茶葉碳遠(yuǎn)紅外織物對(duì)皮膚正常與癌變細(xì)胞的影響對(duì)比

慕怡菲 金子敏 閻玉秀 吳德昊 陶建偉

摘要： 紡織品可長(zhǎng)期與皮膚接觸，其對(duì)人體皮膚不同細(xì)胞生長(zhǎng)的影響非常關(guān)鍵。文章為研究遠(yuǎn)紅外織物對(duì)健康皮膚及癌變皮膚的影響差異及適用性，通過(guò)普通錦綸和茶葉碳遠(yuǎn)紅外錦綸對(duì)人體皮膚永生化角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT和癌變皮膚細(xì)胞黑色素瘤A-375進(jìn)行輻射培養(yǎng)，從細(xì)胞水平觀察遠(yuǎn)紅外織物對(duì)人體正常及癌變皮膚的影響并對(duì)比差異。采用織物對(duì)細(xì)胞進(jìn)行輻射培養(yǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不間斷且均勻的遠(yuǎn)紅外輻射，且無(wú)肌體循環(huán)影響導(dǎo)致的誤差。結(jié)果表明，相比普通錦綸，遠(yuǎn)紅外織物能夠顯著促進(jìn)HaCaT細(xì)胞的增殖，且長(zhǎng)時(shí)間輻射其效果更優(yōu)，同時(shí)不促進(jìn)A-375細(xì)胞的增殖且略有抑制的趨勢(shì)，因此認(rèn)為遠(yuǎn)紅外織物可以用于健康或癌變皮膚的貼身穿著。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)紅外織物;茶葉碳纖維;角質(zhì)形成細(xì)胞;黑色素瘤細(xì)胞;細(xì)胞增殖

中圖分類(lèi)號(hào)： TS101.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2021）12-0008-05

引用頁(yè)碼： 121102

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.002（篇序）

Abstract： Textiles have very important influence on the growth of different cells of human skin due to long-term contact with skin. In order to study the differences between the impact of far-infrared fabric on healthy skin and cancerous skin and its applicability， through radiation culture of human skin immortalized keratinocyte HaCaT and cancerous skin cell melanoma A-375 with ordinary nylon and tea carbon far-infrared nylon， the impact of far-infrared fabric on human normal and cancerous skin were observed and the differences were compared at the cellular level. The radiation culture of cells using fabric can achieve long-term uninterrupted and uniform far-infrared radiation， without error caused by the influence of body circulation. The results showed that far-infrared fabric can significantly promote the proliferation of HaCaT cells compared with ordinary nylon， and it can achieve better effect after long-term radiation. At the same time， it does not promote the proliferation of A-375 cells and exhibits a trend of slight inhibition. Therefore， it is considered that far-infrared fabric can be used for close fitting wear for healthy or cancerous skin.

Key words： far infrared fabric; tea carbon fiber; keratinocytes; melanoma cells; cell proliferation

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，人們生活水平大幅提高，紡織服裝逐步參與健康保健領(lǐng)域，紡織品作為一種必不可少的輔助醫(yī)療產(chǎn)品，在患者的治療與康復(fù)中起著重要的作用。遠(yuǎn)紅外功能紡織品的研究起始于20世紀(jì)80年代中期的日本，利用遠(yuǎn)紅外陶瓷與紡織品相結(jié)合，得到具有遠(yuǎn)紅外線放射性能的織物。目前一般是在紡絲過(guò)程中，將具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的納米顆粒通過(guò)共混紡絲加入到纖維中，從而得到具有高效的遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能的遠(yuǎn)紅外纖維，也可以通過(guò)整理劑對(duì)已織造的紡織品進(jìn)行處理，使其具備高效的遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能[1]。遠(yuǎn)紅外屬于電磁波中最易被人體吸收的一個(gè)波段[2]，為研究生物效應(yīng)中最常用的一個(gè)波段[3]，可以滲透表皮，產(chǎn)生分子共振效應(yīng)，使生物體細(xì)胞處于最高振動(dòng)能級(jí)，能夠刺激細(xì)胞活性并且改善血液的微循環(huán)[4]。遠(yuǎn)紅外功能紡織品作為一種可以貼身穿著的遠(yuǎn)紅外輻射源，能夠長(zhǎng)時(shí)間大面積地對(duì)人體產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射效應(yīng)，其對(duì)人體表皮細(xì)胞生長(zhǎng)的影響研究尤為重要。

