纳秒脉冲脉宽参数与细胞凋亡的量效关系研究*

张 玉，郭 飞

(1．重庆市中医院妇科 400021；2.重庆邮电大学复杂系统与仿生控制重庆市重点实验室 400065)

脉冲电场对细胞、组织及生物体的非热电效应已成为生物电磁学领域的研究热点[1-2]。利用电场强度kV/cm、脉宽毫微秒级的电场脉冲作用于生物细胞，导致细胞膜通透性增加，使常态下无法透过细胞膜的物质(如DNA、药物分子等)顺利进入细胞内的现象称为电穿孔效应。根据穿孔后细胞膜能否恢复常态，将电穿孔分为可逆电穿孔和不可逆电穿孔[3-4]。目前，可逆电穿孔效应已成功应用于基因转染、药物导入、细胞融合等领域，并由此产生电化学疗法、电基因转染等新型方法[5-6]。与可逆电穿孔治疗肿瘤比较，不可逆电穿孔可独立杀灭肿瘤细胞，而不需要化疗药物辅助，避免了化疗药物的毒副作用[7-8]，已成功应用于肾癌、肝癌、胰腺癌、前列腺癌等实体肿瘤的治疗，展现出良好的应用前景[9-11]。

随着研究的不断深入，研究者发现当脉冲电场脉宽降低至纳秒级，电场强度增至数十kV/cm(纳秒脉冲)时可以在细胞膜或细胞器膜上产生更多、尺寸更小的微孔，使得更多小分子物质能够顺利通过细胞膜或细胞器膜，该现象称之为超级电穿孔[12-13]。利用纳秒脉冲诱导细胞发生超级电穿孔，进而诱导细胞凋亡并激发机体免疫反应的原理，在肿瘤治疗中具有独特的优势[14-17]。目前在离体细胞实验和动物实验研究中，采用的典型纳秒脉冲参数为脉宽10～600 ns、电场强度20～100 kV/cm、频率1～10 Hz的方波脉冲[18-19]。研究者多通过经验或者文献来选择纳秒脉冲参数，导致在研究中难以获得理想的效果。……