癌細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)測量及放射誘導(dǎo)下細(xì)胞損傷的生物力學(xué)研究.pdf

1、癌癥的治療主要包括放射治療、外科手術(shù)、化學(xué)藥物以及其他生物物理等手段。而放射治療對于不適合手術(shù)以及化療的患者，具有一定的優(yōu)勢性。重離子放射作為一種目前最好的外在放療工具，被用于治療多數(shù)無法手術(shù)的腫瘤。碳離子束作為重離子治癌最常用的一種放射線，基于自身獨特的物理特性和生物學(xué)效應(yīng)已被運用到各種腫瘤的治療中。尤其對那些具有輻射抗性的乏氧腫瘤或者臨近危險器官的深在腫瘤病例，如腦腫瘤、頭頸腫瘤、肺癌、肝癌、泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤及皮膚癌等，較常規(guī)放射具

2、有更顯著的療效。由于輻射誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作為腫瘤治療起效的關(guān)鍵機制，研究細(xì)胞凋亡發(fā)生的調(diào)控機制對臨床中抗腫瘤治療具有重要的意義。因此，對于如何有效地評估重離子束腫瘤治療中的療效、細(xì)胞殺傷機制以及引起的副作用，是完善這一先進(jìn)治療手段的必要條件。由于細(xì)胞凋亡過程不僅伴隨著細(xì)胞形態(tài)學(xué)表型的改變，而且也存在細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)(機械信號)的演化，二者與凋亡分子通路之間如何耦合關(guān)聯(lián)是一仍未解決的重大科學(xué)問題。在此背景下，本文基于重離子輻射的誘導(dǎo)作用建立了體外

3、細(xì)胞凋亡、體內(nèi)細(xì)胞損傷模型。通過采用 MTT、免疫印跡技術(shù)等分子生物學(xué)方法結(jié)合基于原子力顯微鏡的單細(xì)胞力學(xué)技術(shù)以及臨床細(xì)胞學(xué)分析，研究如何將細(xì)胞力學(xué)特性的變化納入到評估癌癥殺傷機制、治療效果以及副作用的研究體系當(dāng)中。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于力學(xué)性質(zhì)變化表征癌細(xì)胞與正常細(xì)胞之間差異，發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞系較正常肝細(xì)胞彈性小(軟)，隨著癌細(xì)胞侵襲力的增加，其細(xì)胞彈性值降低。并且細(xì)胞粘附力和粘附能量也隨著癌細(xì)胞侵襲力的增加，表現(xiàn)一致增加

4、的趨勢。因此，提出對于具體的生物過程中選擇力學(xué)特性(如細(xì)胞彈性、剛度等)用于描述評價該生物學(xué)事件，或者通過力學(xué)指標(biāo)去甄別細(xì)胞演化過程中正常細(xì)胞與癌細(xì)胞的差異，這具有明顯的臨床應(yīng)用價值。⑵基于碳離子輻射對肝癌細(xì)胞殺傷的效果，通過對肝癌細(xì)胞系和正常肝細(xì)胞體外建立經(jīng)典細(xì)胞凋亡模型中調(diào)控分子通路的分析，確認(rèn)了碳離子誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞系經(jīng)由線粒體和死亡受體途徑的激活來參與凋亡發(fā)生。從力學(xué)特性表征的角度，發(fā)現(xiàn)凋亡過程中細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)、細(xì)胞骨架以及

5、凋亡信號分子表達(dá)之間存在強相關(guān)性。這表明細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)、形態(tài)學(xué)重構(gòu)與分子通路之間的緊密耦合相互作用而調(diào)控細(xì)胞凋亡的進(jìn)程。針對細(xì)胞凋亡過程中體現(xiàn)出的典型形態(tài)學(xué)特征，應(yīng)用統(tǒng)計熱力學(xué)方法首次提出描述細(xì)胞凋亡過程的力學(xué)模型，揭示了凋亡小體出芽過程的力學(xué)機制。這些發(fā)現(xiàn)預(yù)示了力學(xué)性質(zhì)的變化可作為評價重離子腫瘤放射治療中殺傷效果的有效指標(biāo)。⑶針對輻照對金黃地鼠紅細(xì)胞損傷副作用的評價，發(fā)現(xiàn)不同劑量的離子輻照可導(dǎo)致明顯的紅細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變，且細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞

6、形態(tài)學(xué)方面的損害程度，隨輻照劑量的改變而微妙變化，主要體現(xiàn)為紅細(xì)胞大小、形態(tài)以及力學(xué)性質(zhì)以及輻照引起骨架蛋白spectrin-α1表達(dá)減少，這一普遍表現(xiàn)的結(jié)果。從力學(xué)性質(zhì)與構(gòu)型變化兩方面闡明了離子輻射誘導(dǎo)紅細(xì)胞損傷的生物力學(xué)機理。并首次提出紅細(xì)胞剛度的變化可用于評價離子輻射引起紅細(xì)胞損傷分級以及副作用的影響。⑷碳離子輻射誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡的發(fā)生不僅存在保守的分子途徑介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞死亡調(diào)控途徑，而且也存在一個與形態(tài)-力學(xué)-分子途徑三者緊密耦