[发明专利]太赫兹波辐照人乳腺癌细胞产生非热效应的方法

说明书

本发明提供了太赫兹波辐照人乳腺癌细胞产生非热效应的方法，采用了高功率密度、低重复频率的宽带脉冲太赫兹波辐照人乳腺癌细胞产生非热效应。本发明找到了主要诱导非热效应的太赫兹辐射条件为：宽带脉冲太赫兹辐射强度为17.89mW/cm²、重复频率100Hz，在该辐照条件下，可以有效地抑制强脉冲太赫兹辐射的热效应，该方法可靠性和重复性好。

技术领域

本发明属于太赫兹辐照生物效应技术领域，具体涉及太赫兹波辐照人乳腺癌细胞产生非热效应的方法。

背景技术

近年来，随着太赫兹(THz)技术的深入研究和广泛应用，对太赫兹波的强度要求越来越高，太赫兹波应用的生物安全性越来越受到关注，而太赫兹生物效应研究是评价太赫兹技术生物安全性的前提和基础，尤其是未来发展太赫兹波肿瘤治疗技术的前提和基础，因此，有关太赫兹辐射生物效应的研究也越来越深入。

随着太赫兹辐照强度的增加，太赫兹波不能被认为对生物系统是安全的，当它足够强时，会引起所谓的“生物效应”。与电磁波谱的其他波段类似，太赫兹波的生物效应可分为热效应和非热效应。

采用太赫兹波照射细胞时，部分辐射在细胞表面反射，其余部分折射到细胞内部。太赫兹辐射的反射和折射比例一方面与辐射的入射角有关，另一方面与细胞本身的折射率有关。由于太赫兹辐射的波长值远大于细胞的结构尺寸，细胞内部的太赫兹辐射散射较弱，可以很好地穿透细胞。在用太赫兹波辐射细胞的过程中，细胞内的水、无机盐、脂类、核酸、蛋白质、糖类等各种大分子都会吸收太赫兹波，其中对水分子的吸收最强，水分子参与分子间和分子内氢键网络的形成，水分子与太赫兹波的相互作用会引起氢键网络的广泛振动，形成强吸收。太赫兹波辐射的光能转化为热能，一定能量的热能积累表现为温度升高，太赫兹波辐射引起的内部温度升高的效应是太赫兹波辐射的细胞热效应。例如，Wimink等人研究了暴露于光泵浦分子气体太赫兹激光(连续波源，υ＝2.52THz，辐照强度＝84.8mW/cm²，暴露持续时间5～80分钟)的人皮肤成纤维细胞的细胞反应，他们发现照射24h后暴露组的温度比空白组高约2.7℃～3.8℃，并且与高温阳性对照组一样，热休克蛋白的表达增加，但未诱导DNA修复基因的激活。这些发现表明，连续波太赫兹辐射施加的生物效应似乎主要是光热性质的。

太赫兹波辐射的非热效应首先由Frohlich等人在1971年提出，太赫兹波照射细胞后观察到基因表达和蛋白质构象的变化，但没有观察到温度或热休克蛋白表达的显著变化。这种不能用热效应解释的现象一般归因于非热效应，这种非热效应可能是由生物分子的直接连续激发或线性/非线性共振机制介导的。核酸、蛋白质、DNA等生物大分子间的振动刚好位于太赫兹波辐射的频谱范围内，太赫兹波辐射与生物分子间的共振作用可能导致DNA双链局部解螺旋并干扰转录过程，同时影响蛋白质的水化动力学特征，最终影响细胞的功能。例如，Bock等人研究了宽带太赫兹辐射对小鼠间充质干细胞的影响，结果显示大约6％的差异表达基因表达增加、5％减少、89％保持不变。这些反应与太赫兹辐射直接相关，与温度变化无关，因为对照和实验细胞培养皿中的温度几乎保持相同。

另外，关于太赫兹辐射非热效应的在体研究，主要是在控制温升的前提下，集中在大鼠、小鼠模型，也有在人体和模式生物果蝇模型上开展的研究，其主要观察的效应集中在皮肤组织病理变化、创面愈合及血液样本指标的变化；太赫兹辐射非热生物效应离体研究，主要集中在细胞活力与增殖、脂质膜结构与功能、基因组与遗传物质、细胞功能这四个方面。

发明内容

本发明目的在于提供一种太赫兹波辐照人乳腺癌细胞产生非热效应的方法。

在本发明中，重点研究了宽带强场脉冲太赫兹波对人乳腺癌细胞的生物学效应，发现当太赫兹源很强时，在太赫兹源重复频率100Hz的情况下其热效应可以基本消除，观察到的现象可主要归咎于太赫兹波辐射的非热效应。

为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。