陡脉冲电场对恶性肿瘤细胞杀伤效应的研究

观察不同参数(频率、脉宽、峰值)组合的陡脉冲电场对恶性肿瘤细胞的杀伤效应。将癌细胞悬液3 ml盛于玻璃瓶中,每次施加不同参数组合的电脉冲20 min,用MTT法测细胞死亡率,并制作生长曲线;观察细胞的超微结构变化。结果发现:不同参数组合的陡脉冲对癌细胞的杀伤有较大影响,随着参数值的增大,细胞死亡率上升,细胞的增殖受到抑制;实验组的细胞肿胀,溶解性坏死,仅留细胞轮廓,细胞膜完整性破坏,线粒体空化、肿胀。

陡脉冲肿瘤治疗仪的研制及应用

在一定电场强度陡脉冲的作用下 ,细胞膜会形成大量微孔 ,其数量和孔径会随电场强度的增加而激增 ,从而引起膜组织断裂 ,导致细胞死亡 ,这种现象被称为不可逆性电击穿。为了研究陡脉冲对肿瘤细胞的不可逆性电击穿 ,应用现代电力电子技术和高电压新技术 ,研制出了一套脉冲峰值、脉冲宽度、脉冲重复频率和脉冲陡度独立可调的能量可控陡脉冲肿瘤治疗仪。分析了该治疗仪各部分电路的工作原理 ,在实验室调试成功的基础上 ,应用该仪器对人卵巢腺癌SKOV3 细胞进行了细胞实验。调试时的示波器实测波形和细胞实验的电镜结果表明 ,该治疗仪性能稳定 ,能够方便地调节输出脉冲的能量 。

细胞膜电穿孔及其肿瘤治疗的研究

电穿孔是在脉冲电场作用下细胞膜暂时出现微孔的物理过程 ,其结果是细胞内外分子交换显著增加 ,有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质和其它大分子等。电场取消后微孔关闭而不会对细胞造成任何影响。电穿孔对于研究脉冲电场作用下细胞的结构和功能有重大意义 ,这种瞬时可逆的膜渗透性增强大大促进了化疗药物的跨膜运送 ,有效地提高了其杀伤力 。

陡脉冲不可逆性电击穿治疗肿瘤的研究

为寻求更为有效的肿瘤治疗策略,通过对陡脉冲治疗肿瘤的电穿孔效应和内处理效应的国内外研究现状的分析,提出了陡脉冲不可逆性电击穿效应调控肿瘤细胞死亡和凋亡的创新思路。实验中肉眼和组织学、超微结构的观察首次证实陡脉冲能有效地杀伤肿瘤细胞,明显抑制了肿瘤的生长、增殖,延长了的生存期。基于重庆大学的最新研究提出了不同窗口参数的陡脉冲具有不同的生物电效应的设想,总结了利用陡脉冲不可逆性电击穿效应治疗肿瘤的新方法及目前的研究进展并提出了该技术走向临床需重点研究的内容及关键技术。

陡脉冲致兔肝组织不可逆性电击穿的量效关系

为优化陡脉冲电场在肿瘤治疗的治疗参数,确定最佳的治疗剂量,实验研究了不同电压峰值、脉宽、频率组合的陡脉冲电场致正常兔肝组织细胞不可逆性电击穿范围(即杀伤面积)的量效关系。结果发现:不同参数组合的陡脉冲对杀伤面积有较大的影响,随着脉冲剂量增大,杀伤面积随之增加,但峰值电压约900V时趋于饱和,脉宽>5μs后杀伤面积增大较前明显。

陡脉冲对恶性肿瘤细胞不可逆性电击穿的实验研究

采用作者研制的陡脉冲治疗装置 ,以人卵巢腺癌SKOV3细胞为实验研究对象 ,通过倒置相差显微镜实时观察细胞形态在陡脉冲电场作用下的动态变化过程 ,用扫描电镜观察细胞膜表面的变化情况 ,并用透射电镜观察细胞超微结构的改变。研究发现 ,陡脉冲作用后的细胞发生明显肿胀 ,细胞核固缩 ,扫描电镜观察结果显示出细胞膜出现孔洞并发生破裂 ,细胞质外喷 ;透射电镜观察结果发现核肿胀 ,核膜不完整 ,胞质内细胞器结构模糊 ,微绒毛肿胀 ,胞浆、线粒体肿胀、空泡化 ,细胞膜多处断裂。这表明陡脉冲能使恶性肿瘤细胞发生不可逆性电击穿并导致其死亡 ,有着良好的应用前景。

陡脉冲不可逆性电击穿恶性肿瘤细胞的机理

电场的基本特性是对处于场中的物质有力的作用。在陡脉冲电场作用下,细胞膜内外表面有很强的电场分布,同时由于细胞膜的介电常数与细胞外液、细胞质的不同,从电磁场理论出发,必然有作用于细胞膜表面的电场应力。仿真计算结果表明,外加电场的作用使得细胞膜受到来自细胞外液与细胞质两个方向的压力,作用在恶性肿瘤细胞膜上的电场应力的数量级比正常细胞大1个数量级。因此,在陡脉冲电场的作用下,恶性肿瘤细胞比正常细胞具有更大的敏感性,这种电场应力的作用势必对恶性肿瘤细胞膜造成巨大的损伤,使得细胞的生存环境和遗传物质受到严重破坏,并导致细胞发生不可逆性电击穿而死亡。

陡脉冲不可逆性电击穿治疗兔肝脏肿瘤研究

为探讨陡脉冲不可逆性电击穿(Irreversible electrical breakdown,IREB)治疗肿瘤的安全性及有效性,建立40只新西兰大白兔VX2肝脏肿瘤模型,随机分为实验组和对照组,分别予以IREB治疗及假性处理.2组中各任选10只兔于处理后3 d处死,对靶区进行病理学检查.比较处理前后实验动物肝、肾功能、血象变化.结果表明:IREB可引起兔肝脏肿瘤凝固性坏死,坏死轮廓与电场仿真图基本吻合;IREB处理后24 h肝功能可能出现一过性损伤改变(p<0.05),在1周内恢复;处理前后肾功能及血象改变无显著性差异(p>0.05).说明IREB能较安全、有效地治疗兔肝脏VX2肿瘤.

