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肿瘤电场治疗的基本原理

发布时间:2021-08-27 15:04 点击数:

       传统的肿瘤治疗手段主要是手术、化疗及放疗。化疗的作用靶点主要在DNA,通过药物作用引起DNA错配修复障碍、DNA链交联或断裂等,导致细胞死亡,放疗则是利用电离辐射粒子破坏DNA进而损伤细胞。
       肿瘤电场治疗,是利用中频(100-300kHz)、低场强(1-3V/cm)交变电场,牵拉肿瘤细胞内的极性分子,造成肿瘤有丝分裂障碍,最终破坏快速分裂的肿瘤细胞[1-2]。正常细胞由于分裂较慢基本不受电场所干扰[1-2]
       从微观机制方面,电场对胞内分子的“牵拉”作用是根据电场对电子和偶极作用的一般规律所形成,主要作用于肿瘤细胞分裂的两个环节[1-2]
1.肿瘤细胞有丝分裂中期结束进入后期时,单个细胞内形成均匀交流电场,带电的微管受牵拉作用导致纺锤体功能异常(图1A);
2.肿瘤细胞进入有丝分裂后期时逐渐形成两个亚子细胞,亚子细胞以“卵裂沟(cell cleavage furrow, CCF)”相连,形成“亚子细胞-卵裂沟-亚子细胞”特殊结构,交流电场线在此结构经过时,从一个亚细胞一极进入,高度聚集于卵裂沟,再从细胞另一极穿出,呈现亚子细胞两极电场线疏,卵裂沟电场密集的情况,形成了胞内非均匀交流电场。此时电场引导下细胞内带电分子向卵裂沟电泳聚集,使该处细胞膜压力升高,最终导致细胞起泡、破裂(图1B)。当电场方向与细胞分裂长轴方向一致时,干预效果最佳。

图1:电场对分裂期细胞内结构的影响:A 分裂中期时,微管二聚体排列在外加电场线上,纺锤体形成受干扰;B 进入后期并形成卵裂沟后,分裂细胞内形成非均匀电场,带电、极性的大分子和细胞器移向卵裂沟(图片引用于[3])
 
参考文献:
1. Kirson E D, Gurvich Z, Schneiderman R, et al. Disruption of cancer cell replication by alternating electric fields.[J]. Cancer Research, 2004, 64(9):3288-95.
2. Kirson E D, Dbalý V, Tovaryš F, et al. Alternating electric fields arrest cell proliferation in animal tumor models and human brain tumors[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(24):10152-10157.
3. Gutin P H, Wong E T . Noninvasive application of alternating electric fields in glioblastoma: a fourth cancer treatment modality.[J]. American Society of Clinical Oncology educational book. American Society of Clinical Oncology. Annual Meeting, 2012:126.

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