高强度皮秒脉冲电场对宫颈癌HeLa细胞作用效应的实验研究

论文摘要

宫颈癌是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤之一，近年来随着宫颈癌检测水平的提高及筛查体系的普及和完善，其发病率明显上升且年轻化趋势明显，给女性健康及生命造成严重威胁。与大多数实体肿瘤一样，目前宫颈癌的治疗仍以手术为主，辅以化疗、放疗等，虽部分极早期患者可以通过手术达到近乎治愈水平，但因生殖系统完整性被破坏，术后生活质量受到一定影响，甚至丧失生育功能；部分保留生育功能的宫颈癌患者术后流产、早产等发病率增高，因此，寻求一种既能有效杀灭肿瘤细胞、又能保持患者生殖系统完整性的无创治疗方式，成为研究的新热点。脉冲电场技术是生物医学、电气工程、微电子新技术等多学科领域交叉的产物，正逐渐发展成为一种新型的肿瘤物理治疗手段。宫颈虽位于体内，却易于暴露与固定，使得宫颈癌有可能采用无创技术进行治疗；高强度皮秒脉冲电场因其高场强、低脉宽的物理学特性，具有集中性好、激发能量高、超宽带频谱丰富、方向性精确、控制性良好等优势，成为无创治疗研究的良好选择。目前，国内外有关高强度皮秒脉冲生物电效应机制的研究甚少，本课题组在国内首次对高强度皮秒脉冲电场对肿瘤细胞的生物电学效应进行研究，旨在为基于靶向诱导凋亡的无创治疗技术提供基础研究。第一部分高强度皮秒脉冲发生器简介通过匹配冲击脉冲辐射天线，皮秒脉冲电场可能无创进入并精确靶向特定生物组织进而发挥特殊的生物电磁效应。重庆大学相关研究人员结合脉冲功率中皮秒脉冲产生的相关原理，通过对Marx发生器产生的纳秒脉冲进行削尖前沿和尾切后沿，研制出一种皮秒级冲击脉冲。实测结果表明：该高强度皮秒脉冲源峰值可达50.0kV、前沿低于250ps、脉宽800ps左右，且放电稳定、重复性强，满足冲击脉冲辐射天线信号源的要求，为实现肿瘤无创治疗奠定了硬件基础。第二部分高强度皮秒脉冲电场对HeLa细胞生长抑制的剂量-效应关系目的:探讨高强度皮秒脉冲电场对HeLa细胞生长抑制的剂量-效应关系。方法:固定重复频率3Hz、脉宽800ps，按照脉冲剂量不同分为A、B、C、D四组（0kV/cm/0个，150kV/cm/1000个，150kV/cm/3000个，250kV/cm/1000个），于作用后0h、6h、12h、18h、24h、36h、48h用苔盼蓝染色计数细胞，计算各时间点细胞死亡率，观察细胞损伤效应与处理后时间的相关性；固定重复频率3Hz、脉宽800ps，给予HeLa细胞不同场强（50kV/cm,150kV/cm,250kV/cm）及脉冲个数（0,100,500,1000,2000,3000,4000,5000个），于处理后6h及12h分别用MTT法进行细胞抑制率检测，寻求细胞抑制最优参数。结果:高强度皮秒脉冲电场对HeLa细胞具有明显的损伤效应，同一处理组细胞的死亡率在6～12h存在时间依赖性（P<0.05），12h达到高峰，之后各时间点两两比较差异无统计学意义（P>0.05）；高强度皮秒脉冲电场对细胞抑制具有剂量依赖性，随着脉冲剂量的增加，抑制率增加，场强250kV/cm、脉冲个数5000个组的抑制率最为明显。结论:一定剂量的高强度皮秒脉冲电场对宫颈癌HeLa细胞有明显损伤效应。第三部分高强度皮秒脉冲电场致HeLa细胞损伤效应的观察目的:观察高强度皮秒脉冲电场对宫颈癌HeLa细胞的损伤效应。方法:固定场强250kV/cm、脉宽800ps、重复频率3Hz，根据脉冲个数的不同分为对照组和低、中、高剂量组（0、1000、3000、5000个），于处理后12h行AO/EB染色及透射电镜观察细胞的形态学改变；免疫细胞化学S-P法检测caspase-3蛋白表达；Western Blot法检测Bax/Bcl-2表达量的改变。结果: AO/EB染色及透射电镜检测均观察到处理组细胞发生凋亡的形态学改变；各处理组细胞caspase-3蛋白活性均高于对照组（p﹤0.05），且随着脉冲剂量增加，其表达增强；与对照组相比，处理组细胞内促凋亡蛋白Bax表达量显著增加（p﹤0.05），凋亡抑制蛋白Bcl-2表达量略降低，Bax/Bcl-2显著上调（p﹤0.05）。结论:高强度皮秒脉冲电场能够引起宫颈癌HeLa细胞凋亡。

论文目录

• 英汉缩略语名词对照
• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一部分 高强度皮秒脉冲发生器简介
• 1 研究背景
• 2 仪器原理
• 3 仪器性能测试
• 4 小结
• 第二部分 高强度皮秒脉冲电场对宫颈癌 HeLa 细胞生长抑制的剂量-效应关系
• 1 材料
• 2 方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 第三部分 高强度皮秒脉冲电场对宫颈癌 HeLa 细胞损伤效应的观察
• 1 材料
• 2 方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 全文总结
• 参考文献
• 附图
• 文献综述
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文目录