纳秒脉冲癌症免疫疗法及其与微秒脉冲消融术的互补效应的研究
发布时间：2021-05-28 14:13
为了彻底地攻克癌症,许多新技术被运用到这个领域,而基于脉冲电场的肿瘤治疗方案显示出了其非热、无药参与、高效率等独特的优势。本文研究了纳秒脉冲免疫疗法的部分相关机制,指出该疗法的固有缺陷,并据此发现了纳秒脉冲癌症免疫疗法与微秒脉冲消融术的互补效应,主要研究内容分为三个部分:全参数可调的数字高压脉冲系统的研制;高压纳秒脉冲诱导肿瘤细胞凋亡的机制研究;强场微秒/纳秒脉冲电场的互补效应研究。全参数可调的数字高压脉冲系统的研制方面,首先通过单细胞有限元模型分析,确定了当脉冲宽度在70μs到100μs范围内,电场能量主要作用在细胞膜上,可以满足不可逆电穿孔技术的要求;当脉冲宽度在100 ns到1μs范围内,电场能量主要作用在细胞内的结构上,可以满足纳秒脉冲诱导技术的要求;据此设计一款纳秒脉冲源,其峰值电压在1 k V以上,脉宽范围在100 ns-100μs可调。按照这一要求,使用放电电容的架构,并引入可变电容阵列和Si C MOSFET阵列,通过模块化设计并研制了一款全参数可调的数字高压纳秒脉冲系统,其参数如下:脉冲脉宽可调范围为100 ns-100μs,峰值电压在2 k V,重复频率小于1.25...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
脉冲电场作用下的细胞膜的亲水微孔模型（可逆电穿孔）[42]
电子科技大学博士学位论文6图1-2电化学疗法的原理简图[50]电化学疗法已经广泛地应用于临床，并且已经有了电化学疗法的临床操作标准建议[57]。电化学疗法的临床研究始于表层肿瘤治疗的研究，第一个报道为1991年，Mir对8个病人在头颈部位的鳞状细胞癌的区域，在以静脉推注的方法注射的博莱霉素分子的同时，向每个肿瘤部位施加了一定量的电脉冲，使用的脉冲的脉冲数目为4或8，使用的脉冲的脉宽为100μs，使用的脉冲的峰值电场强度为1.3KV/cm。最终的实验结果为临床完全治愈率约为57%，而且没有发现不良反应，除了少量病例发生了的一定程度的肌肉收缩现象[58]。首个电化学疗法临床病例发布后，后续开展了大量的相关研究，并发现电化学疗法对于各种恶性表层肿瘤具有很好的疗效，而且实施方案安全高效，经济简单[59-61]。近年来电化学疗法在对深埋肿瘤的治疗进行了很多研究探索，部分实验取得一定的治疗效果，但也揭示了该疗法的不足与短板。2010年，有一个针对深埋的黑色素瘤的活体动物实验显示，电化学疗法对深埋的黑色素瘤有部分疗效，该实验成功验证了电化学疗法临床治疗深埋肿瘤是有可行性的[62]。后续临床研究发现，电化学疗法可以有效地治疗乙状结肠癌的肝转移瘤[63]。但在实际临床应用中，脉冲的施加一定不能与患者的心搏出现周期上的同步，尽可能地减小脉冲电场和心脏之间的相互作用[64][65]。由以上来看，电脉冲化疗相较由于传统的化疗对正常组织的副作用更孝治疗效果更好、并由于所用的药物明显减少，可以明显降低传统化疗的不良反应。但是，该疗法依然具有化疗药物对身体的毒副作用，同时存在一定的手术禁忌和适应症限制。
第一章绪论7图1-3嵌合抗原受体修饰T细胞（CarT）技术的原理简图（CAR转染步骤中可逆电脉冲技术可以大大提高转染效率）[67]近年来免疫细胞疗法在血液癌治疗领域发展很快，其中很重要的一点是可逆电穿孔技术很好地解决了转染效率问题。免疫细胞包括T细胞、NK细胞等。通过基因技术或生物技术改造这些细胞以更好的对抗肿瘤，并据此发展出了多种免疫细胞技术[66]，本文以现在发展最好的嵌合抗原受体修饰T细胞（CarT）技术为例。目前学界一般认为，T细胞是免疫细胞中唯一一种具有可以特异性地抑制肿瘤细胞的能力的。它的作用机制是：首先树突细胞将抗原提呈给T细胞，从而诱导T细胞特定地分化成辅助T细胞和功能T细胞等，因此，肿瘤抗原特异性T细胞一直是治疗癌症的重要研究目标。