原红梅[1]2004年在《电化学治疗肿瘤：主要损伤机制和电极分布方式的研究》文中进行了进一步梳理电化学治疗肿瘤(Electrochemical Treatment of Tumors，简称EChT)是一种局部治疗肿瘤的方法，是将两个或多个电极分别用作阴极和阳极插入肿瘤组织中，在阴极和阳极之间通过直流电进行电解，在肿瘤组织内产生一系列物理和化学的变化，达到杀灭和抑制肿瘤细胞的目的。该方法适用于那些采用手术、放疗和化疗不能达到预期效果，或不能接受这些传统治疗的肿瘤患者。在中国，十几年的时间内已有逾万名患者接受了治疗，总有效率超过80％。EChT方法在中国取得了成功，在世界范围引起了广泛的关注。 然而，目前尚不十分清楚电化学处理引起肿瘤损伤的主要机制。此外如何分布电极可以使得肿瘤组织整体地、均匀地受到主要损伤机制的作用，以及如何确定EChT的治疗剂量和治疗的终点仍是EChT方法需解决的主要问题。 针对上述问题，本论文开展了有关电化学处理引起肿瘤组织损伤的主要机制及电极分布方式的研究。主要研究内容和结论如下： 一、电化学处理引起肿瘤细胞和组织损伤的主要机制的研究 论文第二章，在癌细胞的悬浮液中研究了电解处理肿瘤组织的主要产物强酸、强碱及Cl_2对癌细胞的损伤机制；利用在琼脂中混入癌细胞的方法研究了电解处理引起癌细胞损伤的主要机制；离体电解处理人体恶性肿瘤组织及活体电解处理荷瘤小鼠，研究了电解处理对癌组织的损伤机制，主要结论： 电解处理在电极周围引起的酸碱的剧烈变化是导致肿瘤损伤的主要原因。电解使阳极周围组织变为强酸性，导致细胞“固缩性”坏死；阴极周围的组织变为强碱性，引起癌细胞“溶解性”坏死。其中阴极过程对肿瘤的损伤作用较阳极过程更强，而氯气几乎对癌细胞没有损伤作用。 二、电化学处理肿瘤的电极分布方式及电流控制方式的研究 在电极周围所形成的pH的变化范围，在一定程度上可近似为电解处理所引起的肿瘤组织的损伤范围。在论文第叁章中，利用在琼脂中加入广普pH指示剂的方法，研究了电化学处理时阴、阳电极周围形成的pH剧烈变化的分布范围，及其与电极分布方式之间的关系。研究结果表明，电解处理在电极周围引起的强酸、强碱区域的分布受电极分布方式的影响。采用阴、阳极交替排列的电极分布方式进行电解处理后，电极周围的强酸和强碱区域分布不均匀，因而常留有未受到损伤的癌细胞或癌组织。 电解处理在电极周围引起的强酸、强碱性区域的范围与电解电量成正比。当电解电量相同时，小电流长时间电解所引起的pH的变化范围较大电流短时间的更大。 采用“多阴极”的布针方式和“均匀控制每路电流”的电流控制方式，离体电解处理人体恶性肿瘤组织和活体电解处理荷瘤小鼠。实验结果表明采用上述方法可以使癌组织整体地、均匀地受到损伤，并显着抑制了肿瘤的生长。 初步提出电化学治疗肿瘤的电极分布原则为: (a)多个阴极同时插入肿瘤组织内; (b)尽可能小的电极间距; (c)均匀控制流经每个电极表面的电流。叁、电化学治疗肿瘤过程中组织的电导率变化与组织损伤之间的关系 论文第四章研究了电化学处理过程中组织的电导率变化与其损伤程度之间的关系。实验采用恒定直流电流(15mA)电解动物组织及人体恶性肿瘤组织，同时测量电化学处理过程中组织的电导率变化，然后观察组织的病理切片。实验结果显示正常组织和恶性肿瘤组织的电导率在电化学处理过程中呈规律性变化，并且受损组织的病理变化与电导率之间呈现一定程度的关联。表明有可能通过现场实时检测组织电导率的变化，来监测组织损伤的程度，从而科学地控制治疗过程。
