路曉光,唐勁天,李利亞
1北京中醫(yī)藥大學(xué)中日友好臨床醫(yī)學(xué)院,北京100029
2中日友好醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合腫瘤科,北京100029
3清華大學(xué)工程物理系/醫(yī)學(xué)物理與工程研究所,北京100084
磁感應(yīng)熱療技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型加溫治療惡性腫瘤的方法,具有利用金屬磁性物質(zhì)感應(yīng)交變磁場而升溫的物理特性,將其作為熱介質(zhì)引入腫瘤組織,在外加交變磁場的作用下升溫并將熱量傳遞給周圍的腫瘤組織,在不損傷正常細(xì)胞的情況下殺死腫瘤細(xì)胞[1]。前期已有研究篩選了微米和納米等多種介質(zhì)[2],確立了介質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合的技術(shù),研制了交變磁場發(fā)生設(shè)備,并且通過腦膠質(zhì)瘤、肝癌、乳腺癌等細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn),證明了其安全性和有效性,并已經(jīng)將磁感應(yīng)熱療技術(shù)推向了臨床試驗(yàn)[3-5]。惡性淋巴瘤是一組原發(fā)于淋巴結(jié)或其他淋巴組織的惡性腫瘤,是嚴(yán)重威脅人類健康和生命的惡性腫瘤之一。利妥昔單抗聯(lián)合環(huán)磷酰胺、多柔比星、長春新堿和波尼松(CHOP)化療方案能明顯改善患者預(yù)后,但治療后仍可復(fù)發(fā),且緩解持續(xù)時(shí)間縮短,并出現(xiàn)部分耐藥的難治性患者,而其確切的耐藥機(jī)制至今尚未闡明[6-7]。若利用高效升溫的金屬磁性材料,耦聯(lián)利妥昔單抗與淋巴瘤細(xì)胞的特異性靶點(diǎn)結(jié)合,在交變磁場的作用下,使磁性介質(zhì)感應(yīng)升溫實(shí)現(xiàn)靶向熱療,達(dá)到精確定位病灶,殺滅腫瘤細(xì)胞,協(xié)同增敏藥物的目的,很可能成為治療惡性淋巴瘤的新方法。本研究結(jié)合磁感應(yīng)熱療和利妥昔單抗治療兩種手段,研究磁感應(yīng)熱療聯(lián)合利妥昔單抗作用于人淋巴瘤Daudi細(xì)胞的細(xì)胞毒性及其協(xié)同作用,并初步探討其作用機(jī)制,旨在為磁感應(yīng)熱療應(yīng)用于惡性淋巴瘤治療提供可行性參考依據(jù)。
利妥昔單抗注射液(10 mg/ml)購自上海羅氏制藥有限公司;CCK-8試劑盒購自日本同仁化學(xué)研究所;RPMI-1640培養(yǎng)基購自美國Gibco公司;胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)購自美國Hyclone公司;Annexin V-FITC/PI雙染細(xì)胞凋亡檢測試劑盒和細(xì)胞DNA含量(細(xì)胞周期)即時(shí)檢測試劑盒均購自南京凱基生物科技發(fā)展有限公司。磁感應(yīng)熱療儀購自深圳市雙平電源設(shè)備有限公司;Flutemp Control FOT-301光纖測溫裝置購自西安和其光電科技有限公司;多功能讀數(shù)儀-酶標(biāo)儀購自美國Thermo Scientific公司;BD FACSCalibur型流式細(xì)胞分析儀購自美國BD公司。
人淋巴瘤Daudi細(xì)胞株由北京協(xié)和細(xì)胞庫提供。細(xì)胞在含有10%FBS、青霉素(100 U/ml)、鏈霉素(100 mg/L)的RPMI-1640培養(yǎng)基中懸浮生長,置于37℃、5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。收集對數(shù)生長期的Daudi細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。
1.3.1 空心球及浸提液的準(zhǔn)備分別稱取適量的空心不銹鋼球粉末放于15 ml離心管中,用超純水清洗3次,然后用分析級(jí)無水乙醇配制而成的75%乙醇溶液清洗3次后,將離心管置于超凈臺(tái)中,紫外線照射殺菌消毒30 min,然后用75%乙醇溶液浸泡過夜,第2天去除浸泡空心不銹鋼球的乙醇,用無菌的磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer saline,PBS)清洗3次。清洗后的空心不銹鋼球一部分備用,另一部分加入相應(yīng)比例的含10%FBS的RPMI-1640培養(yǎng)基,使其濃度達(dá)到25、50、75、100 mg/m(l分別設(shè)為4個(gè)實(shí)驗(yàn)組),以不含空心不銹鋼球粉末的含10%FBS的RPMI-1640培養(yǎng)基為對照,分別用封口膜封口,將離心管置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中浸提24 h。
