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研究目的在医学领域,电磁场广泛应用于肿瘤、神经精神疾病及骨病等的治疗。已开发的电磁场肿瘤治疗设备在临床试验中显示有良好的疗效,且具有无创和低不良反应的优点,因此其在肿瘤临床辅助治疗领域应用具有很大的价值和潜力。电磁场对细胞的凋亡、DNA损伤、自噬以及分裂增殖都有一定的影响,但其生物学效应的原初作用机制目前尚不明确。有研究提示,自由基(free radicals)可能是其重要的参与因子。本实验室的前期研究发现一种平均强度为5.1 m T的组合磁场,具体为静磁场(static magnetic field,SMF)调制的50 Hz极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic field,ELF-EMF),磁场强度周期性变化。该磁场对多种肿瘤细胞的生长具有抑制作用,本课题旨在通过改变该抑瘤磁场的相关物理参数,从而提高该磁场的抑瘤作用,并初步探索该抑瘤磁场的生物学靶点和生物学效应机制。材料和方法本实验采用人肾母细胞瘤细胞G401和人肺腺癌细胞A549两种肿瘤细胞及相应的人肾上皮细胞293T和肺支气管上皮细胞Beas-2B两种正常组织细胞。电磁场发生设备为实验室自行开发。细胞在培养坏境中接受磁场暴露,通过改变磁场暴露天数、每天磁场暴露时间、SMF或ELF-EMF磁场强度、单个小节持续时间等改变磁场暴露条件。1.通过活细胞计数法绘制细胞生长曲线及抑制率曲线,分析磁场对不同细胞的作用及不同磁场条件对细胞抑制率的影响。2.通过DCFH-DA探针检测细胞内活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)浓度,分析不同磁场条件对细胞内ROS浓度的影响,以及ROS如何参与磁场的抑瘤作用机制。3.通过Lysotracker探针观察磁场暴露对细胞溶酶体的影响。4.通过细胞免疫荧光、Western blot实验观察磁场暴露对细胞微管蛋白的影响。结果每天暴露于该组合磁场2h,持续3天,对Beas-2B、293T等非肿瘤细胞无明显抑制作用,而对G401、A549等肿瘤细胞具有显著抑制作用。改变该磁场的关键参数发现,每日8 h磁场暴露比每日2 h磁场暴露的抑制率高约10%(P值均<0.05),延长磁场暴露周期可提高G401的抑制率,但对A549的抑制率影响不明显;改变单个小节持续时间对肿瘤细胞抑制率无明显影响(P值均>0.05);不同强度SMF或不同强度ELF-EMF对肿瘤细胞抑制率皆无明显差异(P值均>0.05);SMF与ELF-EMF的组合磁场(co-MF)的抑制效果优于两种磁场单独作用(P值均<0.05)。SMF和ELF-EMF皆可引起细胞内ROS浓度升高,且在磁场暴露后1-2h即达峰值,早于肿瘤细胞出现明显生长抑制的时间(2-3天,累计暴露4-6h);延长磁场暴露时间并不能使细胞内ROS浓度不断上升,而是维持在一定高水平;co-MF磁场诱导ROS提高的水平显著高于单磁场,但显著低于SMF和ELF-EMF单独诱导ROS相加的值;连续多日磁场暴露结果显示细胞内ROS峰在磁场暴露结束后可持续至次日,但次日继续施加磁场暴露2h后,细胞内ROS浓度并未进一步提高。结论1.延长暴露时间可提高磁场对肿瘤细胞的抑制率;2.对于周期性变化磁场的暴露方案,改变单个小节持续时间或每种磁场类型的强度,对肿瘤细胞抑制率无明显变化;3.组合磁场对肿瘤细胞的抑制率高于SMF或ELF-EMF单独作用;4.SMF、ELF-EMF可分别引起细胞内ROS浓度升高;5.G401细胞在该肿瘤抑制性磁场中暴露后其溶酶体数量增加,并且形态发生改变;6.该肿瘤抑制性磁场对A549细胞的微管蛋白形态和表达水平无明显影响。