刘婵桢[2]2007年在《电化学治疗对宫颈癌HELA细胞离子通道的影响及其与细胞生长的关系》文中研究指明目的:通过体外实验研究电化学治疗作用对宫颈癌细胞系离子通道的影响及其与细胞生长调亡之间的关系,进一步探讨电化学治疗宫颈癌的作用机制。方法:采用活细胞计数绘制生长曲线以观察在(5V,10C)的电化学治疗剂量作用后,阴极、阳极以及(5V,10C)电化学治疗作用后并添加了K离子通道开放剂的阴极、阳极细胞与未经过治疗的宫颈癌细胞生长趋势的变化。噻唑兰染色法(MTT)比较以上各组细胞的生长抑制率;全细胞膜片钳模式测定经(5V,10C)电化学治疗后阴极及阳极的细胞与未经治疗的宫颈癌细胞相比,其K离子通道电流的变化。RT-PCR(逆转录PCR)测定经(5V,10C),(10V,10C),(10V,5C),(5V,5C)的电化学治疗剂量的作用后,阴极及阳极细胞与未经过治疗的宫颈癌细胞相比较,其钾离子通道蛋白基因KCNJ16,钙离子通道蛋白基因CACNA1G,以及氯离子通道蛋白基因CLCN3mRNA的表达情况;半定量PCR(凝胶电泳成像分析法)测定并计算各电化学剂量阴极细胞及阳极细胞KCNJ16,CACNA1G,CLCN3mRNA的相对表达值,并比较其差异。结果:(1)控制时间影响因素后,(5V,10C)电化学治疗后阴极组及阳极组,(5V,10C)电化学治疗后并添加K离子通道开放剂的阴极组及阳极组,与空白对照组细胞计数结果之间比较有显着的统计学差异(P＜0.01),由生长曲线图可知,空白对照组随时间变化细胞数逐渐递增;(5V,10C)治疗后阴极及阳极组,细胞数随时间变化始终呈递减趋势,与其它叁组区别明显;(5V,10C)电化学治疗后并添加K离子通道开放剂的阴极组及阳极组细胞数先减少,第叁天后逐渐增加,最后与正常对照组细胞生长趋势一致。(2)在宫颈癌HELA细胞中,利用全细胞膜片钳模式记录到持续激活的外向钾电流。此类电流激活速度较快,失活速度很慢,具有外向整流特性,大约从0mV左右处开始出现可分辨的钾电流,之后,随着指令电压的阶跃攀升,通道开放逐渐增加,表现为外向电流值逐渐增大,故具有电压依赖性。经(5V,10C)电化学治疗剂量作用后的阴极及阳极与对照组细胞相比,细胞外向整流的钾通道被明显抑制,其中在钳制电压为10mv,20my,30my,40mv,50mv时,各试验组与对照组相比,K离子通道电流强度均有下降,从Ⅰ—Ⅴ曲线可知,与对照组相比,经电化学治疗后,阴极及阳极组Ⅰ-Ⅴ曲线下移。(3)半定量PCR结果显示:,对照组与经电化学治疗(5V,10C)阴极及阳极,(10V,10C)阳极KCNJ16相对表达值相比,治疗后KCNJ16表达下降,差别显着(P＜0.05),有统计学意义;下降程度:(5V,10C)阳极>(10V,10C)阴极和阳极,差别显着(P＜0.05),有统计学意义,后二者之间的差别无显着差异(p＞0.05),对照组与其余各组差别无统计学意义;与对照组相比,经(5V,10C)电化学治疗后,阴极处CACNA1G相对表达升高,差别有统计学意义,(P＜0.05),余各组无显着差异;(5C,10V)治疗后阴极,(10C,10V)治疗后阴极细胞组与对照组及其余各组细胞相比,CLCN3表达增高,差别有显着意义(P＜0.05),其中此2组间的差别亦有统计学意义(P＜0.05),前者该基因表达增高较后者显着,余各组与对照组相比,该基因表达无统计学差异。结论:(1)、细胞生长及抑制实验表明,(5V,10C)的电化学治疗能使宫颈癌细胞的生长明显受到抑制,而治疗后加入钾离子通道开放剂,能部分抵消了电化学对宫颈癌细胞的这种抑制作用。(2)、全细胞膜片钳记录模式在宫颈癌HELA细胞中引出外向整流性钾离子通道电流,该电流在接受了电化学治疗后受到抑制,抑制趋势与电化学作用后细胞生长受限相附,因此认为电化学治疗可抑制外向整流性钾离子通道,这种抑止作用为电化学治疗抗肿瘤作用的机制之一。(3)、电化学治疗到达一定剂量强度下,可以引起KCNJ16、CNCL3、CACNA1G的改变,其中,KCNJ16为内向整流性钾通道的编码基因,其改变主要发生在阴极,与电化学的治疗机制相关;CACNA1G和CNCL3分别为T型钙通道的编码基因和容量调控氯离子通道的编码基因,在阴极处可有表达的升高,与电化学治疗的作用机制关系有待进一步研究。
