稳态磁场抑制肿瘤细胞增殖及其机制研究

发布时间：2022-12-06 01:13

　　随着现代电器的发展和日益普及,以及磁共振成像等设备在医院中的广泛应用,磁场对人类健康的潜在影响引起人们的日益关注。虽然国际上已有磁场对生物体细胞影响的初步研究,但是对于磁场的各种参数,以及所研究细胞的各种差异并没有系统性的分析。此外,相较于时变磁场而言,稳态磁场的变量较少,更利于从基础水平上研究磁场对生物体作用的细胞与分子机制,因此利用稳态磁场从机理上研究磁场的生物学效应更具优势。借助于中科院强磁场科学中心在9T超导磁体及27T水冷磁体上搭建的稳态磁场下细胞生物学研究的专用平台以及生物化学和分子生物学等研究手段,我们探讨了稳态磁场对肿瘤细胞增殖的影响和分子机制,即中等强度稳态磁场通过抑制EGFR蛋白激酶活性影响肿瘤细胞增殖,超强稳态磁场还能改变有丝分裂纺锤体取向,具体的研究结果如下:1.中等强度稳态磁场通过影响EGFR激酶活性抑制肿瘤细胞增殖,且与细胞种类和密度相关。EGFR（Epidermal Growth Factor Receptor,表皮生长因子受体）是一种属于ErbB/HER家族的170kDa的跨膜糖蛋白受体酪氨酸激酶,由表皮生长因子（EGF）激活,影响细胞的生长与分化。EG... 

