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毫米波是电磁场辐射频谱中频率为30～300 GHz极高频电磁波,相应波长为1～10mm,属于微波的极高频段。自上个世纪70年代起,对毫米波的生物学效应的研究及医学应用的迅速开展。低功率毫米波辐射(≤10 mW/cm2)对细胞生长、增殖、基因、酶学和细胞膜的通透性的非热效应,在医学领域中得到应用,如治疗消化性溃疡、创伤修复、慢性炎症和肿瘤辅助治疗等,取得明显的效果,这些物理疗法为临床治疗开辟了一个新的途径。然而,由于毫米波的生物效应尚存在许多争议,尤其对肿瘤细胞的基因,增殖影响的分子机制研究尚进展缓慢。因此,毫米波疗法在医学领域中的广泛应用仍受到限制,其机制的探讨是当前研究的热点之一。
本研究应用分子生物学、细胞生物学、细胞形态学、免疫组织化学和组织化学等方法,研究低功率毫米波对HL60细胞的生物效应影响,获得了毫米波对HL60细胞、基因表达、细胞形态及增殖影响的结果。本课题初步探讨了毫米波通过影响细胞的基因及基因表达和细胞膜的通透性而产生系列生物学效应机制,为低功率毫米波效应的分子机理提供部分实验依据,本文的主要内容概述以下：
一、为探讨低功率毫米波对HL60细胞活力影响的机制。本研究应用细胞培养、活细胞计数、光镜、电镜及PCNA(Proliferating cell nuclear antigen,PCNA,增殖细胞核抗原)免疫组化染色及图像分析等方法,检测低功率(功率密度约2mW/cm2)及频率41.32GHz的毫米波辐照HL60白血病细胞增殖的影响；分组以辐照时间15、30、45、60min和对照组(0min组)共5组。结果显示：本实验条件下,辐照组与对照组比较,毫米波辐照45min和60min组,HL60细胞活性增加和PCNA阳性细胞增多,光镜观察各组未见明显差别,超微结构显示细胞形态呈增殖改变。表明本研究低功率毫米波辐照对HL60细胞有促进增殖的作用。
二、应用基因芯片技术研究了低功率毫米波辐射对HL60白血病细胞基因表达谱的影响。检测了频率为41.32GHz的毫米波辐射的HL60白血病细胞和未辐射的毫米波HL60白血病细胞组基因表达差异,基因芯片检出基因表达上调18个和下调306个,这说明低功率毫米波可导致HL加细胞基因表达谱发生变化,这些变化的基因与HL60细胞增殖功能相关。
三、用RT-PCR方法验证IL-7、EGF和LGALS3基因变化。结果表明,毫米波辐射HL60细胞60min后,HL60细胞出现细胞增殖改变,在下调的基因中,RT-PCR检出IL-7、EGF和IGALS3基因下调的情况与基因芯片结果一致。提示本实验基因芯片检出的结果准确可信,可作为研究毫米波辐射HL60细胞引起基因表达变化的快捷可靠的分子生物学方法,为研究毫米波辐射对细胞的生物效应的分子机制提供一个新的途径。
四、为探讨低功率毫米波辐射对HL60细胞膜通透性变化及细胞凋亡关系。进行镧示踪法和原位标记法分别检测低功率毫米波辐射HL60细胞膜通透性的变化及细胞凋亡。结果显示：毫米波辐射HL60细胞45和60min组可见少量镧颗粒进入细胞质内和线粒体内,超微结构观察显示线粒体肿胀,粗面内质网扩张,细胞凋亡易见。TLYNEL法染色显示凋亡率辐射各组较对照组有增加的趋势,尤以45和60min组细胞凋亡明显增加。因此,低功率毫米波辐射HL60细胞,导致细胞膜通透性增加是促进细胞凋亡及产生系列生物学效应的重要因素之一。显示了毫米波辐射导致细胞膜通透性的改变的形态学特征,检测出毫米波辐射HL60细胞引起细胞膜损伤及细胞膜通透性增加的早期事件,并且随进入细胞内镧的数量变化可判断细胞损伤的程度,方法可靠,敏感。达到超微形态与功能的结合,可作为研究毫米波对细胞膜通透性变化影响的细胞化学的新方法。