CarT技术是在体外将细胞内的活化的分子与靶向特定肿瘤相关抗原的抗体对应的抗原结合区偶联为一个嵌合蛋白，然后结合可逆电穿技术和基因转导技术，把设计好的嵌合蛋白转染给扩增后的T细胞。然后将转染过后的T细胞，以特定的方式回输到患者体内，并据此可以表达嵌合抗原受体，最后通过特异性免疫靶向地杀死肿瘤细胞，常规具体操作步骤如下：第一，分离T细胞：利用外周血血细胞分离机，从肿瘤病人血液中分离出单个核细胞，进一步纯化T细胞；第二，改造T细胞：基于基因工程技术，在体外构造一个含有嵌合抗原受体的病毒载体，然后将构造的载体转染进入T细胞。该病毒可以特异性地识别肿瘤细胞，并激活T细胞，从而最终把T细胞改造成CAR-T细胞，这个过程中的可逆电穿孔技术起到了关键作用，大大提高转染效率；第三，扩增CAR-T细胞，通过体外培养的方式，大量扩增改造后的CAR-T细胞。该疗法所需的细胞数一般与体重相关；第四，CAR-T细胞的回输：最后通过静脉注射的方式，把扩增到
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的双极性Marx高重频脉冲发生器[J]. 王晓雨,董守龙,马剑豪,余亮,姚陈果. 电工技术学报. 2020(04)
[2]Chemotherapy drugs induce pyroptosis through caspase-3-dependent cleavage of GSDME[J]. Xixi Zhang,Haibing Zhang. Science China（Life Sciences）. 2018(06)
[3]CT引导下经皮纳米刀消融术在不可切除胰腺肿瘤中的临床应用[J]. 张肖,肖越勇,何晓锋,杜鹏,张欣,李婕,杨杰. 中国介入影像与治疗学. 2015(10)
[4]Review of micro/nano technologies and theories for electroporation of biological cells[J]. LEE YiKuen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2012(06)
博士论文
[1]复合脉冲消融肿瘤致组织介电与阻抗特性动态变化机理及实验研究[D]. 赵亚军.重庆大学 2018
[2]高强电磁脉冲源及肿瘤细胞电穿孔效应研究[D]. 谈亚芳.电子科技大学 2012
本文编号：3208202
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
脉冲电场作用下的细胞膜的亲水微孔模型（可逆电穿孔）[42]
电子科技大学博士学位论文6图1-2电化学疗法的原理简图[50]电化学疗法已经广泛地应用于临床，并且已经有了电化学疗法的临床操作标准建议[57]。电化学疗法的临床研究始于表层肿瘤治疗的研究，第一个报道为1991年，Mir对8个病人在头颈部位的鳞状细胞癌的区域，在以静脉推注的方法注射的博莱霉素分子的同时，向每个肿瘤部位施加了一定量的电脉冲，使用的脉冲的脉冲数目为4或8，使用的脉冲的脉宽为100μs，使用的脉冲的峰值电场强度为1.3KV/cm。最终的实验结果为临床完全治愈率约为57%，而且没有发现不良反应，除了少量病例发生了的一定程度的肌肉收缩现象[58]。首个电化学疗法临床病例发布后，后续开展了大量的相关研究，并发现电化学疗法对于各种恶性表层肿瘤具有很好的疗效，而且实施方案安全高效，经济简单[59-61]。近年来电化学疗法在对深埋肿瘤的治疗进行了很多研究探索，部分实验取得一定的治疗效果，但也揭示了该疗法的不足与短板。2010年，有一个针对深埋的黑色素瘤的活体动物实验显示，电化学疗法对深埋的黑色素瘤有部分疗效，该实验成功验证了电化学疗法临床治疗深埋肿瘤是有可行性的[62]。后续临床研究发现，电化学疗法可以有效地治疗乙状结肠癌的肝转移瘤[63]。但在实际临床应用中，脉冲的施加一定不能与患者的心搏出现周期上的同步，尽可能地减小脉冲电场和心脏之间的相互作用[64][65]。由以上来看，电脉冲化疗相较由于传统的化疗对正常组织的副作用更孝治疗效果更好、并由于所用的药物明显减少，可以明显降低传统化疗的不良反应。但是，该疗法依然具有化疗药物对身体的毒副作用，同时存在一定的手术禁忌和适应症限制。