杨孔[3]2005年在《电磁脉冲的细胞生物学效应及其提高抗肿瘤药物的疗效与机理分析》文中研究指明当前,全世界肿瘤发病率位居第二,仅次于心血管病,已成为威胁人类健康的主要杀手之一。据世界卫生组织统计,全世界有4000多万癌症患者,随着工业化、城市化进程的加快和环境污染的加重,癌症发病率还在以每年2-3%的速度上升。因此,积极寻找有效治疗肿瘤的手段是非常紧迫和重要的。 目前肿瘤的治疗方法有外科、化疗、放疗、免疫法及它们的联合使用。对于一些病人,这些手段使它们五年或更长年限的存活率提高。然而,它们有许多主要限制,如肿瘤转移和复发,肿瘤产生耐药性,毒副作用大、病人免疫力低下、重要器官肿瘤无法切除、外表损伤、辐射导致头发脱落等,这些限制往往导致治疗的失败。很多研究者试图研发一种治疗手段能够克服上述局限性。因此,最近国际上兴起利用细胞电穿孔结合抗肿瘤药物治疗肿瘤,称为肿瘤电化学疗法,简称肿瘤的电化疗法。肿瘤电化学疗法的离体细胞实验和肿瘤模型实验都已经有报道,这些实验结果表明电化疗法的效果非常显着,有很好的应用前景。然而,到目前为止电化疗法还存在以下问题:首先,没有研究肿瘤细胞电穿孔所需要的电磁场参数和电磁场对肿瘤细胞的非热生物学效应;第二,还没有研究低强度低频率的电磁场电化疗的报道;第叁、没有研究电化疗的安全性;第四、研究的药物种类和肿瘤有限,没有用于选择电化疗药物的标准;第五、对电化疗的治疗机理研究很少,认为仅仅是因为细胞膜电穿孔而提高了抗肿瘤药物的疗效。然而,最近的一些研究发现其机理非常复杂,可能涉及到物理的,生物的、药学的、肿瘤学等知识。研究电化学疗法治疗肿瘤,对于减轻肿瘤病人的痛苦,提高肿瘤病人的生活质量和促进社会进步,具有非常重要的意义。 本论文通过用不同的电磁脉冲强度、脉冲次数、电容(脉冲宽度)处理S180肉瘤细胞,研究了电磁脉冲处理后细胞的细胞膜、线粒体、细胞核、内质网、细
蒋志峰[4]2003年在《电化学治疗对宫颈癌HELA细胞系的影响的体外实验研究》文中研究表明目的：通过体外实验研究电化学作用对宫颈癌细胞系外环境改变及生物学行为影响。进一步探讨电化学治疗宫颈癌作用机制，并筛选合理的临床治疗方案。方法：分别采用四个电化学治疗剂量（5V，10C），（10V，10C），（5V,5C），（10V，5C）对体外培养宫颈癌细胞进行电化学治疗后分叁个时段，0h、24h、48h噻唑兰染色法（MTT）测定各电化学剂量及酸碱作用对细胞生长抑率影响，活细胞计数法绘制生长曲线以观察各电化学剂量作用后宫颈癌细胞生长趋势变化，自动生化分析仪和酸度计分别测定电化学作用前后，宫颈癌细胞外环境中各种离子浓度及pH的变化，并分析离子浓度，pH值变化与细胞生长抑制效果的关系；倒置显微镜及HE（苏木精——伊红）染色，观察各电化学剂量及酸碱作用下，宫颈癌细胞形态学改变规律；流式细胞仪测定电化学及酸碱作用对宫颈癌细胞周期影响；RT－PCR（逆转录PCR）测定电化学作用后，宫颈癌细胞CDK1、CDK4、CyclinB1、CyclinD1等细胞周期相关基因mRNA表达变化；半定量PCR（凝胶电泳成像分析法）测定并计算各电化学剂量CDK、Cyclin，mRNA的相对表达值，并比较其差异。