在針對(duì)皮膚正常細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)紅外對(duì)皮膚外傷具有舒緩并減輕痛感的作用[5-6]，臨床觀察中也發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外可以縮短傷口的愈合時(shí)間[7]。通過(guò)測(cè)量遠(yuǎn)紅外輻射影響大鼠模型皮膚損傷的面積及皮膚血流灌注量和皮膚溫度，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外輻射不僅提升了傷口的愈合速度，還促進(jìn)了膠原再生，激活了成纖維細(xì)胞中的表達(dá)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β1[8]。通過(guò)促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖，從而提高傷口的愈合率[9]。因此，遠(yuǎn)紅外輻射不僅能通過(guò)皮膚升溫或促進(jìn)皮膚血流灌注量而達(dá)到促進(jìn)傷口愈合的效果，從細(xì)胞水平看遠(yuǎn)紅外輻射影響生物的機(jī)制，還可以通過(guò)刺激TGF-β1的分泌或表皮細(xì)胞的增殖等，進(jìn)而促進(jìn)創(chuàng)面愈合或組織再生[10-11]。皮膚癌變細(xì)胞中的黑色素瘤是人體皮膚細(xì)胞發(fā)生的惡性腫瘤，可由黑色素痣演變而來(lái)，發(fā)育不良痣、外力長(zhǎng)期摩擦、紫外線過(guò)度暴露等均可導(dǎo)致黑色素瘤惡變[12-13]。因此遠(yuǎn)紅外織物在貼身穿著時(shí)，其對(duì)皮膚腫瘤細(xì)胞的影響研究也極為重要。在遠(yuǎn)紅外輻射多種癌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，其能夠抑制某些癌細(xì)胞的增殖，效果受熱休克蛋白HSP70A的基礎(chǔ)表達(dá)水平影響，遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)HSP70A水平較低的癌細(xì)胞非常有效[14]。

綜上大量研究證明，遠(yuǎn)紅外可以通過(guò)多種途徑促進(jìn)皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)傷口的愈合，同時(shí)還能抑制某些腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。但遠(yuǎn)紅外理療燈不能長(zhǎng)期均勻地對(duì)人體皮膚進(jìn)行遠(yuǎn)紅外輻射，且以上研究中無(wú)正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的影響對(duì)比。因此，本文基于茶葉碳遠(yuǎn)紅外纖維對(duì)正常的人體角質(zhì)形成細(xì)胞和惡性黑色素瘤細(xì)胞進(jìn)行輻射培養(yǎng)，可穿戴的遠(yuǎn)紅外織物相較遠(yuǎn)紅外光療燈，可以作為服裝或敷料的膏藥布，更適用于長(zhǎng)期影響人體皮膚正常細(xì)胞及癌細(xì)胞的研究。本文通過(guò)遠(yuǎn)紅外功能紡織品對(duì)人體皮膚正常細(xì)胞及癌細(xì)胞的影響，探究其是否適用于皮膚外傷患者及惡性黑色素瘤患者使用。

1?茶葉碳纖維的制備與檢測(cè)

1.1?茶葉碳纖維的外觀形態(tài)

茶葉是天然植物，其纖維環(huán)保且資源豐富。茶葉碳纖維的加工一般通過(guò)接枝技術(shù)、濕法紡絲、茶葉制漿處理后紡絲或者后整理等得到具有遠(yuǎn)紅外輻射功能的纖維[15-16]。根據(jù)纖維形態(tài)觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36422—2018《化學(xué)纖維微觀形貌及直徑的測(cè)定掃描電鏡法》，采用JSM-5610LV電子顯微鏡（日本電子株式會(huì)社JEOL）進(jìn)行掃描觀察，將待測(cè)的茶葉碳纖維和對(duì)照的錦綸纖維置于20 ℃恒溫、65%相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境放置24 h[17]。24 h后，將茶葉碳纖維與錦綸纖維整理并抽取一根紗線，將其調(diào)整固定成整齊的單根紗線，采用導(dǎo)電膠將纖維粘在載物臺(tái)上并調(diào)節(jié)顯微鏡以觀察纖維的縱向形態(tài)，對(duì)比茶葉碳纖維與普通錦綸的外觀差異，如圖1所示。與普通錦綸纖維相比，茶葉碳錦綸纖維的表面凹凸不平，因其吸附了大量的遠(yuǎn)紅外納米顆粒。

