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光激活血卟啉与声激活血卟啉的机理初探及实验研究

刘渊声  
【摘要】: 肿瘤,尤其是恶性肿瘤(通称癌症)已成为危害人类健康和生命的最主要的疾病。预计21世纪中叶,世界癌症患者的数量将有大幅增长。因此,如何诊治癌症是目前医药研究领域的重大课题。在众多诊治肿瘤的方法中,以血卟啉及其衍生物为媒介的光动力学疗法和声动力学疗法由于其高效、无创伤等优点逐渐引起人们的注意。由于血卟啉对机体的低毒性,可在肿瘤组织优先聚集且驻留时间长,加上超声波在生物组织内的穿透性强,能在组织深部聚焦,弥补了光动力学疗法只能对表层癌变起作用的缺点,使声动力学疗法比光动力学具有更大的应用前景而倍受人们的关注,在近年来得到了迅速的发展。 声动力学疗法以其独特的优越性在肿瘤治疗方面起着重要的作用,因而进行深入研究并最终推动这一方法向临床迈进将具有重大意义。目前,国内外学者就声动力学疗法抗肿瘤效应作了大量基础性工作,尤其是日本学者梅村晋一郎在这方面进行了大量的研究,积累了许多宝贵的资料。但现今的研究领域多局限在离体和小型动物移植肿瘤等方面,在声动力学疗法生物学机制上虽然也作了一些探索,但都不深入不系统,离临床应用还有不小的差距,特别是对其基础方面的研究如超声激活血卟啉的机理和具体研究方法上,国内外鲜有报道。作者以此为切入点,在国内外学者研究成果的基础上,依托国家自然科学基金项目“复频聚焦超声声动力学声化学激活血卟啉抗肿瘤效应的研究”的资助,借助梅村晋一郎的思路,采用类似于荧光的白炽光源,研制了一种以重冕玻璃为材料的各向同性集光球,探讨了血卟啉在弱光照条件下的激活量与血卟啉浓度、照射光强、照射时间三者的关系,找到了在此条件下血卟啉的光照阈值,巧妙地消除了水的声致荧光的干扰,并结合拍摄的荧光照片研究了声致荧光对血卟啉激活程度的影响,通过大量的实验数据和一定的理论分析,得到了以下结论: 1、从HMO图形理论出发,将血卟啉分子的π键共轭体系简化为一个含有杂原子的十九元环,根据久期行列式从理论上计算了血卟啉分子的各个轨道能级,推算出血卟啉激发波长与发射波长的理论值,且理论值与实际值相符。这一结果表明,血卟啉激发波长与发射波长均来源于分子基态能量与各个能级间的能量差,它们都是血卟啉分子固有特性的反映,HMO理论推导的正确性说明了血卟啉分子的荧 光主要来源于叶琳骨架上的。电子。 2、研制了一种以重冕玻璃(n=1.61263)为材料,半径为3mm的各向同性集光球, 并对其传输特性进行了测定。结果发现,集光球系统的输出光强总略高于输入光 强,在白炽光源的光强范围内输入光强与输出光强几乎成线性关系,并且它能够 强烈地收集血叶琳光照阈值附近光,由此说明集光球系统对弱光具有良好的收集 作用,能够满足实验的要求。 3、通过大量的实验数据发现了在白炽光源作用时血叶咐的激活程度与照射光强、 照射时间及血叶琳溶液浓度三者存在一定关系:光强是决定能否激活血叶琳的首 要因素,光强过低,无论血叶咐的浓度多高,作用时间多长均不会产生激活。当 光强略高于血叶咐的光照阈值,血叶晰的激活效率与照射光强、照射时间和血叶 咐溶液浓度均呈近似线性关系。但三者的激活效率不同,时间因于激活效率最高, 光强其次,血叶咐浓度的变化对血叶琳激活效率的影响最低。另外,我们发现, 白炽灯光激活血叶琳同时产生单态氧,再次验证了Noriol’‘]得到的结论。 4、实验中根据照射光强、照射时间和血叶咐溶液浓度三者对血叶琳激活效率的关 系,寻找到了血叶琳在白炽光源作用时的光照阈值(光强范围在 1.27X10” Wom’与 15.2 xlo-” w/cm‘之间)。同时还发现,在光强高于血叶咐光照阈值时 存在一个特殊区域,血叶晰的激活程度对这一区域的光强变化不敏感,而且在此 光强范围内,血叶咐的激活量与其浓度、光照时间的关系不大,具体原因还需进 一步的实验验证和理论证明。我们还发现,在某一光强下,照射时间和血叶啦浓 度在对血叶咐的激活程度存在着一定的交互关系,这一结论与赵玉佩等人l‘’]得到 的结论一致。 5、实验中仅使用普通的胶片就拍摄到了在低频超声作用时水的声致发光照片,以 及在相同条件下由集光球系统导出的荧光照片,说明集光球系统对弱光具有良好 的收集作用,同时也为判定水的声致荧光激活血叶琳的可能性提供了证据。 6、从理论上详细探讨了超声照射血叶琳溶液时空化热能、冲击波、声致荧光等 能量形式激活血叶咐的可能性,并通过实验验证了水的声致发光对血叶琳激活的 影响。实验结果表明:超声激活血叶琳时有单态氧产生,并用DPBF捕获到。光 能够激活血叶琳,但盐水的声致荧光较弱,不足以激活血叶咐,即使水的声致发 光能够使普通胶片感光,也不足以激活血叶琳。空化热能、冲击波与试管中血叶 晰溶液空化产生的高温、高压、冲击波等多种能量协同作用使血叶琳激活,但到 底是某种单独能量形式激活血叶咐还是多种能量的合作用激活血叶琳,尚需进一 步的实验研究。 当然,本文的实验结果只是对超声激活血叶咐机理的初步探索,其机理复杂,


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