1.3.2 細(xì)胞相容性檢測取對數(shù)生長期Daudi細(xì)胞懸液,將細(xì)胞懸液濃度調(diào)整至5×104/ml,以每孔200 μl接種于96孔板中,將96孔板置入恒溫培養(yǎng)箱中,在37℃、5%CO2環(huán)境中培養(yǎng)24 h。離心棄去96孔板中舊的培養(yǎng)基,4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞每孔加入200 μl相對應(yīng)濃度的浸提液,而對照組細(xì)胞每孔加入200 μl新鮮的RPMI-1640培養(yǎng)基,置入恒溫培養(yǎng)箱中,在37℃、5%CO2環(huán)境中分別培養(yǎng)24、48、72 h。采用CCK-8法檢測細(xì)胞增殖抑制率,在96孔板的每孔中分別加入20 μl CCK-8工作液,在37℃、5%CO2濃度的培養(yǎng)箱中避光孵育2 h,在波長450 nm下使用酶標(biāo)儀檢測待測樣品的光密度值(OD值),計(jì)算不同濃度空心不銹鋼球浸提液對細(xì)胞相對增殖率的影響。細(xì)胞相對增殖率=(實(shí)驗(yàn)組平均OD值/對照組平均OD值)×100%。細(xì)胞毒性分級(jí):0級(jí),細(xì)胞相對增殖率≥100%,實(shí)驗(yàn)材料無細(xì)胞毒性;1級(jí),細(xì)胞相對增殖率為75%~99%,實(shí)驗(yàn)材料無細(xì)胞毒性;2級(jí),細(xì)胞相對增殖率為50%~74%,實(shí)驗(yàn)材料有輕度細(xì)胞毒性;3級(jí),細(xì)胞相對增殖率為25%~49%,實(shí)驗(yàn)材料有中度細(xì)胞毒性;4級(jí),細(xì)胞相對增殖率為1%~24%,實(shí)驗(yàn)材料有中度細(xì)胞毒性;5級(jí),細(xì)胞相對增殖率為0%,實(shí)驗(yàn)材料有重度細(xì)胞毒性。
用電子天平精密稱量45、60、75 mg空心不銹鋼球,并分別置于25 ml EP培養(yǎng)瓶中,加入5 ml含10%FBS的RPMI-1640培養(yǎng)基,在瓶蓋處打小孔,插入測量溫度的測溫光纖,測溫光纖的頭部探測器插入空心不銹鋼球的中心位置,將培養(yǎng)瓶置于300 kHz、40 Gs的交變磁場下,用測溫軟件記錄培養(yǎng)基溫度隨加熱時(shí)間的變化,并做升溫曲線圖。
本實(shí)驗(yàn)設(shè)實(shí)驗(yàn)組和對照組,實(shí)驗(yàn)組共5組,分別為培養(yǎng)基中加有12.5、25、50、100、200 μg/ml利妥昔單抗注射液,對照組為培養(yǎng)基中未加利妥昔單抗注射液(0 μg/ml),每一個(gè)濃度組設(shè)置5個(gè)復(fù)孔。取對數(shù)生長期的Daudi細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞濃度至1.9×104/ml,接種 于 96孔 板中,每孔 100 μl,在37℃、5%CO2的培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)24 h后,換含有上述利妥昔單抗注射液的藥物培養(yǎng)基避光培養(yǎng)。培養(yǎng)24 h后,采用CCK-8法測定各組的OD值,計(jì)算各組Daudi細(xì)胞的增殖抑制率。細(xì)胞增殖抑制率=(對照組平均OD值-實(shí)驗(yàn)組平均OD值)/對照組平均OD值×100%。
取對數(shù)生長期的Daudi細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞濃度至1.8×104/ml。將Daudi細(xì)胞分為4組:正常組,只含等量溶媒;磁感應(yīng)組,加入磁性介質(zhì);利妥昔單抗組,加入利妥昔單抗使藥物濃度為100 μg/ml;磁感應(yīng)與利妥昔單抗聯(lián)合組(聯(lián)合組),加入磁性介質(zhì)和利妥昔單抗,利妥昔單抗藥物濃度為100 μg/ml,每組設(shè)5個(gè)復(fù)孔。磁場參數(shù)為300 kHz、40 Gs,在磁場放置30 min后,再放回37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中孵育24 h。采用CCK-8法測定各組細(xì)胞的增殖抑制率。
