癌細胞力學性質測量及放射誘導下細胞損傷的生物力學研究.pdf

1、癌癥的治療主要包括放射治療、外科手術、化學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效應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。由于輻射誘導細胞凋亡作為腫瘤治療起效的關鍵機制，研究細胞凋亡發(fā)生的調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、細胞殺傷機制以及引起的副作用，是完善這一先進治療手段的必要條件。由于細胞凋亡過程不僅伴隨著細胞形態(tài)學表型的改變，而且也存在細胞力學性質(機械信號)的演化，二者與凋亡分子通路之間如何耦合關聯(lián)是一仍未解決的重大科學問題。在此背景下，本文基于重離子輻射的誘導作用建立了體外

3、細胞凋亡、體內細胞損傷模型。通過采用 MTT、免疫印跡技術等分子生物學方法結合基于原子力顯微鏡的單細胞力學技術以及臨床細胞學分析，研究如何將細胞力學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中。
　　本研究主要內容包括：⑴基于力學性質變化表征癌細胞與正常細胞之間差異，發(fā)現(xiàn)肝癌細胞系較正常肝細胞彈性小(軟)，隨著癌細胞侵襲力的增加，其細胞彈性值降低。并且細胞粘附力和粘附能量也隨著癌細胞侵襲力的增加，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特性(如細胞彈性、剛度等)用于描述評價該生物學事件，或者通過力學指標去甄別細胞演化過程中正常細胞與癌細胞的差異，這具有明顯的臨床應用價值。⑵基于碳離子輻射對肝癌細胞殺傷的效果，通過對肝癌細胞系和正常肝細胞體外建立經(jīng)典細胞凋亡模型中調控分子通路的分析，確認了碳離子誘導肝癌細胞系經(jīng)由線粒體和死亡受體途徑的激活來參與凋亡發(fā)生。從力學特性表征的角度，發(fā)現(xiàn)凋亡過程中細胞形態(tài)、細胞力學性質、細胞骨架以及

5、凋亡信號分子表達之間存在強相關性。這表明細胞力學性質、形態(tài)學重構與分子通路之間的緊密耦合相互作用而調控細胞凋亡的進程。針對細胞凋亡過程中體現(xiàn)出的典型形態(tài)學特征，應用統(tǒng)計熱力學方法首次提出描述細胞凋亡過程的力學模型，揭示了凋亡小體出芽過程的力學機制。這些發(fā)現(xiàn)預示了力學性質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。⑶針對輻照對金黃地鼠紅細胞損傷副作用的評價，發(fā)現(xiàn)不同劑量的離子輻照可導致明顯的紅細胞形態(tài)學的改變，且細胞數(shù)量和細胞

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