Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción (FIUNA) publicaron el artículo científico denominado “Experimental and theoretical Brownian dynamics analysis of ion transport during cellular electroporation of E. coli bacteria” en la revista internacional interdisciplinaria de alto impacto Annals of Biomedical Engineering de la prestigiosa editorial Springer Nature.

El principal aporte del trabajo ha sido la simulación tridimensional del transporte de iones a través de las membranas internas y externas de la bacteria Escherichia coli durante la permeabilización por electroporación, utilizando un modelo semi-microscópico de dinámica Browniana desarrollado ab initio que reconcilia las predicciones de los modelos macroscópicos continuos con los microscópicos de dinámica molecular. La dinámica Browniana es principalmente determinística siguiendo la mecánica Newtoniana, considerando estocásticamente las colisiones elásticas de los iones con el agua. El aumento en la conductividad en la suspensión debido al egreso de iones de las células durante la electroporación ha sido simulado y validado con experimentos realizados in vitro en el Instituto Oncológico Gustave Roussy en Villejuif-Paris, Francia. El modelo también proporciona información sobre el coeficiente de difusión, movilidad y tiempo de traslación de los iones con relación a la temperatura, campo eléctrico aplicado y evolución de la permeabilización de la membrana.

El trabajo publicado contribuye de esta manera al diseño de las formas de ondas de los pulsos electromagnéticos aplicados a las células para maximizar la entrada de ADN, medicamentos y material genético. Entre las principales aplicaciones médicas de la electroporación celular se encuentran la ablación cardiaca y el tratamiento de diferentes tipos de tumores sólidos cancerosos.

El artículo fue realizado por el docente investigador categorizado PRONII, MSc. Ing. Juan A. González Cuevas y el Ing. Ricardo Argüello Llamosas, vinculados durante la realización del trabajo al Laboratorio de Mecánica y Energía (LME) de la FIUNA, por el biotecnólogo categorizado PRONII, MSc. Marcos Florentin Paiva, vinculado a la Facultad de Química de la UNA y actualmente en la University of Maryland, USA, y los Dres. Franck André y Lluis Mir (Emeritus) del CNRS-Université Paris-Saclay e Instituto Gustave Roussy en Villejuif, París, Francia.

Annals of Biomedical Engineering es el journal oficial para la publicación de artículos originales en el campo de la bioingeniería relacionados a los trabajos presentados en el 4th World Congress on Electroporation Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine, Food and Environmental Technologies  llevado a cabo los días 9 al 13 de octubre de 2022 en Copenhague, Dinamarca con la participación del Prof. Juan A. González Cuevas entre más de 400 investigadores de 31 países.

El modelo fue ejecutado con aceleración de intercambio de mensajes (MPI) en los servidores de la FIUNA en el Centro de Cómputos de Alto Desempeño ubicado en CITEC, Isla Bogado, Luque y en el Campus de la UNA, San Lorenzo. La investigación se realizó en el marco del proyecto 14-INV-289 denominado “Proyecto de supercomputadora para la realización de cálculos científicos en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Asunción” financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), con un aporte incremental proporcionado por la FIUNA. El artículo se encuentra disponible en el siguiente enlace en versión de solo lectura: https://rdcu.be/dkTHv

Diagrama simplificado del circuito eléctrico del dispositivo electroporador utilizado en el experimento in vitro