1.2?茶葉碳纖維遠(yuǎn)紅外織物規(guī)格測(cè)試

采用SM8-TOP2S型無(wú)縫針織機(jī)（意大利Santoni針織機(jī)器有限公司），將茶葉碳纖維和普通錦綸纖維紡織成平針組織的遠(yuǎn)紅外織物試樣[18]，使其具有緊密、厚實(shí)、良好的形變及物理性能。根據(jù)SM8-TOP2S無(wú)縫針織機(jī)的工作原理，織入一根面紗和一根里紗，遠(yuǎn)紅外織物的面紗和里紗均采用100%的778 dtex（70D）/48F茶葉碳錦綸纖維（浙江棒杰數(shù)碼針織品有限公司）。采用YG141D數(shù)字式織物厚度儀（溫州方圓儀器有限公司）測(cè)量茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物的厚度均為0.8 mm。將茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物制作為0.1 m×0.1 m的方形試樣，采用電子秤稱(chēng)量其平方米質(zhì)量分別為2.98 g/m2和2.20 g/m2。遠(yuǎn)紅外發(fā)射率是評(píng)價(jià)織物遠(yuǎn)紅外輻射性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，其發(fā)射率越高，織物的遠(yuǎn)紅外輻射性能就越好，根據(jù)遠(yuǎn)紅外制品規(guī)定，其發(fā)射率達(dá)0.90可定義為高效的遠(yuǎn)紅外制品。根據(jù)Cas115-2005（Cas Standards of China Association 115-2005 for Standardization）標(biāo)準(zhǔn)采用EMS-302M型遠(yuǎn)紅外發(fā)射率測(cè)試儀（臺(tái)灣和德科儀企業(yè)有限公司）對(duì)兩塊織物試樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率進(jìn)行檢測(cè)[19]。將茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物制作為0.6 m×0.6 m的圓形試樣并在20 ℃、65%恒溫恒濕的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下預(yù)置調(diào)節(jié)24 h后進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)試樣重復(fù)檢測(cè)3次，其檢測(cè)結(jié)果取平均值，得到茶葉碳錦綸織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.97，而普通錦綸織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.80。

2?實(shí)?驗(yàn)

2.1?茶葉碳纖維輻射實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將茶葉碳遠(yuǎn)紅外織物和普通錦綸織物均勻平整地貼合在細(xì)胞培養(yǎng)皿外，使其四周全面覆蓋包裹住細(xì)胞培養(yǎng)板，如圖2所示。24 h持續(xù)使用織物對(duì)細(xì)胞進(jìn)行輻射培養(yǎng)，從而觀察茶葉碳遠(yuǎn)紅外織物及普通錦綸對(duì)皮膚正常及癌變細(xì)胞增殖的影響并對(duì)比其差異。

2.2?生物實(shí)驗(yàn)細(xì)胞選取

為了觀察茶葉碳纖維遠(yuǎn)紅外對(duì)皮膚正常及癌變細(xì)胞的影響，從商品化細(xì)胞庫(kù)中選取兩株皮膚細(xì)胞進(jìn)行測(cè)試，分別為人正常表皮永生化細(xì)胞HaCaT，來(lái)源于一位62歲男性，常用于腫瘤細(xì)胞的對(duì)照實(shí)驗(yàn)組。皮膚腫瘤細(xì)胞選取A-375人惡性黑色素瘤細(xì)胞，來(lái)源于一位54歲女性。兩株細(xì)胞的培養(yǎng)條件均為5%CO2，95%空氣，溫度37 ℃，培養(yǎng)基均選用Gibco的DMEM（dulbecco’s modified eagle medium）+10% Gibco的FBS（fetal bovine serum）+1%的青霉素/鏈霉素溶液（penicillin/streptomycin stock solution）（新賽美生物科技有限公司），其細(xì)胞形態(tài)如圖3所示。