结果（1）在叁个时段中（0h、24h、48h），各电化学剂量对宫颈癌生长抑制作用有差异（P＜0.01＝。其中（5V，10C），（10V，10C）电化学剂量对细胞生长抑制作用明显，各时段生长抑制率>50％，（5V，5C），（10V，5C）对细胞生长抑制作用较弱，48小时细胞生长抑制率均小于50％。细胞生长抑制强弱顺序为（5V，10C）＞（10V，10C）＞（5V，5C）＞（10V，5C）。（2）在叁个时段中（0h、24h、48h）,pH值分别为6.54、6.75、70.4、7.32四种酸性培养液对宫颈癌细胞生长抑制率的差异无统计学意义（P＞0.05）。且对细胞生长抑制率均小于50％，抑制作用不明显。PH值分别为10.07,9.95,9.42,9.53四种碱性培养液对宫颈癌细胞的生长抑制率之间有显着统计学差异(P＜0.05~0.01﹚，且随着碱性增强（pH升高），对细胞生长抑制作用亦增强。其中pH=10.07，对细胞抑制作用明显，叁个时段生长抑制率皆大于50％。各组碱性培养液对宫颈癌细胞生长抑制率明显高于各组酸性培养液（P＜0.01)。（3）各时段（0h、24h、48h）各电化学剂量对宫颈癌细胞生长抑制率均明显高于其阴、阳电极处对应酸碱作用后的生长抑制率（P＜0.01）。对宫颈癌细胞生长抑制作用
寿延宁[5]1999年在《电化学对肺癌细胞的杀伤效应及诱导细胞凋亡的研究》文中进行了进一步梳理为了提高电化学(Electrochemical Therapy，ECT)的治癌效果，尽可能地减少电化学治癌疗法中肿瘤细胞的残留，本文对电化学疗法杀伤肿瘤的疗效进行了研究，探讨了采用低电压、小电流治疗法的有效性，并对电化学疗法的治癌机理进行了进一步的研究。 一．ECT对实验性肺癌的杀伤作用。 体外实验，L78人肺鳞癌培养细胞接种在24孔板内，分叁组，即对照组，低电压组(5V)和高电压组(10V)。各实验组分别给予0.5、1、2、4C／孔的电量进行电化学治疗。体内实验采用T739小鼠肺腺癌(LA795)，待肿瘤长到1cm时，开始实验，分叁组，低电压组(5V)高电压组(10V)及对照组，各治疗组均给予20C的电量进行治疗。结果表明：体外实验对L78人肺鳞癌培养细胞，当电量为0.5C／孔时即有明显的杀伤作用，细胞增殖抑制率5V组为20％(P＜0.01)，10V组为14.9％(P＜0.01)，4C／孔时分别为80.7％和83.28％(P＜0.01)，对肿瘤细胞的抑制率随电量的增加而增大，电量低于2C／孔时，低电压组的抑制率优于高电压组；电量大于2C／孔时，抑制效果无显着性差异。体内实验，5V、10V组对T739小鼠肺腺癌(LA795)的抑瘤率分别为49.71％和56.32％，两治疗组无显着性差异。另分别给予40C的电量进行治疗时，可完全杀灭肿瘤。直流电能减少T739小鼠肺腺癌的肺转移结节数。但不能阻止肺转移的发生。电化学治疗后，小鼠的生存延长率分别为50.62％(5V)和53.33％(10V)，与对照组相比均有显着性差异(P＜0.01)。
