CN114480368A - 宽频强场脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡、抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了宽频强场脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡方面的应用和抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用，其强场太赫兹波的带宽≥10THz；所述太赫兹波的辐照条件为：平均功率密度：4.8mW/cm2～179mW/cm2，重复频率：100Hz～1kHz，辐照时间：2‑4h。本发明中，暴露于宽带脉冲太赫兹辐射(平均功率密度17.89‑179mW/cm2，重复频率100‑1000Hz，辐照时间3小时)的人乳腺癌细胞的增殖率受到显著抑制，凋亡率显著增加。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹(THz)辐照技术领域，具体涉及宽频脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡，抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用，所述强场太赫兹波的带宽≥10THz。
背景技术
电磁(EM)光谱的太赫兹区域定义为频率范围从0.1～10THz(1THz＝1012Hz)或波长范围从30～3000微米，位于电磁波谱的微波和红外区域之间。太赫兹波段可以覆盖半导体、等离子体、生物体和生物大分子的特征光谱。太赫兹技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测，特别是在实时生物信息提取和医学诊断中。
目前，关于太赫兹波生物效应机制研究建立在基因组分析和零散信号通路研究的基础上，虽然有太赫兹波对部分细胞生长和致死亡类型的初步探讨，但仍然缺乏系统研究和多种类型细胞研究的证据。在太赫兹波生物效应中，发生了哪些关键分子事件，如哪些细胞死亡的类型(如凋亡、坏死、焦亡等)在太赫兹波致细胞死亡过程中起关键作用，太赫兹波是否引起细胞氧化应激反应，炎症反应在太赫兹波生物效应中的作用，太赫兹辐射是否影响细胞自噬，太赫兹辐射对神经递质生成、传递的影响机制，太赫兹波与遗传物质相互作用机制等，都有待进一步研究。
尽管太赫兹技术已被研究多年，但其在除检测之外的生物医学应用方面仍然属于起步阶段，特别是在癌细胞方面的应用几乎属于空白。随着与太赫兹相关的设备不断被开发出来，与太赫兹波相关的应用也在快速发展。本发明基于现有的大型太赫兹波发生器，重点研究了宽频脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡、抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用。
发明内容
本发明目的在于提供宽频脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡和抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
本发明中，宽频强场脉冲太赫兹波在促进人乳腺癌细胞凋亡方面的应用，所述强场太赫兹波的带宽≥10THz。
本发明中，宽频脉冲太赫兹波在抑制人乳腺癌细胞增殖方面的应用，所述强场太赫兹波的带宽≥10THz。
作为优选，所述太赫兹波的辐照条件为：平均功率密度：4.8mW/cm2～179mW/cm2，重复频率：100Hz～1kHz，辐照时间：2-4h。
作为更优选，所述太赫兹波的辐照条件为：平均功率密度：179mW/cm2，重复频率：1kHz，辐照时间:3h。
作为更优选，所述太赫兹波的辐照条件为：平均功率密度：17.89mW/cm2，重复频率：100Hz，辐照时间:3h。
有益效果：本发明中，暴露于宽带脉冲太赫兹辐射(平均功率密度17.89-179mW/cm2，重复频率100-1000Hz，辐照时间3小时)的人乳腺癌细胞的增殖率受到显著抑制，凋亡率显著增加。
附图说明
以下各附图是基于实施例中方案所得，
图1提供了流式细胞仪检测细胞凋亡情况；
图2提供了细胞增殖试验的数据，与对照组相比，受太赫兹波辐照细胞的增殖率明显受到抑制；
图3提供了流式细胞仪检测细胞凋亡情况，受太赫兹波辐照细胞的凋亡率明显高于对照组，细胞凋亡率增加了12.23％；
图4提供了细胞增殖测定情况，与对照组相比，受太赫兹波辐照细胞的增殖率明显受到抑制；图5、图6提供了流式细胞仪检测细胞凋亡情况，流式细胞术检测细胞凋亡显示，受太赫兹波辐照细胞的凋亡率明显高于对照组，细胞凋亡率平均增加了14.58％。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例
细胞培养条件：人乳腺癌细胞(MCF-7，购于武汉普诺赛生命科技有限公司，货号CL-0149)培养于1640基础培养基(Gibco/Invitrogen)中，添加10％胎牛血清(Hyclone)、10mM Hepes缓冲液、100单位/mL青霉素和100μg/mL链霉素，然后以2×105个细胞/孔的接种密度接种在24孔聚苯乙烯组织培养处理板中，培育过夜并在第二天暴露。
太赫兹辐射/辐照条件：使用的强场宽带(≥10THz)脉冲THz源，该源来自飞秒激光系统(12mJ、脉冲宽度40fs)，可调重复频率(1kHz、100Hz、10Hz和1Hz)与等离子体相互作用。人乳腺癌细胞在24孔聚苯乙烯组织培养板中，在培养基中于室温(约21℃)下进行照射。在所有实验中，未辐照的相同板用作对照。通过光学显微镜(NOVEL,NIB-100)监测细胞活力和形态，并使用视觉红外相机(SMART SENSOR，ST8450，0.05℃的热敏度)来测量细胞在太赫兹暴露之前、之中和之后的温度，可视红外相机放置在距介质表面1厘米处。
