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

1、目前,生命科學的探索缺乏系統(tǒng)理論的指導。腫瘤是生命體系中典型代表之一。本研究擬利用物理化學開放式系統(tǒng)理論來指導腫瘤的治療研究。腫瘤細胞來源于正常細胞,和正常細胞主要區(qū)別在于其不受周邊組織限制的增長,自成結(jié)構(gòu),形成一個不受制約的有著輸入和輸出的開放式系統(tǒng)。一個快速膨脹的開放式系統(tǒng)來不及自我修復和完善,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；且在一個系統(tǒng)里,當損傷積聚至臨界點時,一個微小的擾動都能導致系統(tǒng)崩潰。基于此點,本

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

3、x線損傷的基礎上,通過多次ELF—EMF照射,在腫瘤細胞內(nèi)反復積聚損傷至臨界點時,誘導系統(tǒng)崩潰即細胞凋亡,而正常細胞在ELF-EMF照射間歇內(nèi)能修復損傷,從而避免損傷的積累。以往對于ELF-EMF的細胞效應機制多局限于其對DNA損傷的研究,沒有研究其影響細胞系統(tǒng)的分子網(wǎng)絡機制及從系統(tǒng)的高度來闡述其生物效應機制。本研究在基因水平上對其生物效應機制進行分子網(wǎng)絡機制的探討。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、子在高頻電磁場下的振蕩導致細胞內(nèi)機械損傷可誘導細胞的凋亡,因此它和低頻電磁場聯(lián)用亦能達到增強誘導肝癌細胞凋亡的效果。
　　 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胞分子生物學手段,探討ELF-EMF輻射聯(lián)用X線輻射和磁性納米粒子標記這兩種手段對肝癌細胞和正常肝細胞的不同的生物效應。觀察這種生物效應在肝癌動物模型試驗中的應用。并通過基因芯片方法,進一步探討ELF—EMF特異性影響肝癌

5、細胞的分子網(wǎng)絡機制。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候選基因,觀察其他方法鑒定的這些基因表達情況是否與基因芯片結(jié)果一致。
　　 結(jié)果顯示,ELF—EMF聯(lián)合磁性納米粒子標記方法能產(chǎn)生協(xié)同誘導凋亡效果,而且納米粒徑越小,這種協(xié)同誘導細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,ELF—EMF的細胞凋亡效果最為明顯,而聯(lián)用高致死劑量X線時,并不能顯著增強凋亡率；而且,EMF和亞致死劑量x線或磁性

6、納米粒子的聯(lián)合手段在肝癌細胞中誘導的凋亡率要顯著高于肝細胞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胞的效果在動物試驗中也被觀察到,該聯(lián)合治療組的肝癌動物生存期是最長的。在ELF—EMF影響肝癌細胞的分子網(wǎng)絡機制中,發(fā)現(xiàn)ELF-EMF在肝癌細胞中主要通過促進細胞周期轉(zhuǎn)移,使來不及修復的DNA損傷帶入下代細胞,從而不斷積累DNA損傷,表現(xiàn)為DNA修復基因表達數(shù)量的增加；且ELF—EMF可導致肝癌

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

8、在基因芯片中的表達情況與病理組織、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蛋白的表達在肝癌細胞中被ELF—EMF抑制,與基因表達芯片中該基因mRNA表達被ELF—EMF下調(diào)的結(jié)果一致。說明以上分子機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記對肝癌細胞所產(chǎn)生的協(xié)同作用。并在動物實驗中證實了EMF聯(lián)用低劑量

9、x線對延長動物生存和縮小腫瘤的協(xié)同作用。證實了ELF—EMF對癌細胞和正常細胞有著不同的細胞效應。說明EMF聯(lián)用納米粒子標記或低劑量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對肝癌細胞和肝細胞的生物效應的分子網(wǎng)絡機制；并選取相關基因進行鑒定,證實了基因芯片結(jié)果的可靠性。我們因此得出ELF—EMF影響肝癌細胞的假說:ELF—EMF對肝癌細胞的信號通路的影響不同于正常肝細胞,在肝癌細胞中ELF—EMF可促

10、使細胞周期的轉(zhuǎn)換,將其誘導的DNA損傷帶入下一代細胞,并不斷積累DNA損傷,與此同時,ELF—EMF上調(diào)肝癌細胞的色素c釋放基因,促進細胞凋亡；而正常細胞中ELF—EMF不能促進細胞周期的轉(zhuǎn)換,相關促周期轉(zhuǎn)換基因被抑制,因此DNA損傷不易帶入下一代細胞而得到及時修復,而同時細胞色素c釋放基因也被抑制,從而抑制凋亡,故ELF-EMF對正常細胞協(xié)同誘導凋亡效應不如肝癌細胞明顯。因此從分子網(wǎng)絡機制上驗證了以上非線性系統(tǒng)理論的假說,即快速膨脹的