CN109045475A - 用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置及杀伤肿瘤细胞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置及杀伤肿瘤细胞的方法，该装置中，两个相隔一定距离而且磁极相反的磁铁在电机的驱动下，通过装置中的曲柄连杆作往复直线运动；磁性材料在该磁场作用下可产生运动；当运动中的磁性材料撞击到细胞或组织时，磁性材料就会将机械力传递给细胞或组织，达到破坏细胞或组织结构的目的。这种磁场装置，结构简单，操作简便，使用安全，成本低廉；磁性材料通过该磁场装置来破坏细胞或组织结构，行之有效，方法简便。

Description

用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置及杀伤肿瘤细胞的方法
技术领域
本发明属于机械和生物医学领域，尤其涉及涉及一种振动磁场装置及利用该装置进行杀伤肿瘤细胞的方法，该装置搭载两个磁极方向相反而且相隔一定距离的磁铁作往返直线运动，通过该磁场装置来破坏细胞或组织结构。
背景技术
细胞在遭受十几皮牛顿大小的外力时，细胞中机械敏感通道被激活，细胞膜通透性增大，导致细胞内容物渗漏，细胞凋亡或死亡；如果遭受更大的外力，如数百皮牛顿，细胞就有可能碎裂，导致细胞直接死亡。因此，通过机械力，能有效杀伤肿瘤细胞和细菌，也有可能抑制肿瘤生长。
磁性材料在磁场作用下，会产生机械运动，遇到障碍物时，就会将机械力传递障碍物。例如，直径约为1微米、厚度约为60纳米的铁-镍合金磁性圆盘在连接抗体anti-human-IL13_2R antibody之后，将其与多形性胶质母细胞瘤细胞N10共培育，然后将该细胞置于低频的交变磁场(磁场强度：90Oe；磁场频率：20Hz)中，结果，磁性圆盘在细胞表面产生摆动等机械运动，经交变磁场处理10min，即可使细胞膜的连续性受损，细胞内乳酸脱氢酶外渗，细胞出现凋亡现象[Nat Mater.2010；9:165-71.]。交变磁场，是一种磁极方向N极和S极在不断交替改变的磁场。产生交变磁场的装置比较复杂，成本较高。
磁场装置是磁性粒子在磁场作用下通过机械力有效杀伤肿瘤细胞的重要因素。制造一种结构简单、成本低廉、能使磁性材料产生强烈机械运动、能有效杀伤肿瘤细胞的磁场装置，是该领域需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的之一，是要制造一种结构简单、成本低廉、操作简单、使用安全的低频磁场装置；本发明的目的之二，是使磁性材料在这种磁场装置产生强烈的振动，将机械力传递给肿瘤细胞，破坏肿瘤细胞膜，破坏肿瘤组织。具体方案如下：
一种用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，该装置包括滑轨，滑轨中配置有一滑杆；
在滑杆一侧设置有两个固定板，固定板相互之间平行设置，且相邻两个固定板之间相对的一侧安装有磁铁，相邻两个固定板之间的其中一块磁铁的N极与另一块磁铁的S极相对；
滑杆一侧设置有螺栓，螺栓通过连杆与一转动机构相连，由该转动机构通过连杆带动滑杆在滑轨中往复直线滑动；
相邻两个固定板之间的两磁铁的间隙中，设置有一进行细胞和动物实验的操作平台，磁铁随着滑杆往复直线运动形成动态磁场，细胞或肿瘤组织中的磁性粒子在动态磁场作用下产生机械振动效应，将机械力传递给肿瘤细胞，用于破坏肿瘤细胞或肿瘤组织。
进一步的，所述转动机构为曲柄或转盘，连杆的一端固定在曲柄或转盘的边缘处。
进一步的，所述转动机构由一转速可调的驱动电机驱动。
进一步的，所述振动磁场装置安装在一箱体中，箱体的侧面开设有若干散热孔。
进一步的，箱体配备有顶盖，顶盖开有槽以预留振动磁场装置的滑杆及其固定板的上下滑动空间。
进一步的，操作平台与顶盖一体设计，或操作平台与顶盖为分开设计。
进一步的，滑杆在滑轨中滑动的幅度为2-10cm。
同时本发明还提供了一种采用上述振动磁场装置杀伤肿瘤细胞的方法，包括如下步骤；
将细胞或生长有肿瘤的动物置于相邻两个固定板之间的两磁铁的间隙中，由操作平台支撑培养细胞的器皿或支撑生长有肿瘤的动物，转动机构通过连杆带动滑杆在滑轨中作往复滑动，形成振动磁场，细胞或肿瘤组织中的磁性粒子在振动磁场作用下产生机械振动效应，将机械力传递给细胞或组织，用于破坏肿瘤细胞或肿瘤组织。
