極低頻電磁場(chǎng)聯(lián)用X線輻射和磁性納米粒子及其在肝癌治療中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前,生命科學(xué)的探索缺乏系統(tǒng)理論的指導(dǎo)。腫瘤是生命體系中典型代表之一。本研究擬利用物理化學(xué)開放式系統(tǒng)理論來指導(dǎo)腫瘤的治療研究。腫瘤細(xì)胞來源于正常細(xì)胞,和正常細(xì)胞主要區(qū)別在于其不受周邊組織限制的增長(zhǎng),自成結(jié)構(gòu),形成一個(gè)不受制約的有著輸入和輸出的開放式系統(tǒng)。一個(gè)快速膨脹的開放式系統(tǒng)來不及自我修復(fù)和完善,意味著其系統(tǒng)內(nèi)積聚的損傷不同于正常的生命系統(tǒng)那樣容易修復(fù)；且在一個(gè)系統(tǒng)里,當(dāng)損傷積聚至臨界點(diǎn)時(shí),一個(gè)微小的擾動(dòng)都能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰?；诖它c(diǎn),本

2、文利用物理手段--極低頻電磁場(chǎng)ELF—EMF在腫瘤細(xì)胞內(nèi)特異性的積聚這種微小損傷,而正常細(xì)胞系統(tǒng)往往能及時(shí)修復(fù)這種微小損傷而不會(huì)積累這種微小損傷,從而達(dá)到特異性殺傷腫瘤細(xì)胞而對(duì)正常細(xì)胞傷害較小的目的。目前,喪失手術(shù)治療機(jī)會(huì)后的晚期肝癌尚無有效的治療手段。因此本文將肝癌細(xì)胞和肝細(xì)胞作為研究該治療手段的模型。
　　 由于低頻電磁場(chǎng)單獨(dú)應(yīng)用其致細(xì)胞凋亡作用過于緩慢,因此探討聯(lián)合一種基礎(chǔ)性損傷手段--亞致死劑量的x線照射,在該亞致死劑量

3、x線損傷的基礎(chǔ)上,通過多次ELF—EMF照射,在腫瘤細(xì)胞內(nèi)反復(fù)積聚損傷至臨界點(diǎn)時(shí),誘導(dǎo)系統(tǒng)崩潰即細(xì)胞凋亡,而正常細(xì)胞在ELF-EMF照射間歇內(nèi)能修復(fù)損傷,從而避免損傷的積累。以往對(duì)于ELF-EMF的細(xì)胞效應(yīng)機(jī)制多局限于其對(duì)DNA損傷的研究,沒有研究其影響細(xì)胞系統(tǒng)的分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制及從系統(tǒng)的高度來闡述其生物效應(yīng)機(jī)制。本研究在基因水平上對(duì)其生物效應(yīng)機(jī)制進(jìn)行分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的探討。另外,也探討一種能與ELF-EMF產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用的方法,磁性納米粒

4、子在高頻電磁場(chǎng)下的振蕩導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)機(jī)械損傷可誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡,因此它和低頻電磁場(chǎng)聯(lián)用亦能達(dá)到增強(qiáng)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡的效果。
　　 本文通過制備磁性納米粒子、建立ELF—EMF發(fā)生裝置,利用X線醫(yī)療儀器直線加速器以及細(xì)胞分子生物學(xué)手段,探討ELF-EMF輻射聯(lián)用X線輻射和磁性納米粒子標(biāo)記這兩種手段對(duì)肝癌細(xì)胞和正常肝細(xì)胞的不同的生物效應(yīng)。觀察這種生物效應(yīng)在肝癌動(dòng)物模型試驗(yàn)中的應(yīng)用。并通過基因芯片方法,進(jìn)一步探討ELF—EMF特異性影響肝癌

5、細(xì)胞的分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。為判斷基因芯片結(jié)果的可靠性,選取基因芯片篩選到相關(guān)候選基因,觀察其他方法鑒定的這些基因表達(dá)情況是否與基因芯片結(jié)果一致。
　　 結(jié)果顯示,ELF—EMF聯(lián)合磁性納米粒子標(biāo)記方法能產(chǎn)生協(xié)同誘導(dǎo)凋亡效果,而且納米粒徑越小,這種協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和死亡的效果越明顯。在ELF—EMF聯(lián)用亞致死劑量X線時(shí),ELF—EMF的細(xì)胞凋亡效果最為明顯,而聯(lián)用高致死劑量X線時(shí),并不能顯著增強(qiáng)凋亡率；而且,EMF和亞致死劑量x線或磁性