杨涛[6]2012年在《电化学治疗对人乳腺癌MCF-7细胞系的作用机制的实验研究》文中提出目的本实验通过检测电化学治疗前后乳腺癌细胞培养液PH值的变化、乳腺癌细胞凋亡和生长情况、细胞周期变化、细胞内钙离子的变化、c-myc和cyclin E表达变化，进一步探讨电化学疗法对人乳腺癌细胞周期时相的影响及其抑制细胞生长诱导凋亡的部分机制。方法用不同电量处理MCF-7细胞继续培养6小时和24小时后通过酸度计、MTT法、GENMED细胞钙离子浓度比色法、流式细胞仪、激光共聚焦和免疫组化法分别检测细胞培养液PH值、细胞抑制率、细胞内Ca2+浓度、细胞周期、观察凋亡和坏死情况及c-myc和cyclin E表达的变化。结果电化学作用后与空白对照组相比，阴极PH值明显升高，呈碱性；阳极PH值明显下降，呈酸性，统计学均有显着性差异，（P<0.05﹚。各组电化学剂量治疗后，阴极处pH值相互比较差异有统计学差异（P<0.05），阳极处各电化学剂量间pH值改变幅度有统计学差异（P<0.05）。其中以20C组PH值变化幅度最大。与对照组相比，治疗组人乳腺癌MCF-7细胞抑制率均随电量增加依次增高(P<0．05)。干预组与对照组相比细胞内Ca2+浓度随电量的增加而增加，呈明显的量效关系，且24小时比6小时增加更明显随时间增加而升高，表明ECT可使人乳腺癌细胞MCF-7细胞内Ca2+浓度升高，在一定电量范围内细胞内Ca2+浓度与凋亡率呈正相关。治疗组随电量的增加处于G0/G1期的比例逐渐增高，而S期细胞比例逐渐下降(P<0．05)，G2/M期变化不明显(P>0．05)。细胞凋亡率在3、5、10C(C为电量库仑)明显依次增高，而20C增高不明显(P<0．05)，坏死率与对照组相比均呈明显依次增高(P<0．05)，24小时比6小时增加明显(P<0．05)。治疗组c-myc和cyclin E表达随电量的增加阳性细胞数逐渐减少。电化学治疗后培养24h比6h各组指标变化显着。结论低毫安电化学疗法通过改变人乳腺癌细胞MCF-7生存环境PH值及人乳腺癌细胞MCF-7细胞内Ca2+浓度升高从而导致c-myc和cyclin E表达水平低下，通过c-myc/cyclinE途径的异常使得人乳腺癌MCF-7细胞阻滞于G0/G1，从而抑制人乳腺癌MCF-7细胞生长，诱导细胞凋亡可能是ECT治疗肿瘤机制之一；低剂量电化学疗法主要诱导凋亡,高剂量电化学疗法主要引起细胞坏死。
饶伟[7]2009年在《基于碱金属的肿瘤微创消融方法研究》文中研究表明基于射频、微波、超声及激光加热等原理制成的传统医疗设备在确保有效杀灭肿瘤的同时又不伤及正常组织的问题上面临共同难题,并且大多存在结构复杂、手术费用高昂等特点。为克服上述问题,本文首次提出了碱金属热化学消融方法,并从理论和实验两方面,深入探索了新型热消融模式下的一系列关键基础问题。为全面认识碱金属消融方法对生物组织的破坏机制,本文对碱金属作用后的热效应、化学效应及空穴效应给予了全面评估,获取了描述细胞损伤速率的动力学参数,同时结合细胞损伤过渡态理论,通过活化自由能与温度之间的关系指出了不同处理下细胞损伤反应方向及速率的变化。通过剖析碱金属与组织间质水之间化学反应的特点,指出化学反应的放热率主要取决于组织中水分子的扩散通量,由此建立了碱金属放热率方程。同时对OH-在组织中反应扩散形成的溶解层及渗透层位移变化进行了定量刻画。基于对放热特性及生成物扩散特性的了解,建立了描述流体输运的传热传质模型,并分析了组织含水量、血液灌注率等参数对温度场及浓度场的影响。考虑到传统热损伤理论在描述碱金属消融损伤问题上的局限性,建立了热传导、扩散及化学反应相耦合的评价热化学损伤的熵产理论。构建了基于变色明胶体模的消融区形态和空间分布的叁维重建方法,提供了精确的剂量定量化工具。本文还通过荷瘤小鼠统计学实验比较了该方法与单一热疗或化学消融的肿瘤抑制率,同时引入红外测温手段发展了体表热学监测与术后评估体系,并提出了基于红外数据的体内温度场重构方法。尝试建立了注射式液态碱金属治疗平台,并考察了损伤后的病理变化及消融范围与注射量之间的关系。针对大多热疗方法中血管冷却效应制约热疗效果的问题,本文对存在大血管的碱金属消融后温度分布也进行了研究,由此明确了血管参数及血流速度对消融剂量的影响程度。以上研究可望引申出一种全新的低成本肿瘤微创治疗手段,就其中生物传热传质等基础问题的研究,对建立适宜于临床应用的高效热化学消融方法及其有效应用具有重要意义。
