全身热疗治肿瘤的物理学及医学,生物学机制

发布时间:2018-12-06

德国全身热疗系统可以理想的加热要求做到100%的肿瘤组织被加热到其杀伤阈值温度以上,并维持一定时间,以底摧毁病灶组织。

全身热疗物理学及医学-生物学机制

同时还要避免肿痛周围的正常组织或器官过热而受损伤。 这就对从事生物医学工程研究的科技人员提出了许多亟待解决的关键问题,如高温杀死细胞的机制是什么?不同细胞的热耐受性有何差别?影响热(高温)治癌的因素有哪些?什么样的加热场(空间、时间)安全有效?多大的热剂量最为合适?以上一系列问题的解决还依赖于对热疗过程中组织内部温度测量,于是肿瘤热疗对测温技术也提出了新的挑战。细胞死亡可以分为细胞坏死和凋亡两种类型(林世寅等,1997;李鼎九等,2003)。细胞坏死是指机体或细胞受到外界强烈的刺激,如物理的低氧、低温或高温,以及化学因素损伤时所发生的一种强烈而快速的被动性的细胞死亡过程。坏死最早的形态学特征变化是细胞发生肿胀,胞浆和细胞器均发生肿胀,细胞膜和细胞器膜继而破溃和消失。与细胞坏死过程截然不同,细胞凋亡是一种细胞主动的由各种生理或病理性因素诱发的,并受各种基因调控的编程化死亡过程(李鼎九等,2003)。细胞凋亡后,会在形态学上表现出独特的改变:细胞首先变圆,随即与周围细胞连接消失,微绒毛丢失,胞浆浓缩,染色质则浓缩成大小不等的半月状,并凝聚在核膜周边,再裂解为小片段,核仁裂解,进而细胞膜内陷将细胞自行分割包裹,形成外有包膜的细胞凋亡小体( apoptosis body)(Rong,Mack,200).凋亡起始于核内DNA的断裂,坏死则起始于膜功能的改变,后期也发生细胞核内DNA解,两种死亡以不同途径和方式进行,最后殊途同归,都进入后阶段的继发性死亡。加温和辐射、化疗药物一样,都可引发细胞的凋亡( Nakano,etal.,1997)。但在极高温情况下,细胞的死亡形式就会由凋亡变为坏死。传统热疗和亚高温热疗中,肿瘤的杀灭机制为细胞凋亡。因此,通过了解细胞凋亡的机制,对于增强热疗对肿瘤细胞的凋亡效应,无疑具有十分重要的意义。肿瘤细胞是由机体细胞发生突变、转化而致。虽然肿瘤细胞有些基因的结果或表达发生了改变,但其多数基因和表达与正常细胞相似。 肿痼细胞的温度生物效应与正常细胞既有相似性,又存在一定的差异,正常细胞加热到45℃以上才开始死亡,而肿瘤细胞加热到40~43℃就会开始死(Roemer,1999)。肿瘤细胞和正常细胞在热敏感性方面本身并无明显区别,但多数肿瘤细胞在长期代谢性消耗状态下慢性缺氧,加上酸性环境和营养不良,使肿瘤细胞对热疗的敏感性明显增加(O'Hara,etal.,1995)。此外,由于肿瘤组织内乏氧的特点,热疗后酸性代谢产物乳酸和B羟丁酸含量明显增加,更加剧肿瘤细胞死亡,因此热疗对乏氧肿瘤细胞更具选择性杀伤作用( Engin,etl.1994)。热敏感性( thermosensitivity)即细胞对热损伤的敏感程度,它是影响肿瘤热疗效的一个重要因素。高温治疗肿瘤是通过细胞凋亡机制杀伤细胞,而凋亡的发生受多种基因及蛋白的调控。其中,热休克蛋白( heat shock protein,HsP)的作用较为显著( Mosser,etal.,1997)。研究表明,热休克蛋白与肿瘤细胞热耐受的产生有关,增加肿瘤细胞内HSP的表达,细胞对热杀伤的敏感性下降;反之,下调细胞内HSP的表达,则能提高热敏感性( Wissing, Jaartel,1996)。HSP过表达能降低应激所致的某些蛋白的变性及聚集,所以普遍认为HSP是通过其再折叠及抗蛋白聚集来保护细胞的。基于热休克蛋白与细胞热耐受性的关系,就可以通过提高其热休克蛋白表达来保护热疗过程中肿瘤附近的重要组织或器官,降低过热造成的损伤。事实上,通过对细胞凋亡的调节,改变肿瘤的热敏感性以达到最大的治疗效果是目前也是将来的研究重点。

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