High-frequency irreversible electroporation (H-FIRE) is an emerging electroporation-based therapy used to ablate cancerous tissue. Treatment consists of delivering short, bipolar pulses (1-10μs) in a series of 80-100 bursts (1 burst/s, 100μs on-time). Reducing pulse duration leads to reduced treatment volumes compared to traditional IRE, therefore larger voltages must be applied to generate ablations comparable in size. We show that adjuvant calcium enhances ablation area in vitro for H-FIRE treatments of several pulse durations (1, 2, 5, 10μs). Furthermore, H-FIRE treatment using 10μs pulses delivered with 1mM CaCl2 results in cell death thresholds (771±129V/cm) comparable to IRE thresholds without calcium (698±103V/cm). Quantifying the reversible electroporation threshold revealed that CaCl2 enhances the permeabilization of cells compared to a NaCl control. Gene expression analysis determined that CaCl2 upregulates expression of eIFB5 and 60S ribosomal subunit genes while downregulating NOX1/4, leading to increased signaling in pathways that may cause necroptosis. The opposite was found for control treatment without CaCl2 suggesting cells experience an increase in pro survival signaling. Our study is the first to identify key genes and signaling pathways responsible for differences in cell response to H-FIRE treatment with and without calcium.

中文翻译：

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了解钙介导的细胞死亡在高频不可逆电穿孔中的作用。

高频不可逆电穿孔 (H-FIRE) 是一种新兴的基于电穿孔的疗法，用于消融癌组织。治疗包括在一系列 80-100 次突发（1 次突发/秒，100 微秒开启时间）中提供短双极脉冲 (1-10 微秒)。与传统 IRE 相比，减少脉冲持续时间会导致治疗量减少，因此必须施加更大的电压才能产生大小相当的消融。我们表明，对于几个脉冲持续时间（1、2、5、10μs）的 H-FIRE 治疗，辅助钙增强了体外消融面积。此外，使用 10μs 脉冲和 1mM CaCl2 递送的 H-FIRE 处理导致细胞死亡阈值 (771±129V/cm) 与没有钙的 IRE 阈值 (698±103V/cm) 相当。量化可逆电穿孔阈值表明，与 NaCl 对照相比，CaCl2 增强了细胞的通透性。基因表达分析确定 CaCl2 上调 eIFB5 和 60S 核糖体亚基基因的表达，同时下调 NOX1/4，导致可能导致坏死性凋亡的通路中的信号增加。对于没有 CaCl2 的对照治疗发​​现了相反的结果，表明细胞经历了促存活信号的增加。我们的研究首次确定了导致细胞对含钙和不含钙的 H-FIRE 处理反应差异的关键基因和信号通路。对于没有 CaCl2 的对照治疗发​​现了相反的结果，表明细胞经历了促存活信号的增加。我们的研究首次确定了导致细胞对含钙和不含钙的 H-FIRE 处理反应差异的关键基因和信号通路。对于没有 CaCl2 的对照治疗发​​现了相反的结果，表明细胞经历了促存活信号的增加。我们的研究首次确定了导致细胞对含钙和不含钙的 H-FIRE 处理反应差异的关键基因和信号通路。