陡脉冲电场对荷瘤BALB/C小鼠生存期的影响

观测陡脉冲对荷瘤 BAL B/ C小鼠癌细胞的杀伤效应和抑制作用。抑瘤观察中发现治疗组小鼠肿瘤体积明显减小 ,肿瘤生长受到抑制 ,治疗组和对照组间差异有显著性 ;生存期观察中发现经陡脉冲治疗后的荷瘤小鼠生存期明显延长。实验揭示了陡脉冲能有效地杀伤癌细胞 ,明显抑制了荷瘤小鼠恶性肿瘤的生长、增殖 。

电穿孔疗法用于肿瘤治疗的研究进展

近年来 ,电工技术已广泛用于生物医学工程研究中 ,而将脉冲电场用于肿瘤治疗的研究横跨生物医学工程、电工新技术、计算机技术和微电子技术等领域 ,是一门新兴的边缘学科。国内外的专家对在脉冲电场作用下细胞膜发生电穿孔的现象进行了深入的研究与临床试验 ,研究结果表明细胞膜电穿孔能促进化疗药物的运送 ,从而有效地提高了化疗药物的杀伤力。研究者们还大胆地探索了高电场强度的陡脉冲促使肿瘤细胞发生不可逆性电击穿 (IREB)

陡脉冲电场分布仿真与在体兔肝组织的实验研究

本研究建立了陡脉冲在均匀介质中的有限元模型,采用ANSYS电磁场软件仿真双电极和七电极阵列的二维电场强度分布,并改变脉冲参数(电压值、电极间距和电极直径),分析电场强度的分布规律。通过陡脉冲处理在体大白兔肝脏的实验,定量观察兔肝组织病理改变的几何区域、组织损伤的实际形状和电极的有效杀伤半径。结合理论仿真结果,探讨导致兔肝细胞不可逆性电击穿所需达到的电场强度阈值,为今后的临床应用寻找电极阵列布置和脉冲电参数选择的依据。

陡脉冲电场对荷瘤BALB/c小鼠癌细胞杀伤效应的实验研究

观测陡脉冲电场对荷瘤BALB/c小鼠癌细胞的杀伤效应。处理后的癌细胞在光镜下表现为细胞核固缩、核碎裂、核溶解;在电镜下表现为异染色质增加,边集,呈团块样改变,细胞质肿胀,脂滴数量增加,质膜破裂;核固缩,碎裂,线粒体肿胀。实验揭示了陡脉冲电场能有效地杀伤癌细胞,明显抑制了荷瘤小鼠恶性肿瘤的生长、增殖,有着良好的应用前景。

陡脉冲致肿瘤不可逆性电击穿的场强阈值研究

为了明确陡脉冲电场致在体肿瘤细胞不可逆性电击穿的电场强度阈值,以新西兰大白兔肝脏VX2肿瘤组织为研究对象,建立了陡脉冲在均匀介质中的有限元模型;采用电场仿真和荷瘤动物实验相结合的方法,用不同电压峰值的陡脉冲电场分别处理荷瘤组织,并用经病理切片描绘得出的电场杀伤覆盖范围同理论仿真模型相互验证,以求得陡脉冲电场在肿瘤组织中的分布,进而求出其电场强度阈值。结果表明:理论仿真与动物实验相互吻合;根据肿瘤组织的坏死轮廓和仿真结果初步判定陡脉冲电场致在体兔肝VX2肿瘤组织不可逆性电击穿的电场强度阈值为838±46 V/cm。本研究为治疗参数的恰当选择提供参考,只要电场覆盖范围内肿瘤区域的最小电场强度略大于肿瘤细胞不可逆性电击穿阈值,即可使肿瘤组织得到有效杀伤而正常组织受到最小损伤。

不可逆电击穿肿瘤细胞的仿真研究

当作用于细胞膜的电压峰值达到某种阈值时,作用于细胞的脉冲电场会将细胞膜击穿,最终导致恶性肿瘤细胞死亡。为寻求不可逆电击穿技术最大程度杀伤肿瘤细胞以及对周围正常细胞影响程度最小的作用参数,基于COMSOL软件中有限元的仿真方法搭建了不同的模型,可以直观地观察任意时刻、不同参数脉冲电场作用下肿瘤细胞的击穿过程和损伤情况,为寻求最佳治疗效果提供了相关参考。此外,通过观察肿瘤细胞与正常细胞在相同作用条件下的损伤程度,实现了肿瘤细胞的定位,为电脉冲的作用位置选择提供了定量参考。

癌症治疗新进展:不可逆性电击穿脉冲疗法

特定电场参数的电脉冲被广泛应用于生物医学领域中。传统的电穿孔常用于细胞融合、转染、电化学疗法等。近年来出现了细胞内电处理的应用,即电场强度为MV/cm、脉宽达到10 ns级的电脉冲能绕过细胞膜影响细胞内信号转导与胞内结构。研究表明,在以上两者的电参数范围之间存在致使癌细胞发生不可逆性凋亡的电场参数,这种介于电穿孔和细胞内电处理的过程即为不可逆性电击穿。不可逆性电击穿通过诱导细胞凋亡而选择性地杀死肿瘤细胞,可能为癌症治疗提供了一种新的方法。