胡娅[8]2003年在《能量可控陡脉冲对恶性肿瘤电化学治疗的实验研究》文中认为电脉冲化学疗法（electrical impulse chemotherapy, EIC）是近二十年来发展起来的一种新的局部物理治疗肿瘤技术。其作用机理是通过脉冲电场的变化引起肿瘤细胞膜局部可逆性电穿孔，选择性增强化疗药物对恶性肿瘤细胞的杀伤作用，目前已在I、II期临床试验中取得了显着成效。但单独应用电脉冲治疗恶性肿瘤的实验机理研究目前尚未见文献报道。本课题采用能量可控陡脉冲( ECSP, energy -controllable steep pulse，）对体外和在体恶性肿瘤模型进行治疗，探讨能量可控陡脉冲治疗恶性肿瘤的有效性、可行性及安全性，为临床实验提供理论依据。研究主要获得以下结果：1、研究不同剂量的能量可控陡脉冲对体外培养的人卵巢癌细胞生物学性状的影响。对人卵巢癌细胞SKOV3施以不同剂量的陡脉冲，采用四甲基偶氮唑盐（MTT）比色法及细胞增殖曲线法观察急慢性损伤效应，流式细胞技术分析作用前后细胞周期的变化，倒置显微镜、透射及扫描电镜进行形态学观察。研究结果表明：⑴ MTT实验证实陡脉冲对肿瘤细胞的作用存在剂量效应关系，其杀伤率随剂量的增加而增加，揭示高剂量ECSP可导致肿瘤细胞急性损伤效应；⑵ 细胞增殖曲线表明随ECSP剂量增加，细胞增殖能力抑制越明显；⑶ 流式细胞分析结果表明，S期及G2/M期减少，G0/G1期细胞增加，并呈剂量依赖趋势；⑷ 通过显微摄影观察到肿瘤细胞在脉冲场中动态变化过程，提示肿瘤细胞带负电荷，在脉冲场中向阳极运动；⑸ 超微结构及扫描电镜结果显示陡脉冲能引起细胞不可逆性电击穿，导致肿瘤细胞溶解性坏死。⑹ 陡脉冲电场可引起培养液化学性质改变，因电离解作用引起电极针阴阳两极培养液的PH值变化，改变了肿瘤细胞生存环境。上述结果提示能量可控陡脉冲对肿瘤细胞具有急慢性损伤效应，而且通过其电解作用又改变了肿瘤细胞正常生存环境，最终导致肿瘤细胞死亡。*基金资助：国家自然科学基金资助项目（50077027）
董守龙[9]2017年在《高频双极性微秒脉冲电场不可逆电穿孔消融肿瘤的实验与机理研究》文中进行了进一步梳理近年来,脉冲电场在生物医学领域的应用逐渐成为科学家们研究的热点,其中不可逆电穿孔作为一种新型的非热消融肿瘤的方式已经在临床中得到应用,并取得了较好的疗效。不可逆电穿孔技术相对于传统的肿瘤治疗方式,具有独特的优势:快捷、可控、可视、选择性和非热机理,可用于邻近血管、神经等重要器官和组织的肿瘤治疗。因此对于开展不可逆电穿孔技术的研究及临床推进对于肿瘤的治疗和保障人民的生命健康具有重要的意义。然而,临床应用和研究表明不可逆电穿孔消融肿瘤的技术仍存在一些难点问题亟待突破。首先,由于生物组织中包含多种细胞且具有各向异性的特征,使得电场在组织中分布是不均匀的,与理想电场仿真计算结果差异较大,从而导致脉冲电场消融肿瘤时存在一定的残留,引起肿瘤复发;其次,由于脉冲电场的刺激,肌肉和神经会引发动作电位,从而导致肌肉收缩现象,在临床治疗中增加了病人的痛苦,并容易引起电极针移位,导致消融区域不能精确控制。为了解决上述难题,本论文提出了一种新型的脉冲电场——高频双极性微秒脉冲电场,用于肿瘤消融,并达到均匀组织电场分布和抑制肌肉收缩的目的。