中成功证明了其疗效. 目前的重点是提高机械洞察力和转化准备.
本领域的主要教员
一半抑制剂调节急性和慢性肺损伤
急性肺损伤(ALI), 急性呼吸窘迫综合征(ARDS)和肺纤维化(PF)是发病率和死亡率的主要决定因素. fda批准的治疗干预措施是有限的，因此需要新药. 热休克蛋白(HSP)是一种伴侣蛋白，可以帮助大量的 客户端 蛋白质的折叠、稳定和/或降解过程. 一半, 家族中最普遍的蛋白质, 在肺损伤和炎症中起主要作用. 事实上, 一半是肺内皮通透性的关键调节因子，并调节关键蛋白, 包括RhoA, ROCK1, cofilin和ve -钙粘蛋白, 从而参与肺泡水肿的发展. 因此，一半抑制剂在多个水平上控制炎症和肺损伤. Among the >400 客户端 proteins, 一半稳定转化生长因子-β (TGF-β), 它的受体和Raf, ERK和Smads信号, 直接参与慢性肺损伤的发展. 一半抑制剂降低了几种ALI动物模型的死亡率，并预防肺纤维化的发展. 需要进一步调查以确定最佳剂量策略, 效力, 以及各种新型一半抑制剂的治疗方案.
本领域的主要教员
约翰D. Catravas, Ph.D.教授,
鲁本米. L. Colunga Biancatelli, M.博士，RESEARCH助理教授
帕维尔一个. Solopov, Ph.D.RESEARCH助理教授
PTP4A3抑制剂治疗SARS-CoV-2刺突蛋白亚单位1介导的肺损伤
严重急性呼吸综合征冠状病毒-2 (SARS-CoV-2)大流行已在全球感染3亿多People，造成500多万People死亡. 病毒表面的刺突蛋白能够引发强烈的炎症反应, 引发血管炎, 血栓性疾病和白细胞浸润, COVID-19患者死亡的主要决定因素. 在活的有机体内 和 在体外 RESEARCH表明，单次暴露于刺突蛋白亚基1 (S1SP)可引起急性肺损伤，损害内皮屏障功能，导致通透性增加. 蛋白酪氨酸磷酸酶4A3从靶蛋白中去除磷酸基团, 从而调节大量的细胞过程. PTP4A3是内皮功能的关键调节剂和强抗炎剂, 因为它抑制STAT3和NF-kB. 我们正在RESEARCH首个特异性PTP4A3抑制剂KVX-053(由KeViR开发)X)作为阻断Spike蛋白诱导的内皮通透性的候选药物, 调节细胞因子风暴，预防急性肺损伤的发生
本领域的主要教员
约翰D. Catravas, Ph.D.教授,
鲁本米. L. Colunga Biancatelli, M.博士，RESEARCH助理教授
帕维尔一个. Solopov, Ph.D.RESEARCH助理教授