癌細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)測(cè)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(duì)于不適合手術(shù)以及化療的患者，具有一定的優(yōu)勢(shì)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(wú)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(dú)特的物理特性和生物學(xué)效應(yīng)已被運(yùn)用到各種腫瘤的治療中。尤其對(duì)那些具有輻射抗性的乏氧腫瘤或者臨近危險(xiǎn)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(jī)制，研究細(xì)胞凋亡發(fā)生的調(diào)控機(jī)制對(duì)臨床中抗腫瘤治療具有重要的意義。因此，對(duì)于如何有效地評(píng)估重離子束腫瘤治療中的療效、細(xì)胞殺傷機(jī)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(guò)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(jī)械信號(hào))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(wèn)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(guò)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(píng)估癌癥殺傷機(jī)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(shì)。因此，提出對(duì)于具體的生物過(guò)程中選擇力學(xué)特性(如細(xì)胞彈性、剛度等)用于描述評(píng)價(jià)該生物學(xué)事件，或者通過(guò)力學(xué)指標(biāo)去甄別細(xì)胞演化過(guò)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(jià)值。⑵基于碳離子輻射對(duì)肝癌細(xì)胞殺傷的效果，通過(guò)對(duì)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(lái)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(guò)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(hào)分子表達(dá)之間存在強(qiáng)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(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程中體現(xiàn)出的典型形態(tài)學(xué)特征，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法首次提出描述細(xì)胞凋亡過(guò)程的力學(xué)模型，揭示了凋亡小體出芽過(guò)程的力學(xué)機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)預(yù)示了力學(xué)性質(zhì)的變化可作為評(píng)價(jià)重離子腫瘤放射治療中殺傷效果的有效指標(biāo)。⑶針對(duì)輻照對(duì)金黃地鼠紅細(xì)胞損傷副作用的評(píng)價(jià)，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(jī)理。并首次提出紅細(xì)胞剛度的變化可用于評(píng)價(jià)離子輻射引起紅細(xì)胞損傷分級(jí)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(gè)與形態(tài)-力學(xué)-分子途徑三者緊密耦