第一章绪论7图1-3嵌合抗原受体修饰T细胞（CarT）技术的原理简图（CAR转染步骤中可逆电脉冲技术可以大大提高转染效率）[67]近年来免疫细胞疗法在血液癌治疗领域发展很快，其中很重要的一点是可逆电穿孔技术很好地解决了转染效率问题。免疫细胞包括T细胞、NK细胞等。通过基因技术或生物技术改造这些细胞以更好的对抗肿瘤，并据此发展出了多种免疫细胞技术[66]，本文以现在发展最好的嵌合抗原受体修饰T细胞（CarT）技术为例。目前学界一般认为，T细胞是免疫细胞中唯一一种具有可以特异性地抑制肿瘤细胞的能力的。它的作用机制是：首先树突细胞将抗原提呈给T细胞，从而诱导T细胞特定地分化成辅助T细胞和功能T细胞等，因此，肿瘤抗原特异性T细胞一直是治疗癌症的重要研究目标。CarT技术是在体外将细胞内的活化的分子与靶向特定肿瘤相关抗原的抗体对应的抗原结合区偶联为一个嵌合蛋白，然后结合可逆电穿技术和基因转导技术，把设计好的嵌合蛋白转染给扩增后的T细胞。然后将转染过后的T细胞，以特定的方式回输到患者体内，并据此可以表达嵌合抗原受体，最后通过特异性免疫靶向地杀死肿瘤细胞，常规具体操作步骤如下：第一，分离T细胞：利用外周血血细胞分离机，从肿瘤病人血液中分离出单个核细胞，进一步纯化T细胞；第二，改造T细胞：基于基因工程技术，在体外构造一个含有嵌合抗原受体的病毒载体，然后将构造的载体转染进入T细胞。该病毒可以特异性地识别肿瘤细胞，并激活T细胞，从而最终把T细胞改造成CAR-T细胞，这个过程中的可逆电穿孔技术起到了关键作用，大大提高转染效率；第三，扩增CAR-T细胞，通过体外培养的方式，大量扩增改造后的CAR-T细胞。该疗法所需的细胞数一般与体重相关；第四，CAR-T细胞的回输：最后通过静脉注射的方式，把扩增到
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的双极性Marx高重频脉冲发生器[J]. 王晓雨,董守龙,马剑豪,余亮,姚陈果. 电工技术学报. 2020(04)
[2]Chemotherapy drugs induce pyroptosis through caspase-3-dependent cleavage of GSDME[J]. Xixi Zhang,Haibing Zhang. Science China（Life Sciences）. 2018(06)
[3]CT引导下经皮纳米刀消融术在不可切除胰腺肿瘤中的临床应用[J]. 张肖,肖越勇,何晓锋,杜鹏,张欣,李婕,杨杰. 中国介入影像与治疗学. 2015(10)
[4]Review of micro/nano technologies and theories for electroporation of biological cells[J]. LEE YiKuen. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2012(06)
博士论文
[1]复合脉冲消融肿瘤致组织介电与阻抗特性动态变化机理及实验研究[D]. 赵亚军.重庆大学 2018
[2]高强电磁脉冲源及肿瘤细胞电穿孔效应研究[D]. 谈亚芳.电子科技大学 2012
本文编号：3208202
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