6、納米粒子的聯(lián)合手段在肝癌細(xì)胞中誘導(dǎo)的凋亡率要顯著高于肝細(xì)胞L—02。同樣,ELF—EMF聯(lián)合亞致死劑量x線(而不是高劑量x線)的選擇性殺滅腫瘤細(xì)胞的效果在動(dòng)物試驗(yàn)中也被觀察到,該聯(lián)合治療組的肝癌動(dòng)物生存期是最長(zhǎng)的。在ELF—EMF影響肝癌細(xì)胞的分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制中,發(fā)現(xiàn)ELF-EMF在肝癌細(xì)胞中主要通過促進(jìn)細(xì)胞周期轉(zhuǎn)移,使來不及修復(fù)的DNA損傷帶入下代細(xì)胞,從而不斷積累DNA損傷,表現(xiàn)為DNA修復(fù)基因表達(dá)數(shù)量的增加；且ELF—EMF可導(dǎo)致肝癌

7、細(xì)胞線粒體凋亡途徑中細(xì)胞色素c釋放量及促細(xì)胞色素c釋放基因表達(dá)上升,從而促進(jìn)凋亡。而在ELF—EMF影響肝細(xì)胞L—02的分子信號(hào)通路中,以上基因的表現(xiàn)正好相反,因此從分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制信號(hào)通路上說明了為何ELF-EMF聯(lián)用亞致死劑量X線和納米粒子時(shí)能促進(jìn)細(xì)胞凋亡,且為何其誘導(dǎo)凋亡效果在肝癌細(xì)胞中明顯強(qiáng)于正常肝細(xì)胞。
　　 在對(duì)基因芯片篩選出來的相關(guān)凋亡抑制基因選取個(gè)別基因如SODD、SURVIVIN、GGT II進(jìn)行鑒定,證實(shí)這些基因

8、在基因芯片中的表達(dá)情況與病理組織、病人血清中一致,與免疫組化、RT—PCR和ELISA方法的結(jié)果一致,說明了基因芯片的結(jié)果可靠性。其中GGT II蛋白的表達(dá)在肝癌細(xì)胞中被ELF—EMF抑制,與基因表達(dá)芯片中該基因mRNA表達(dá)被ELF—EMF下調(diào)的結(jié)果一致。說明以上分子機(jī)制假說之基因芯片數(shù)據(jù)的可靠性。
　　 本研究首次探討了低頻EMF聯(lián)用低劑量x線以及磁性納米粒子標(biāo)記對(duì)肝癌細(xì)胞所產(chǎn)生的協(xié)同作用。并在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了EMF聯(lián)用低劑量

9、x線對(duì)延長(zhǎng)動(dòng)物生存和縮小腫瘤的協(xié)同作用。證實(shí)了ELF—EMF對(duì)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞有著不同的細(xì)胞效應(yīng)。說明EMF聯(lián)用納米粒子標(biāo)記或低劑量x線是一種有潛力的抗肝癌新方法。
　　 本研究首次探討了ELF—EMF對(duì)肝癌細(xì)胞和肝細(xì)胞的生物效應(yīng)的分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制；并選取相關(guān)基因進(jìn)行鑒定,證實(shí)了基因芯片結(jié)果的可靠性。我們因此得出ELF—EMF影響肝癌細(xì)胞的假說:ELF—EMF對(duì)肝癌細(xì)胞的信號(hào)通路的影響不同于正常肝細(xì)胞,在肝癌細(xì)胞中ELF—EMF可促

10、使細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)換,將其誘導(dǎo)的DNA損傷帶入下一代細(xì)胞,并不斷積累DNA損傷,與此同時(shí),ELF—EMF上調(diào)肝癌細(xì)胞的色素c釋放基因,促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而正常細(xì)胞中ELF—EMF不能促進(jìn)細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)換,相關(guān)促周期轉(zhuǎn)換基因被抑制,因此DNA損傷不易帶入下一代細(xì)胞而得到及時(shí)修復(fù),而同時(shí)細(xì)胞色素c釋放基因也被抑制,從而抑制凋亡,故ELF-EMF對(duì)正常細(xì)胞協(xié)同誘導(dǎo)凋亡效應(yīng)不如肝癌細(xì)胞明顯。因此從分子網(wǎng)絡(luò)機(jī)制上驗(yàn)證了以上非線性系統(tǒng)理論的假說,即快速膨脹的