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脉冲电场在癌症治疗中的应用

来源:Liebertpub2019-11-04

Liebertpub 2019-11-04

根据脉冲长度,毫秒域,微秒域和纳秒域将其分为三个部分。脉冲电场的主要应用是改变细胞膜的通透性,有时称为电穿孔。这已经以许多不同的方式用于癌症治疗。这些措施包括将基因引入肿瘤细胞以激活免疫反应,将毒物引入肿瘤细胞,使用不可逆的电穿孔引发坏死以及通过纳米脉冲刺激引发免疫原性细胞死亡。

生物电领域既包括阐明细胞和组织在其日常功能中使用的内源性电信号的作用,又包括利用施加的电信号影响或改变细胞和组织的功能。本简要概述集中于后一种应用,重点是在癌症治疗中使用非常短的脉冲电场。

细胞对脉冲电场的响应通常分为三个不同的脉冲持续时间域:毫秒,微秒和纳秒。关于脉冲场对细胞影响的研究已有很长的历史,并且在过去的四十年中涵盖了数千篇出版物。最近出版了一本全面的书《生物电学》,涵盖了脉冲电场的大多数应用。在此综合性收藏中,有一章名为医学应用,其中包括RichardHeller撰写的有关使用毫秒和微秒脉冲进行基因电转移的章节,以及另一篇有关Julie的关于使用微秒脉冲进行电化学疗法(ECT)的章节。GehlGregorSersaLluisMir,以及BeebeHargraveNuccitelli的两节描述纳秒脉冲。

脉冲电场的主要应用是改变细胞膜的渗透性。早已知道双层膜上500mV的电压梯度足以通过双层产生充水缺陷。Coster将此称为穿通Zimmerman等人的可逆电介质击穿,以及Neumann等人的电穿孔。一般而言,脉冲越长,在生物膜中产生的孔径越大。细胞膜的分子动力学模型表明,这种大小的场将带电的水偶极子推入疏水性脂质双层中,并形成跨膜的充满水的缺陷。此类缺陷在癌症治疗中具有许多不同的应用,这些应用会随着脉冲的持续时间而变化。

 

doi10.1089/bioe.2018.0001

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