为此,本论文在重庆市杰出青年基金项目(批准号:cstc2014jcyjjq90001)和中央高校基本科研业务费专项项目(批准号:106112015CDJZR158804)的支持下,深入研究了高频双极性微秒脉冲消融肿瘤、均匀电场分布和抑制肌肉收缩的规律与机理等关键技术。取得的成果主要有:(1)提出了高频双极性微秒脉冲电场用于解决不可逆电穿孔临床应用中的电场分布不均和肌肉收缩问题的新方法,并揭示了其诱导细胞电穿孔的生物电效应作用机理。通过仿真研究发现高频化脉冲作用下细胞及组织中的电场分布更加均匀,且可以使动作电位发放的电流密度阈值大幅度提升,从而降低肌肉收缩强度。建立了单细胞五层介电有限元模型,仿真分析双极性微秒脉冲下细胞电穿孔动态变化过程及参数效应。仿真结果表明,双极性脉冲电场作用下细胞膜的跨膜电位迅速上升并超过阈值电位,穿孔区域逐渐扩大且电导率激增;孔径、穿孔区域随场强升高不断扩大,在相同场强及高电平时间下,孔径与脉冲宽度呈正比例关系。(2)基于电力电子技术,对Marx经典脉冲发生器拓扑结构进行改进设计了高频双极性脉冲发生器,结合FPGA程控技术,最终研制出一套高频双极性微秒脉冲电场消融肿瘤临床试验样机,该样机输出的脉冲串内子脉冲宽度0.2~100μs、幅值±3 kV,重复频率0.1~10 Hz,单脉冲上升沿<30 ns。样机根据国家医疗器械检验相关标准,通过了国家食品药品监督管理局上海医疗器械质量监督检验中心的注册检验,测试内容包括电气安全、电气性能及电磁兼容等项目。(3)以人卵巢癌细胞为研究对象,研究高频双极性微秒脉冲电场杀伤肿瘤细胞的机理。通过DiI染色单细胞实验,研究了脉冲参数对细胞膜电穿孔程度的作用效果,结合CCK-8染色实验,研究了高频双极性微秒脉冲致使细胞坏死的机制是诱导细胞膜发生了不可逆电穿孔。通过流式细胞仪分析和细胞核形状变化检测得出高频双极性微秒脉冲作用下,细胞存在凋亡现象,且随着子脉冲宽度的增加,细胞凋亡比例逐渐增加。对线粒体膜电位和免疫组化凋亡蛋白进行检测,确定了肿瘤细胞凋亡的内源性信号通路机制。(4)开展了高频双极性微秒脉冲电场消融组织的实验,并研究了其均匀电场机理及消融疗效。首先通过对马铃薯块茎组织施加不同参数的高频双极性脉冲电场,研究了组织消融时的电阻变化与消融疗效之间的关系,得出组织电阻变化可作为判断疗效的依据。然后,分别采用平板电极及针电极进行兔肝脏组织在体消融实验,结合电场仿真及模型计算,优化选择了子脉冲宽度并揭示高频双极性微秒脉冲均匀电场分布机理,确定肝脏组织消融阈值场强。(5)对高频双极性微秒脉冲电场参数与电极结构对活体动物肌肉收缩规律的影响进行了研究。根据平板电极及针电极对肌肉收缩及电场分布的影响规律,表明了肌肉收缩与脉冲形式和电极结构有密切关系,继而研制了适用于体内肿瘤消融的微创绝缘电极针,并进行了高频双极性微秒脉冲电场作用下肝脏组织在体消融实验,结果表明绝缘电极针可保证组织消融效果并进一步降低肌肉收缩的强度。综上所述,本论文提出了高频双极性微秒脉冲电场消融肿瘤的新技术,并对高频双极性微秒脉冲电场均匀组织中电场分布及抑制肌肉收缩的原理进行研究,分析这种新型脉冲诱导细胞膜发生电穿孔的机理;基于全固态脉冲发生器技术和电力电子开关技术,开展了适用于生物医学实验及临床肿瘤消融的高频双极性微秒脉冲电场治疗样机的研制工作,并通过上海医疗器械质量监督检验中心的注册检验;以离体肿瘤细胞为对象,揭示高频双极性微秒脉冲诱导细胞坏死及细胞凋亡的机理;通过对兔肝脏组织活体消融实验研究了高频双极性微秒脉冲均匀电场分布的机理及消融阈值场强;对比不同参数的高频双极性微秒脉冲及不同结构的电极引起肌肉收缩强度规律,研制了新型绝缘电极针用于微创消融体内组织,结合高频双极性微秒脉冲电场降低肌肉收缩对临床消融肿瘤的影响。为推进高频双极性微秒脉冲临床消融肿瘤的应用提供了必要的理论依据、硬件基础和技术支撑。