取對數(shù)生長期的Daudi細(xì)胞懸液接種于25 ml培養(yǎng)瓶中,按上述“1.6”中方法將Daudi細(xì)胞分為對照組、磁感應(yīng)組、利妥昔單抗組、磁感應(yīng)與利妥昔單抗聯(lián)合組(聯(lián)合組),培養(yǎng)24 h后收集細(xì)胞,按照Annexin V-FITC/PI雙染細(xì)胞凋亡檢測試劑盒以及細(xì)胞周期即時(shí)檢測試劑盒說明書處理后,采用流式細(xì)胞術(shù)檢測各組Daudi細(xì)胞的凋亡情況以及各細(xì)胞周期所占比例。
采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)-軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,多組間比較采用方差分析,相容性以及細(xì)胞增殖率實(shí)驗(yàn)圖表使用GraphPad Prism軟件分析作圖。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
Daudi細(xì)胞分別與 0、25、50、75、100 mg/ml濃度的空心不銹鋼球培養(yǎng)基浸提液共孵育24、48、72 h,CCK-8法檢測細(xì)胞增殖率,結(jié)果顯示:隨著浸提液濃度的增加以及共孵育時(shí)間的延長,Daudi細(xì)胞的相對增殖率多會(huì)隨之下降,但是均在75%以上,各組磁性介質(zhì)均表現(xiàn)為0級(jí)或1級(jí)細(xì)胞毒性。(圖1)
圖1 不同共孵育時(shí)間、不同濃度空心不銹鋼球浸提液處理后Daudi細(xì)胞的相對增殖率
在300 kHz、40 Gs的交變磁場下,45、60、75 mg的空心不銹鋼球經(jīng)過30 min升溫后,溫度分別可達(dá)到40、43、47℃,并且隨著空心不銹鋼球質(zhì)量的增加,溫度也相應(yīng)的升高。研究表明,43℃時(shí)是人體能夠耐受且能對腫瘤組織產(chǎn)生熱殺傷作用的溫度[8],因此本實(shí)驗(yàn)選取60 mg空心不銹鋼球作為本實(shí)驗(yàn)的磁性介質(zhì)。(圖2)
圖2 不同質(zhì)量空心不銹鋼球的升溫曲線
采用CCK-8法測定Daudi細(xì)胞的增殖抑制率,結(jié)果顯示:隨著利妥昔單抗?jié)舛鹊脑黾?,Daudi細(xì)胞的增殖抑制率隨之增加。當(dāng)藥物濃度為100 μg/ml時(shí),增殖抑制率增加緩慢,達(dá)到效應(yīng)平臺(tái),因此,選取100 μg/ml作為本實(shí)驗(yàn)的工作濃度。(圖3)
圖3 不同濃度利妥昔單抗對Daudi細(xì)胞的增殖抑制情況
采用CCK-8法檢測Daudi細(xì)胞的增殖抑制率,結(jié)果顯示:以正常組細(xì)胞的增殖抑制率作為對照,設(shè)定為0,磁感應(yīng)組細(xì)胞的增殖抑制率為(82.51±1.36)%,利妥昔單抗組細(xì)胞的增殖抑制率為(12.80±0.73)%,聯(lián)合組細(xì)胞的增殖抑制率為(85.19±1.84)%;磁感應(yīng)組、利妥昔單抗組、聯(lián)合組細(xì)胞的增殖抑制率均明顯高于正常組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),聯(lián)合組細(xì)胞增殖抑制率高于磁感應(yīng)組和利妥昔單抗組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
采用流式細(xì)胞儀檢測Daudi細(xì)胞的凋亡率,結(jié)果顯示:磁感應(yīng)組和利妥昔單抗組的Daudi細(xì)胞總凋亡率均明顯高于正常組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);聯(lián)合組的Daudi細(xì)胞總凋亡率較磁感應(yīng)組、利妥昔單抗組和正常組均明顯增高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。(圖4、表1)
圖4 不同組別Daudi細(xì)胞的凋亡情況
表1 不同組別、不同狀態(tài)Daudi細(xì)胞所占比例的比較(%,±s)
表1 不同組別、不同狀態(tài)Daudi細(xì)胞所占比例的比較(%,±s)
注:a與正常組比較,P<0.01;b與聯(lián)合組比較,P<0.01