本发明提供了一种新颖的磁场装置，该装置中，两个相隔一定距离而且磁极相反的磁铁在电机的作用下，通过装置中的曲柄连杆作往复直线运动；磁性材料在该磁场作用下，可产生与磁铁运动同步的运动；当往复运动的磁性材料撞击到细胞或组织时，磁性材料就会将机械力传递给细胞或组织，达到破坏细胞或组织结构的目的。这种磁场装置，结构简单，操作简便，使用安全，成本低廉；磁性材料通过该磁场装置来破坏细胞或组织结构，行之有效，方法简便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的振动磁场装置的主要结构原理图；
图2为振动磁场装置位于没有顶盖的箱体中的示意图；
图3为箱体顶盖及实验操作平台的示意图；
图4为振动磁场装置位于完整箱体中的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为明确的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了进一步理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，该装置包括滑轨2，滑轨2中配置有一滑杆1；在滑杆1一侧设置有两个固定板6，固定板6相互之间平行设置，两个固定板6之间相对的一侧设置有磁铁5，两个固定板6之间的其中一块磁铁的N极与另一块磁铁的S极相对；
滑杆1一侧设置有螺栓8，螺栓8通过连杆3与一转动机构4相连，由该转动机构4通过连杆3带动滑杆1在滑轨2中往复直线滑动；
相邻两个固定板6之间的两磁铁的间隙中，设置有一进行细胞和动物实验的操作平台15。
转动机构4为曲柄或转盘，连杆3的一端固定在曲柄或转盘的边缘处。所述转动机构4由一转速可调的驱动电机9驱动。驱动电机9用螺栓固定于一个带有散热孔13的箱体12内，电机转轴10露于箱体外，以便于与转动机构4的转轴7连接。驱动电机9配备有电气插头11。
箱体12配备有顶盖14，顶盖14开有槽以预留振动磁场装置的滑杆1及其固定板6的滑动空间，细胞或动物实验操作平台15与顶盖14相连，实验操作平台15与顶盖14可以分开设计，也可以与顶盖14一起设计，也就是实验操作平台15与顶盖可以是一个整体。图4示出了一实施例中顶盖14的示意图，前端的操作平台15上可以放置装有细胞的器皿或生长有肿瘤的动物。所述的箱体可以是金属箱体，也可以是非金属箱体。对于非金属的木质箱体，可以通过铁钉作为固定材料组装而成。此外，箱体12的侧面开设有若干散热孔，用于驱动电机9的散热。
滑杆1在滑轨2中直线滑动的幅度为2-10cm。
滑杆1的形状不限，可以是方形的，也可以是圆柱形的；相应的，滑轨2需要与滑杆相匹配。滑杆能在滑轨中自由滑动。当滑杆是方形时，则采用方形滑轨；当滑杆是圆柱形时，采用的滑轨是弧形或环形滑轨。磁铁5其形状为圆柱形、或圆环形、或方块形、或圆盘型、或瓦形、或异形磁铁中的一种。
可选的，本发明的装置中，在滑杆1的两端，固定有与滑杆1方向垂直的用于固定磁铁的两个固定板6。固定板6长度为2厘米到30厘米之间。滑杆1以及固定其上的两个固定板6，可以通过螺钉或铁钉组装，也可以焊接而成，也可以是由一整块金属或非金属滑杆弯曲加工而成。
同时本发明还提供了一种采用上述振动磁场装置杀伤肿瘤细胞的方法，步骤如下：将细胞或肿瘤组织置于相邻两个固定板6之间的两磁铁间隙中的实验操作平台15上，转动机构4通过连杆3带动滑杆1在滑轨2中往复直线滑动形成振动磁场，细胞或肿瘤组织中的磁性粒子在振动磁场作用下发生机械振动效应，将机械力传递给细胞，用于破坏肿瘤细胞及肿瘤组织。
在一实施例中，我们选择的参数如下：电机转速最大可达5000转/分钟，滑杆上两磁铁之间的距离为4.5厘米，滑杆往复直线运动的两个极限位置之间的距离保持3厘米，磁铁表面的磁场强度保持400毫特斯拉。在此实施例中，经试验表明，采用我们提供的振动磁场装置具有良好的杀伤肿瘤细胞效果。
下面再列举2个具体试验实施例来对本发明的杀伤肿瘤细胞效果进行补充说明。
实施例1
采用本发明提供的振动磁场装置，利用磁性粒子在该磁场装置中的机械运动所产生的机械力，对体外培养的肿瘤细胞进行杀伤。
具体实施方法举例如下：将喉癌细胞TU212培养于96孔板中的B2和G12两孔中，细胞密度约为1×104细胞/孔。培养24h后，移去培养基，向B2孔中加入磷酸盐缓冲液分散的磁性粒子(该粒子形貌与组成：由棒状Fe3O4粒子自组装而成的刺猬状微球，微球表面覆盖纳米金。)，G12孔中仅仅加入磷酸盐缓冲液(对照组)。30分钟后，将B2孔置于振动磁场装置中的操作平台上(在两个磁铁之间)，打开电机，转速在0-5000转/分钟之间调整，磁场作用时间为0.5-2小时之间。另一对照组，是向另一96孔板中的细胞中加入磁性粒子，但不经过磁场处理。上述实验共进行5次。
在上述实验中，滑杆上两磁铁之间的距离保持4.5厘米，滑杆往复直线运动的两个极限位置之间的距离保持3厘米，磁铁表面的磁场强度保持400毫特斯拉。
