陡脉冲不可逆电穿孔技术治疗肺部肿瘤的参数筛选、作用机制和动物研究

摘要

最新研究表明，陡脉冲技术杀灭肿瘤细胞的机制为高能脉冲电场使肿瘤细胞发生不可逆性电穿孔，从而导致肿瘤细胞的直接死亡，其独特的生物电效应在肿瘤的综合治疗中展示出良好的发展前景。但陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于肺癌的研究尚未见报道。本课题第一部分拟首先验证陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于大细胞肺癌细胞株L9981的有效性，然后在此基础上筛选出陡脉冲不可逆电穿孔技术对大细胞肺癌细胞株L9981的最佳治疗参数；本课题的第二部分通过筛选出的最佳治疗参数作用于大细胞肺癌细胞株L9981后的分子生物学改变，从细胞水平研究其可能的作用机制；本课题的第三部分通过陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于裸鼠大细胞肺癌细胞株L9981皮下移植瘤模型的效果，筛选出对大细胞肺癌细胞株L9981皮下移植瘤的最佳治疗参数，并在组织水平上研究其作用机制；通过以上的研究，为今后陡脉冲不可逆电穿孔技术应用于肺癌的临床治疗提供理论及实验依据。
　　 第一部分陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于大细胞肺癌细胞株L9981的参数研究目的：验证陡脉冲不可逆电穿孔技术对大细胞肺癌细胞株L9981的有效性，并筛选其对大细胞肺癌细胞株L9981最佳的治疗参数。方法：通过设置不同的3组陡脉冲治疗参数，作用于肺癌细胞株L9981后，应用Vi-Cell细胞活力分析、MTT，检测L9981细胞的死亡率、细胞抑制率以及细胞增殖能力。结果：陡脉冲不可逆电穿孔技术对大细胞肺癌细胞株L9981具有较好的杀灭作用，不同的陡脉冲治疗参数下有差异。结论：陡脉冲不可逆电穿孔技术对大细胞肺癌细胞株L9981有较好的杀灭作用，电压幅值2000V/cm，脉冲宽度100us，脉冲频率1Hz，脉冲个数10个，重复次数6次对肺癌细胞株L9981为最佳的治疗参数，在这组参数下，能最大程度杀灭肿瘤细胞。
　　 第二部分陡脉冲不可逆电穿孔技术杀灭大细胞肺癌细胞株L9981的作用机制研究目的：研究陡脉冲不可逆电穿孔技术杀灭大肺癌细胞株L9981的作用机制。方法：通过陡脉冲作用于大细胞肺癌细胞株L9981后，应用细胞凋亡检测、细胞线粒体膜电位检测、细胞内PH值变化的检测以及细胞内游离钙离子浓度检测，探讨陡脉冲的可能作用机制。结果：细胞凋亡检测结果表明，经陡脉冲电处理的L9981细胞主要经历坏死和凋亡，随着电参数的增大，坏死细胞的比例迅速增加；细胞线粒体膜电位检测表明，陡脉冲作用下，细胞线粒体膜电位发生去极化，导致细胞死亡和凋亡；细胞内PH值变化的检测表明，陡脉冲作用下，细胞内的PH值发生了级跃式的下降，越来越向酸性变化，导致细胞死亡；细胞内Ca2+浓度检测表明，陡脉冲作用下，细胞内Ca2+数明显增多，导致细胞的死亡和凋亡。结论：陡脉冲通过细胞的凋亡而导致肿瘤细胞的死亡，从而杀灭肿瘤细胞。
　　 第三部分陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于裸鼠皮下移植瘤模型的参数选择及作用机制研究目的：研究不同参数下陡脉冲不可逆电穿孔技术作用于大细胞肿癌细胞株L9981裸鼠皮下移植瘤模型，筛选陡脉冲作用于裸鼠皮下移植瘤模型的最佳参数，并在组织水平上探讨其作用机制。方法：通过设置3组不同的陡脉冲治疗参数，作用于裸鼠皮下移植瘤模型后，应用活体动物成像系统，观察不同参数下的抑瘤效果，光镜下观察陡脉冲作用下组织病理学改变，免疫荧光检测Caspase-3蛋白表达。结果：活体动物成像系统检查表明，陡脉冲对裸鼠皮下移植瘤具有明显的抑瘤效果，病理学观察肿瘤组织发生了坏死和凋亡，Caspase-3蛋白表达较正常组织表达增高。结论：陡脉冲不可逆电穿孔技术对大细胞肺癌细胞株L9981裸鼠皮下移植瘤模型有较好的抑瘤效应；应用夹板式电极，电压幅值2000V/cm，脉冲宽度100us，脉冲频率1Hz，脉冲个数60个，重复次数3次对移植瘤模型有最佳的抑瘤效果；陡脉冲引起肿瘤组织的凝固性坏死，可能通过诱导肿瘤细胞的凋亡引起肿瘤组织的坏死。