耿芹[10]2003年在《电穿孔提高抗肿瘤药物对小鼠S180肉瘤疗效的研究》文中提出电穿孔，是指在电脉冲的作用下，细胞膜脂双分子层上形成瞬时微孔，使细胞膜的通透性和膜电导瞬时增大，亲水分子、病毒颗粒、DNA、蛋白质以及染料颗粒等正常情况下不能通过细胞膜的分子得以进入细胞的一个生物物理过程。 将电脉冲和药物化疗相结合进行癌症治疗的技术称为电化学疗法。这种治疗方案的基础是施加电脉冲致细胞膜电穿孔，从而利于药物进入细胞内部，发挥其细胞毒作用，提高抗癌效果。本文选用S180肉瘤细胞，利用LN-101基因脉冲导入仪产生的电脉冲与抗癌药物相结合对其进行治疗，所取得的结果可为电化学疗法的可行性提供依据。 论文共分为叁部分：第一部分研究了电脉冲导致S180离体细胞电穿孔。以不同电场参数(电压、电容、脉冲个数)的电脉冲处理S180离体细胞，通过扫描电镜观察到细胞膜电穿孔现象并且观察到细胞表面微绒毛有不同程度损伤；通过台盼蓝染色计数得到了各电参数(电压、电容、脉冲个数)对细胞膜电穿孔百分率的影响，即电压越大、电容越小、脉冲个数越多，穿孔百分率越大。第二部分研究了盐酸阿霉素结合电穿孔对小鼠S180肉瘤的抑制作用。用低强度电脉冲(600V，10μF，5个脉冲)结合低剂量盐酸阿霉素(0.134mg／只)肿瘤部位给药对小鼠S180肉瘤治疗，将63只荷瘤昆明小白鼠分为：对照组(不作处理)、药物组(只用盐酸阿霉素治疗)、电场组(只用电脉冲处理)、药物+电场组(盐酸阿霉素结合电脉冲处理)，分别从肿瘤生长状况、组化观察、透射电镜观察等方面进行研究。结果表明药物+电场组疗效最好，即电穿孔结合盐酸阿露素治疗肿瘤有协同增效作用。第叁部分研究了电化学疗法治疗小鼠5180肉瘤的电参数和给药时间。低剂量博莱霉素(0.O4mg/只)结合不同电参数的电脉冲对荷瘤小鼠进行分组治疗，对肿瘤生长情况进行了观察统计。设置脉冲个数为5个，电压分别为500V、700V、900V，电容分别为6 pF、10 pF、14pF，共9个处理组及一个对照组，结果各处理组疗效显着高于对照组，但各处理组之间无显着性差异;固定电压700V，电容10 pF，脉冲个数分别为5个、7个、9个，结果各处理组疗效显着高于对照组，各处理组疗效无显着性差异;将处理组给药时间分为lmin、15min两组，结果lmin组疗效显着高于15min组及对照组。
参考文献：
[1]. 电化学治疗肿瘤：主要损伤机制和电极分布方式的研究[D]. 原红梅. 武汉大学. 2004
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[4]. 电化学治疗对宫颈癌HELA细胞系的影响的体外实验研究[D]. 蒋志峰. 广西医科大学. 2003
[5]. 电化学对肺癌细胞的杀伤效应及诱导细胞凋亡的研究[D]. 寿延宁. 中国协和医科大学. 1999
[6]. 电化学治疗对人乳腺癌MCF-7细胞系的作用机制的实验研究[D]. 杨涛. 宁夏医科大学. 2012
[7]. 基于碱金属的肿瘤微创消融方法研究[D]. 饶伟. 中国科学院研究生院（理化技术研究所）. 2009
[8]. 能量可控陡脉冲对恶性肿瘤电化学治疗的实验研究[D]. 胡娅. 重庆医科大学. 2003
[9]. 高频双极性微秒脉冲电场不可逆电穿孔消融肿瘤的实验与机理研究[D]. 董守龙. 重庆大学. 2017
[10]. 电穿孔提高抗肿瘤药物对小鼠S180肉瘤疗效的研究[D]. 耿芹. 四川大学. 2003