中频微电场对肿瘤细胞的作用规律及人体电场分布仿真研究

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近年来,中频微电场肿瘤治疗因其非热、无创、低强度的优点在临床上得到了广泛应用。但是在长期的中频微电场肿瘤治疗研究中,研究人员对其作用机理尚且存疑,且研究集中于正弦电场对肿瘤增殖的抑制作用,尚未涉及其他类型的交变电场;同时,临床上中频微电场疗法的治疗计划制订和治疗效果预测主要依赖实际人体电场仿真计算,但研究大多集中于脑部仿真,其余身体部位的仿真研究极少。针对中频微电场的作用机理、新交变电场波形以及实际人体电场仿真进行更为深入的研究,对推广中频微电场在肿瘤治疗上的应用具有重要意义。基于此,本论文结合理论分析和实验验证,以人源肺癌细胞(A549)和鼠源肺癌细胞为研究对象,探究中频脉冲微电场对肿瘤细胞增殖的抑制效果。从电和生物两个角度出发,分析中频微电场对肿瘤细胞增殖的抑制机理,通过不同参数的细胞实验明确了对于A549的最佳抑制参数,研究了电场参数对肿瘤增殖能力的影响规律,同时探索了中频微电场在人体胸腔和脑部的分布,针对临床治疗提出治疗电极阵列的优化策略。取得的主要成果简述如下:(1)建立了球形单细胞五层介电模型,仿真对比中频脉冲微电场在不同细胞生长阶段的分布规律,针对分裂末期细胞内部电场分析电场及细胞参数敏感性,并探究了介电泳力对细胞分裂施加的影响;其次开展离体单层细胞实验,发现中频脉冲微电场通过改变细胞膜结构对细胞微环境造成破坏,并最终导致细胞周期阻滞,有丝分裂阻断,完善了中频微电场抑制肿瘤增殖的作用机理。(2)开展中频脉冲微电场对肿瘤增殖抑制的实验研究,观察电场处理后的肿瘤细胞形态及数量差异,探究不同中频脉冲的频率、占空比以及处理时间对肿瘤增殖抑制率的影响,同时在小鼠荷瘤模型中验证了中频脉冲微电场能够以安全有效的方式抑制小鼠在体实体瘤的生长,探究了中频脉冲微电场的电场参数对肿瘤增殖能力的影响规律。(3)基于真实人体建立电场仿真模型,借助有限元分析探究中频电场在人体胸腔中及脑内不同组织间的分布情况,调整电极阵列布局,研究电极布局方式对肿瘤区域场强的影响规律,并针对不同肿瘤模型提出了个性化阵列布局方法,推进和指导中频微电场在临床上的应用。综上所述,本文的研究将有助于进一步推进中频微电场在肿瘤治疗领域,特别是肺癌治疗领域的研究进展,为中频微电场在临床上的应用提供了理论指导和丰富的实验数据支撑。
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