结果表明，在磁性粒子在动态磁场作用下，发生强烈的振动，当细胞中加入了磁性粒子，并置于振动磁场中，细胞成活率显著下降，磁性材料浓度越高、或振动磁场频率越高(在本实验范围内)、或在磁场中处理时间越长，细胞活性就越低。例如，当细胞中磁性粒子浓度分别为0.2毫克每毫升、0.4毫克每毫升和0.8毫克每毫升，磁场作用时间均为1小时，磁场频率保持3赫兹，结果细胞成活率分别为83.70％±2.26％、69.73％±4.34％和60.33％±4.31％，而对照组，也就是没有磁性粒子的细胞，其成活率接近100％，有磁性粒子但未经过磁场处理的细胞，其成活率也在90％以上。本实验证明了磁性粒子在本发明提供的振动磁场中，能有效杀伤肿瘤细胞。
实施例2：
将喉癌细胞TU212皮下注入裸鼠体内，当肿瘤直径为4毫米时，进行如下实验。向小鼠肿瘤中直接注射磷酸盐缓冲液分散的磁性粒子(磁性粒子的性质与实施例1相同)，每个肿瘤注射的磁性粒子浓度为5毫克每毫升，体积为100微升，共10只裸鼠，其中5只裸鼠的肿瘤部位暴露于本发明提供的振动磁场装置中，具体位置是在两磁铁之间的操作平台上。打开电机，转速为3000转/分钟，每只荷瘤小鼠的肿瘤每天经过磁场处理1小时；另5只注射了磁性粒子的荷瘤小鼠(对照组)，则不经过本发明提供的磁场处理；此外，还有5只荷瘤小鼠，瘤中仅仅注射100微升的磷酸盐缓冲液，也不经过磁场处理。
在上述实验中，滑杆上两磁铁之间的距离保持4.5厘米，滑杆往复直线运动的两个极限位置之间的距离保持3厘米，磁铁表面的磁场强度保持400毫特斯拉。
结果发现，瘤中注射磁性粒子，并经过本发明提供的振动磁场处理的小鼠肿瘤，其生长受到明显抑制，当磁场处理第9天的时候，小鼠肿瘤体积平均值为221.0±28.6立方毫米，而瘤中注射磁性粒子但未经过磁场处理的肿瘤体积则为410.5±109.9立方毫米，该体积与仅注射磷酸盐缓冲液同时也未经过磁场处理的小鼠肿瘤体积接近。该实验结果表明，磁性粒子本身对肿瘤生长抑制贡献非常小，但是，在本发明的振动磁场作用下，磁性粒子通过其机械振动产生的力，能有效抑制小鼠肿瘤生长。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，该装置包括滑轨(2)，滑轨(2)中配置有一滑杆(1)；
在滑杆(1)一侧设置有两个固定板(6)，固定板(6)相互之间平行设置，且相邻两个固定板(6)之间相对的一侧安装有磁铁(5)，相邻两个固定板(6)之间的其中一块磁铁的N极与另一块磁铁的S极相对；
滑杆(1)一侧设置有螺栓(8)，螺栓(8)通过连杆(3)与一转动机构(4)相连，由该转动机构(4)通过连杆(3)带动滑杆(1)在滑轨(2)中作往复直线滑动；
相邻两个固定板(6)之间的两磁铁的间隙中，设置有一进行细胞和动物实验的操作平台(15)。
2.如权利要求1所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，所述转动机构(4)为曲柄或转盘，连杆(3)的一端固定在曲柄或转盘的边缘处。
3.如权利要求2所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，所述转动机构(4)由一转速可调的驱动电机驱动。
4.如权利要求3所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，所述振动磁场装置安装在一箱体(12)中，箱体(12)的侧面开设有若干散热孔。
5.如权利要求4所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，箱体(12)配备有顶盖(14)，顶盖(14)开有槽以预留振动磁场装置的滑杆(1)及其固定板(6)的上下滑动空间。
6.如权利要求5所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，操作平台(15)与顶盖(14)一体设计；或操作平台(15)与顶盖(14)为分开设计。
7.如权利要求1所述的用于杀伤肿瘤细胞的振动磁场装置，其特征在于，滑杆(1)在滑轨(2)中滑动的幅度为2-10cm。
8.如权利要求1-7任意一所述振动磁场装置杀伤肿瘤细胞的方法，其特征在于，包括如下步骤；
将细胞或生长有肿瘤的动物置于相邻两个固定板(6)之间的两磁铁的间隙中，由操作平台(15)支撑培养细胞的器皿或支撑生长有肿瘤的动物，转动机构(4)通过连杆(3)带动滑杆(1)在滑轨(2)中作往复滑动，形成振动磁场，细胞或肿瘤组织中的磁性粒子在振动磁场作用下产生机械振动效应，将机械力传递给细胞或组织，用于破坏肿瘤细胞或肿瘤组织。
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