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论(磁生物学相关概念及研究进展)
    1.1 引言
    1.2 磁场的种类
        1.2.1 稳态磁场与动态磁场
        1.2.2 弱、中等、强及超强稳态磁场
        1.2.3 均匀稳态磁场和非均匀稳态磁场(梯度磁场)
    1.3 磁生物学相关概念
        1.3.1 生物分子的磁性
        1.3.2 生物分子的磁各向异性,磁矩及所受磁力矩
    1.4 稳态磁场的细胞生物学效应
        1.4.1 细胞的增殖/生长
        1.4.2 细胞排布/取向
        1.4.3 细胞膜
        1.4.4 微管与纺锤体
        1.4.5 肌动蛋白
        1.4.6 DNA和染色体
        1.4.7 细胞活力
        1.4.8 细胞粘附
        1.4.9 细胞形态
    1.5 本研究的目的及主要内容
第2章 中等和强稳态磁场直接影响EGFR蛋白激酶区活性进而抑制肿瘤细胞增殖
    2.1 研究背景
        2.1.1 磁场与EGFR相关研究背景
        2.1.2 EGFR蛋白的构象/取向与活性
        2.1.3 蛋白质的抗磁各向异性
        2.1.4 本章的主要研究内容
    2.2 材料与方法
        2.2.1 实验用永磁铁、纯化蛋白、细胞株/系、抑制剂及试剂
        2.2.2 实验用超导磁体及配套培养装置
        2.2.3 细胞培养
        2.2.4 实验用EGFR激酶区蛋白表达与纯化
        2.2.5 体外磷酸化实验
        2.2.6 稳态磁场处理细胞实验
        2.2.7 细胞生长曲线和倍增时间计算
        2.2.8 液相扫描隧道显微镜(STM)
        2.2.9 分子动力学模拟
        2.2.10 细胞计数
        2.2.11 免疫印迹
        2.2.12 1T稳态磁场联合afatinib处理肿瘤细胞
        2.2.13 显微镜及相关图像处理软件
        2.2.14 统计学分析
    2.3 实验结果
        2.3.1 稳态磁场抑制纯化的EGFR蛋白激酶活性
        2.3.2 中等强度稳态磁场抑制高表达EGFR的细胞增殖
        2.3.3 液相STM实验结果显示稳态磁场能够改变EGFR激酶区蛋白排列方式,扰乱其分子间相互作用
        2.3.4 分子动力学模拟显示强稳态磁场影响EGFR激酶区蛋白分子的排列方式
        2.3.5 9T强稳态磁场显著抑制CHO-EGFR细胞增殖却不影响CHO细胞增殖
        2.3.6 9T强稳态磁场显著抑制高表达EGFR的肿瘤细胞增殖
        2.3.7 1T稳态磁场联合afatinib抑制肿瘤细胞生长
    2.4 结果分析与讨论
第3章 细胞种类和细胞密度均会影响1T稳态磁场对细胞增殖的效应
    3.1 研究背景
        3.1.1 不同细胞对稳态磁场的响应不同
        3.1.2 稳态磁场的生物学效应需要系统性的研究
        3.1.3 本章的主要研究内容
    3.2 材料和方法
        3.2.1 实验用永磁铁、细胞株、抑制剂及试剂
        3.2.2 细胞培养
        3.2.3 1T稳态磁场处理不同种类及不同铺板密度的细胞
        3.2.4 细胞计数
        3.2.5 细胞周期分析
        3.2.6 细胞凋亡分析
        3.2.7 免疫印迹
        3.2.8 1T稳态磁场联合Akt抑制剂处理CNE-2Z细胞
        3.2.9 显微镜及相关图像处理软件
        3.2.10 统计学分析
    3.3 实验结果
        3.3.1 人鼻咽癌细胞CNE-2Z对1T稳态磁场的响应与细胞密度有关
        3.3.2 六种不同人肿瘤细胞对1T稳态磁场的响应与细胞种类和密度有关
        3.3.3 五种不同人非肿瘤细胞对1T稳态磁场的响应与细胞种类和密度有关
        3.3.4 两种啮齿动物细胞对1T稳态磁场的响应与细胞种类和密度有关
        3.3.5 1T稳态磁场对细胞凋亡无明显影响
        3.3.6 1T稳态磁场对细胞周期无明显影响
        3.3.7 不同细胞种类和密度导致胞内EGFR-Akt-mTOR信号通路差异
        3.3.8 胞内EGFR-Akt-mTOR信号通路是1T稳态磁场对不同细胞种类与密度效应差异的重要原因
        3.3.9 1T稳态磁场促进Akt抑制剂对CNE-2Z细胞增殖的抑制效果
    3.4 结果分析与讨论
第4章 27T超强稳态磁场改变人类细胞有丝分裂纺锤体的取向与形态
    4.1 研究背景
        4.1.1 有丝分裂纺锤体的正确定位非常重要
        4.1.2 蛋白质和DNA均具有抗磁各向异性
        4.1.3 微管对稳态磁场的响应
        4.1.4 本章的主要研究内容
    4.2 材料与方法
        4.2.1 实验用永磁铁、细胞株及试剂
        4.2.2 实验用超导磁体及配套培养装置
        4.2.3 实验用水冷磁体及配套培养装置
        4.2.4 细胞培养
        4.2.5 利用弱、中等、强及超强稳态磁场处理细胞
        4.2.6 细胞计数
        4.2.7 细胞周期分析
        4.2.8 细胞凋亡分析
        4.2.9 鼻咽癌细胞CNE-2Z同步化实验
        4.2.10 免疫荧光
        4.2.11 显微镜及相关图像处理软件
        4.2.12 有丝分裂纺锤体及染色体相关数据测量
        4.2.13 统计学分析
    4.3 实验结果
        4.3.1 人鼻咽癌细胞CNE-2Z在27T稳态磁场中正常存活
        4.3.2 27T稳态磁场改变纺锤体定位方式
        4.3.3 稳态磁场对细胞有丝分裂纺锤体定位的影响具有场强依赖性
        4.3.4 27T稳态磁场诱导分裂中期纺锤体垂直于磁场方向排列,分裂前中期纺锤体平行于磁场方向排列
        4.3.5 有丝分裂纺锤体排布方式与染色体形态有关,且具有场强依赖性
        4.3.6 磁力矩作用于纺锤体,会影响其形态
    4.4 结果分析与讨论
结论与展望
参考文献
附录 缩略词表
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]1 T moderate intensity static magnetic field affects Akt/mTOR pathway and increases the antitumor efficacy of m TOR inhibitors in CNE-2Z cells[J]. Lei Zhang,Xingxing Yang,Juanjuan Liu,Yan Luo,Zhiyuan Li,Xinmiao Ji,Wenchao Wang,Xin Zhang.  Science Bulletin. 2015(24)
[2]Effects of 13 T Static Magnetic Fields （SMF） in the Cell Cycle Distribution and Cell Viability in Immortalized Hamster Cells and Human Primary Fibroblasts Cells[J]. 赵国平,陈少鹏,赵烨,朱玲燕,黄佩,鲍凌志,王军,王磊,吴李君,吴跃进,许安.  Plasma Science and Technology. 2010(01)



本文编号：3710743