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孵育温度对纳秒脉冲电场处理后肿瘤细胞存活情况的影响及其机制研究

张雪明  
【摘要】:研究目的: 恶性肿瘤成为严重威胁人类生命健康的重要疾病,部分肿瘤如果早期得到诊断,可以通过手术、化疗进行有效治疗。寻找开发新型肿瘤治疗手段来提高肿瘤患者生存率仍是很迫切的需求,近十几年,一种利用脉冲电场消融肿瘤的新技术开始进入到生物医学肿瘤研究,其中,纳秒脉冲电场是继第一代电脉冲化疗技术,第二代不可逆电穿孔技术后的第三代高能超短电脉冲消融技术。在本实验研究中,我们观察了纳秒脉冲对肿瘤的消融效果,温度对消融效果的影响及可能的分子机制。我们首先通过动物实验明确纳秒脉冲电场治疗所引起的肿瘤微环境改变有助于肿瘤消融治疗,接着通过选择不同环境温度对纳秒脉冲电场处理后的肿瘤细胞进行孵育,观察温度因素对消融造成的影响,从诱导肿瘤细胞凋亡坏死、抑制肿瘤细胞增生、细胞内活性氧ROS水平、细胞线粒体膜电位等方面来探索孵育温度对纳秒脉冲电场处理后肿瘤细胞存活情况的影响及其机制。 研究方法: 动物实验包括荷瘤裸鼠的肿瘤消融治疗和正常大鼠肝脏对脉冲电场处理的反应。将肝细胞癌(HCCLM3)细胞接种于裸鼠皮下,利用纳秒脉冲电场来治疗荷瘤裸鼠的肿瘤,每周观察裸鼠机体情况和肿瘤生长情况,此外还对正常大鼠肝脏进行脉冲电场处理,通过苏木精-伊红(HE)染色法观察实验组肿瘤内的炎性细胞浸润情况和肝脏血管管腔电击后的凝血栓塞情况。细胞实验包括黑色素瘤B16f10细胞株、肝细胞肝癌HCCLM3细胞株、肝细胞肝癌7721细胞株、胰腺癌Panc-1细胞株。细胞处理后将细胞分别在不同环境温度(冰上、40C、室温25℃、37℃)下进行孵育15min,孵育结束后采用CCK-8法来计算细胞24h相对存活率、通过凋亡流式试剂盒来鉴定细胞凋亡坏死情况、通过JC-1检测细胞线粒体膜电位变化、通过DCFH-DA检测细胞活性氧ROS水平,探索孵育温度对纳秒脉冲电场处理后肿瘤细胞存活情况的影响及其机制。最后通过改变孵育溶液渗透压研究渗透压、N-乙酰半胱氨酸(NAC)预孵育1h,验证孵育温度的影响机制。 研究结果: 经过纳秒脉冲治疗后,裸鼠肿瘤体积逐渐缩小(p0.05),直至成疤痕状,肿瘤内出现大片坏死灶伴弥漫炎性细胞浸润,电击处理正常大鼠肝脏后发现电场作用范围内的血管出现广泛凝血栓塞。细胞实验中,随着孵育温度的下降,纳秒脉冲电场处理后肿瘤细胞24h相对存活率降低、早期凋亡坏死细胞百分比增加、ROS水平升高、细胞线粒体膜电位下降。不同细胞株对孵育温度敏感性不同,黑色素瘤B16f10细胞对孵育温度变化相对最敏感,胰腺癌Panc-1细胞对孵育温度变化相对不敏感。另外高渗蔗糖溶液可以通过渗透压抑制低温孵育引起的纳秒脉冲电场处理后细胞ROS水平上升,并且使24h细胞死亡降低,具有保护作用;NAC预孵育1h处理也可以有效减少低温孵育引起的纳秒脉冲电场处理后细胞死亡。研究结论: 纳秒脉冲电场可以有效消融皮下肿瘤,主要通过3个方面的微环境变化来达到治疗效果,包括电场本身引起的早期肿瘤凋亡坏死、肿瘤供血血管栓塞导致的继发性缺血坏死、富集的炎性细胞引起的肿瘤自我消亡。孵育温度通过ROS水平的变化来影响纳秒脉冲电场处理后细胞的相对存活情况,且不同细胞对孵育温度变化敏感程度不同。高渗蔗糖溶液、NAC都可以通过调节孵育细胞的ROS水平的变化来保护纳秒脉冲电场处理后低温孵育的细胞。


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