組別正常組磁感應(yīng)組利妥昔單抗組聯(lián)合組83.05±4.57 58.36±1.91a 79.56±1.70 46.09±1.96a 12.87±3.66 5.40±1.92a 4.81±0.65a 3.79±1.34a 6.00±0.85 36.25±0.18a b 15.63±1.55a b 50.12±0.72a活細(xì)胞 細(xì)胞碎片 總凋亡細(xì)胞
流式細(xì)胞儀分析結(jié)果顯示:與正常組比較,磁感應(yīng)組S期Daudi細(xì)胞所占比例增加,G0/G1期細(xì)胞所占比例減少,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);利妥昔單抗組G0/G1期、S期及G2/M期細(xì)胞所占比例與正常組比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);而聯(lián)合組S期細(xì)胞與正常組相比所占比例增多,G0/G1和G2/M期細(xì)胞所占比例減少的趨勢和磁感應(yīng)組一致,但程度更大。(表2)
表2 不同組別Daudi細(xì)胞中各期細(xì)胞所占比例的比較(%,±s)
表2 不同組別Daudi細(xì)胞中各期細(xì)胞所占比例的比較(%,±s)
注:*與正常組比較,P<0.01
組別正常組磁感應(yīng)組利妥昔單抗組聯(lián)合組38.1±1.4 25.9±2.3*38.4±0.5 19.5±1.0*36.5±1.4 52.1±2.1*33.7±1.5 67.6±1.6*25.4±2.7 22.0±0.6 27.9±2.1 12.9±2.1*G0/G1期S期G2/M期
隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,惡性淋巴瘤患者的長期生存率有所提高,但仍有約三分之一的患者產(chǎn)生耐藥、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,成為惡性淋巴瘤患者死亡的主要原因,因此尋找新的治療方式具有重要意義。本研究采用體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,屬于理論性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),能夠?yàn)榕R床提供依據(jù)。本研究首先對磁感應(yīng)熱療磁性介質(zhì)進(jìn)行了生物相容性實(shí)驗(yàn)以及升溫性能檢測,證明了空心不銹鋼球具有良好的發(fā)熱效率以及細(xì)胞相容性,磁感應(yīng)熱療磁性介質(zhì)應(yīng)用于淋巴瘤治療在細(xì)胞水平是可行的。
熱療已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于腫瘤治療領(lǐng)域,正常組織由于具有良好的血運(yùn),在40~42℃時(shí)不會(huì)受到損傷,而腫瘤組織的血管排列雜亂,散熱不良,腫瘤組織局部溫度達(dá)到43~45℃時(shí)腫瘤細(xì)胞便會(huì)受到損傷,短時(shí)間內(nèi)死亡。本研究結(jié)果表明,利妥昔單抗注射液在體外對Daudi細(xì)胞表現(xiàn)出較弱的增殖抑制作用,單獨(dú)磁感應(yīng)熱療對Daudi細(xì)胞表現(xiàn)出較明顯的增殖抑制作用,磁感應(yīng)熱療與利妥昔單抗注射液聯(lián)合應(yīng)用能夠增強(qiáng)對Daudi細(xì)胞增殖的抑制作用。本研究中流式細(xì)胞術(shù)檢測結(jié)果表明,單獨(dú)磁感應(yīng)熱療及單純應(yīng)用利妥昔單抗注射液均可以誘導(dǎo)Daudi細(xì)胞凋亡,進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞生長;而磁感應(yīng)熱療與利妥昔單抗聯(lián)合應(yīng)用時(shí)Daudi細(xì)胞的總凋亡率明顯高于磁感應(yīng)熱療和利妥昔單抗注射液單獨(dú)應(yīng)用,表明磁感應(yīng)熱療能夠協(xié)同利妥昔單抗注射液促進(jìn)Daudi細(xì)胞凋亡。多項(xiàng)研究表明,高熱能使細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性增強(qiáng),便于化療藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞,增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感度。此外,高熱還能刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng),在提高機(jī)體免疫能力的同時(shí)起到抑制腫瘤擴(kuò)散的效果[9]。Wang等[10]研究發(fā)現(xiàn),磁感應(yīng)熱療不僅能夠抑制局部腫瘤生長,還能夠?qū)ξ刺幚韨?cè)的腫瘤產(chǎn)生生長抑制作用,實(shí)驗(yàn)表明磁感應(yīng)熱療能夠刺激含肉瘤的大鼠產(chǎn)生較強(qiáng)烈的內(nèi)源性免疫反應(yīng),從而有效提高機(jī)體抗腫瘤作用。
