脉冲电场是治疗恶性肿瘤的一种新的途径,它在某些方面优于放疗和化疗等治疗癌症的传统方法。本文应用电场强度10KV/cm,脉宽500ns,频率为1Hz的纳秒级脉冲电场作用于人肝肿瘤细胞HepG2,从细胞凋亡、细胞膜穿孔、线粒体膜电位和细胞间隙连接通讯等四个方面,研究肿瘤细胞对纳秒电场的响应并探索将纳秒级脉冲电场用于肿瘤治疗的可行性。运用Annexin-V/PI联合双染色法结合流式细胞分析纳秒级电场诱导HepG2细胞的凋亡效应,结果显示10KV/cm,脉宽500ns治疗20s后,较对照组出现了比较显著的凋亡(对照组1.66%,电刺激组11.81%)。台盼蓝染色实验说明电刺激后细胞的存活率(73.1%)明显低于对照组细胞存活率(94.6%)。运用JC-1线粒体膜电位检测试剂盒结合荧光分光光度计检测HepG2细胞经纳秒电场刺激后线粒体膜电位的变化趋势。结果显示无刺激对照组线粒体膜电位没有明显的变化并维持在一个相对较高的水平;HepG2细胞暴露在10KV/cm,脉宽500ns纳秒电场20s后的4个小时内持续下降,并且在电刺激后0.5小时下降最为明显,表明HepG2细胞在纳秒级电场的刺激下,线粒体跨膜电位下降,进入早期凋亡。运用PI染核材料,结合倒置荧光显微镜,对纳秒电场刺激过程中和刺激之后细胞膜表面是否产生穿孔进行了研究。结果显示,电刺激过程中细胞并没有发生穿孔,而是在刺激结束后约3min开始出现穿孔,8min后PI荧光大面积出现,并持续至少20min。结合凋亡的数据,我们的结论是:细胞在纳秒电场的作用下发生了不可逆电穿孔效应(IREB)。运用荧光漂白恢复技术结合激光共聚焦显微镜,实时监测纳秒电场作用下肿瘤细胞HepG2细胞间隙连接通讯的变化情况。结果表明,经10 KV/cm-500ns脉冲电场刺激20s后, 5,6-CFDA染色HepG2细胞,激光萃灭后荧光恢复率达到46%。而无电刺激的对照组荧光强度未见显著性回升,说明相邻细胞间无物质交换,其间隙连接通讯基本无变化,10s后基本稳定在10%左右。因此纳秒级电场处理HepG2细胞可明显增强间隙连接通讯功能。