细胞增殖试验：使用细胞计数试剂盒(CCK)[2-(甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺基苯基)-2H-四唑，单钠盐]按照制造商的说明进行测定。在96孔板中分配100μl细胞悬液(1000个细胞/孔)，每个时间点重复6次；在培养箱中(37℃，5％CO2)将平板培养适当的时间(0小时、12小时、24小时、48小时和72小时)，然后将10μl CCK溶液添加到板的每个孔中，并将板在培养箱中孵育3小时，使用酶标仪测量450nm处的吸光度。
流式细胞仪检测细胞凋亡：由于传统的CCK检测只能区分活细胞和死细胞，还采用流式细胞技术将细胞进一步分类为早期凋亡细胞、晚期凋亡细胞和死细胞。根据其使用说明，使用膜联蛋白V-FITC/PI细胞凋亡检测试剂盒在细胞暴露于太赫兹辐射后评估细胞凋亡，该过程包括膜联蛋白V-FITC与细胞膜中的磷脂酰丝氨酸结合以及碘化丙啶与已完全受损的细胞中的细胞DNA结合；细胞与膜联蛋白V-FITC和碘化丙啶一起孵育。在室温下孵育10分钟后通过流式细胞术分析细胞，膜联蛋白V-FITC检测为绿色荧光，碘化丙啶检测为红色荧光。
统计分析：使用OriginPro9.0和GraphPadPrism8，通过使用Dunnett事后多重比较方法的双向ANOVA检验确定组平均值之间的统计学显著差异，P<0.05的值被认为是显著的。
1kHz重复频率及在1mL培养基下低功率密度太赫兹波对细胞的影响：将人乳腺癌细胞暴露于宽带脉冲太赫兹波下3小时，太赫兹波平均功率密度为4.8mW/cm2，重复率为1kHz，细胞培养基体积为1mL。两个重复的人乳腺癌细胞孔播种密度为2×105细胞/孔，相邻放置，但之间有一个空孔。未经处理的细胞被标记为“对照组”，另一个被标记为“受太赫兹波辐照的细胞”。
其中，图1提供了流式细胞仪检测细胞凋亡情况，结果表明，在该辐照条件下(辐照3小时，平均功率密度为4.8mW/cm2，重复率为1kHz)，并没有对人乳腺癌细胞产生生物效应。
1kHz重复频率及在0.2mL培养基下高功率密度太赫兹波对细胞的影响：考虑到在1mL培养基中，水对太赫兹波的强烈吸收，关键问题是如何减少热的积累。一种可能的方法是使介质的厚度尽可能减薄。因此，将人乳腺癌细胞置于尽可能小体积的培养基中，如0.1mL(使用较薄的培养基)，以减少对太赫兹辐射的吸收。结果显示，在暴露期间，培养板孔中间的液体完全挥发干了。因此，将培养基的体积增加到至少0.2mL，以避免液体干涸。检测了太赫兹辐照组与对照组样本在0、1min、3min、5min、10min、30min、1h、2h、3h、4h、5h的温度，同时检测了照射后细胞的凋亡率和增值率变化，详见图2和图3。
其中，图2提供了细胞增殖试验的数据，为暴露于平均功率密度为179mW/cm2且重复频率为1kHz的太赫兹波条件下0.2mL培养基中的人乳腺癌细胞与相同体积未处理细胞(对照)的增值试验数据。数据表示为平均±SD；*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；****p<0.0001。与对照组相比，受太赫兹波辐照细胞的增殖率受到显著抑制。图3提供了流式细胞仪检测细胞凋亡试验数据，为暴露于平均功率密度为179mW/cm2且重复频率为1kHz的太赫兹波条件下的0.2mL培养基中的人乳腺癌细胞与相同体积未受辐照细胞(对照)的凋亡试验数据。结果显示，受太赫兹波辐照细胞的凋亡率明显高于对照组，凋亡率平均增加了12.23％。
将人类人乳腺癌细胞暴露于宽带太赫兹波3小时，太赫兹波平均功率密为17.89mW/cm2，，重复频率100Hz培养基体积0.2mL。检测了太赫兹辐照组与对照组样本在0、1min、3min、5min、10min、30min、1h、1.5h、2h、2.5h、3h的温度。同时检测了照射后细胞的凋亡率和增值率变化，详见图4、图5和图6。
其中，图4提供了细胞增殖试验的数据，为暴露于平均功率密度为17.89mW/cm2且重复频率为100Hz的太赫兹波条件下0.2mL培养基中的人乳腺癌细胞与相同体积未处理细胞(对照)的增值试验数据。数据表示为平均±SD；*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；****p<0.0001。与对照组相比，受太赫兹波辐照细胞的增殖率受到显著抑制。
图5与图6提供了流式细胞仪检测细胞凋亡试验数据，为暴露于平均功率密度为17.89mW/cm2且重复频率为100Hz的太赫兹波条件下的0.2mL培养基中的人乳腺癌细胞与相同体积未处理细胞(对照)的凋亡试验数据。结果显示，受太赫兹辐照细胞凋亡率明显高于对照组。细胞凋亡率平均增加了14.58％。
Claims (4)
1.宽频强场脉冲太赫兹波在促进乳腺癌细胞凋亡方面的应用，所述强场太赫兹波的带宽≥10THz。
2.宽频强场脉冲太赫兹波在抑制乳腺癌细胞增殖方面的应用，所述强场太赫兹波的带宽≥10THz。
3.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述太赫兹波的辐照条件为：
平均功率密度：4.8mW/cm2～179mW/cm2，重复频率：1Hz～1kHz，辐照时间：2-4h。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述太赫兹波的辐照条件为：
平均功率密度：17.89mW/cm2，重复频率：100Hz，辐照时间:3h。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114480368B (zh) | 2024-07-05 |
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