利妥昔單抗的作用機(jī)制至今未被完全闡明,其針對CD20抗原表達(dá)陽性的惡性B淋巴細(xì)胞的殺傷效應(yīng)包括補(bǔ)體依賴的細(xì)胞毒性(complement dependent cytotoxicity,CDC)、抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)和誘導(dǎo)B淋巴瘤細(xì)胞凋亡的作用[11]。本實(shí)驗(yàn)利用CCK-8法檢測Daudi細(xì)胞增殖抑制率的結(jié)果可以看出,隨著利妥昔單抗?jié)舛鹊脑黾?,?xì)胞增殖抑制率也隨之增加,當(dāng)利妥昔單抗?jié)舛葹?00 μg/ml時(shí),細(xì)胞的增殖抑制率增加緩慢,達(dá)到效應(yīng)平臺(tái)。根據(jù)目前利妥昔單抗聯(lián)合化療治療彌漫型大B細(xì)胞淋巴瘤的臨床觀察,常規(guī)化療(如烷化劑、抗腫瘤激素類藥物、蒽環(huán)類藥物、抗腫瘤動(dòng)植物成分藥物、嘌呤類似物)聯(lián)合干擾素或單克隆抗體(如利妥昔單抗),??色@得較高的臨床緩解率,但其后仍然有部分患者復(fù)發(fā),且緩解持續(xù)時(shí)間縮短,并出現(xiàn)耐藥,而其確切的耐藥機(jī)制至今尚未闡明,故惡性淋巴瘤需要新的治療方案進(jìn)一步改善臨床療效。
細(xì)胞周期是經(jīng)歷G1期、S期、G2期、M期4個(gè)階段并形成新的DNA及細(xì)胞分裂增殖的過程。腫瘤治療可以通過干擾腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期,阻斷細(xì)胞周期中DNA合成及細(xì)胞分裂,進(jìn)而引起細(xì)胞凋亡。處理因素不同,不同的細(xì)胞株凋亡有其特異的細(xì)胞周期變化。細(xì)胞分裂周期中處于S期的細(xì)胞和腫瘤中心部位的那些因缺血缺氧、營養(yǎng)狀態(tài)差的細(xì)胞常常成為化療后復(fù)發(fā)的根源,而這些細(xì)胞對高熱敏感;高熱還能對腫瘤細(xì)胞的DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成產(chǎn)生抑制作用,因此高熱能夠抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。本實(shí)驗(yàn)對細(xì)胞周期的檢測結(jié)果顯示,磁感應(yīng)組的S期細(xì)胞增多,G0/G1期細(xì)胞減少,表明磁感應(yīng)熱療能夠改變Daudi細(xì)胞的細(xì)胞周期,使Daudi細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯于S期,阻止了細(xì)胞的進(jìn)一步分裂;利妥昔單抗組各細(xì)胞周期細(xì)胞所占比例與正常組比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),說明利妥昔單抗注射液對Daudi細(xì)胞周期的改變不明顯;而聯(lián)合組細(xì)胞周期的改變與磁感應(yīng)組基本一致,并且S期細(xì)胞所占比例更高。磁感應(yīng)熱療對S期細(xì)胞的干預(yù)或許是引起Daudi細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一。
綜上所述,磁感應(yīng)熱療與利妥昔單抗注射液聯(lián)合應(yīng)用,可增強(qiáng)對淋巴瘤細(xì)胞株Daudi的增殖抑制作用并促使細(xì)胞凋亡,聯(lián)合應(yīng)用時(shí)的效果與單獨(dú)使用利妥昔單抗的效果有明顯差異,表明磁感應(yīng)熱療與利妥昔單抗注射液有協(xié)同增敏的效果,為淋巴瘤的治療提供了新的思路。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯可能是磁感應(yīng)熱療抑制腫瘤生長的機(jī)制之一,其他的作用機(jī)制尚需進(jìn)一步深入探討。