2.3?細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)方法

采用細(xì)胞增殖及毒性檢測(cè)試劑盒，對(duì)BOSTER生物工程有限公司的CCK-8（cell counting kit-8）進(jìn)行細(xì)胞增殖能力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。兩種細(xì)胞各分三組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，第一組為空白對(duì)照組NC（normal control），采用普通錦綸織物包覆細(xì)胞培養(yǎng)12 d;第二組為遠(yuǎn)紅外組FIR（far infrared radiation），采用茶葉碳纖維包覆細(xì)胞培養(yǎng)12 d;第三組為短時(shí)間輻射FIR-ST（far infrared radiation-short time），將NC組輻培養(yǎng)6 d的細(xì)胞取一部分進(jìn)行茶葉碳織物輻射再培養(yǎng)6 d，共培養(yǎng)12 d。每組細(xì)胞在培養(yǎng)6 d開(kāi)始進(jìn)行增殖檢測(cè)的細(xì)胞種板，檢測(cè)時(shí)間為6 d，期間繼續(xù)使用織物進(jìn)行輻射培養(yǎng)。按照增殖檢測(cè)試劑盒的標(biāo)準(zhǔn)，以每孔1 500的密度將細(xì)胞種入96孔培養(yǎng)板，每組三個(gè)復(fù)孔，檢測(cè)時(shí)每孔加入含有10%CCK-8試劑的培養(yǎng)基100 μL，放入細(xì)胞培養(yǎng)箱1 h，通過(guò)的SpectraMax酶標(biāo)儀（美國(guó)MolecularDevices分子儀器有限公司）在450 nm處檢測(cè)其吸光度，得到細(xì)胞增殖的OD（optical density）值，數(shù)值越高說(shuō)明細(xì)胞量越大，增殖能力越強(qiáng)。

3?結(jié)果與分析

3.1?茶葉碳遠(yuǎn)紅外織物輻射對(duì)皮膚細(xì)胞增殖的影響

根據(jù)CCK-8檢測(cè)結(jié)果，將兩種皮膚細(xì)胞增殖OD值采用Origin制作增殖曲線。皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT增殖曲線如圖4所示，可以看出茶葉碳纖維輻射下的HaCaT細(xì)胞增殖能力顯著高于普通錦綸對(duì)照組。為了進(jìn)一步分析茶葉碳纖維對(duì)HaCaT細(xì)胞增殖促進(jìn)的能力，本文通過(guò)獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)FIR組與NC組差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義進(jìn)行驗(yàn)證，選擇顯著性雙尾和雙樣本等方差假設(shè)。T檢驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)IR組與NC組的差異顯著，P=0.010 9<0.05。因此，相比普通錦綸纖維，茶葉碳錦綸纖維遠(yuǎn)紅外織物能夠顯著促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT的增殖。遠(yuǎn)紅外可以通過(guò)刺激TGF-β1的分泌或激活成纖維細(xì)胞，從而促進(jìn)皮膚成纖維細(xì)胞的增殖，達(dá)到促進(jìn)皮膚外傷愈合的效果[8]。

在皮膚癌細(xì)胞黑色素瘤A-375中，其增殖曲線如圖5所示，可以看出茶葉碳錦綸纖維輻射下的A-375細(xì)胞增殖OD曲線略低于普通錦綸對(duì)照組，但差異不大。T檢驗(yàn)結(jié)果表明，A-375中FIR組與NC組的差異不顯著，P=0.051 7>0.05，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，遠(yuǎn)紅外織物不促進(jìn)皮膚癌細(xì)胞的增殖，可以安全地用于黑色素瘤患者，緩解放化療后產(chǎn)生的組織水腫等。

對(duì)比皮膚正常細(xì)胞和癌變細(xì)胞的影響結(jié)果可以看出，茶葉碳錦綸纖維遠(yuǎn)紅外織物對(duì)不同細(xì)胞生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響不同，遠(yuǎn)紅外輻射可影響TGF-β1的分泌，促進(jìn)生物大分子的活性等，從而促進(jìn)皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖。而在腫瘤細(xì)胞中，由于癌細(xì)胞受熱休克蛋白HSP70A的影響，且生物酶的活性極易受到溫度調(diào)控，從而使遠(yuǎn)紅外輻射能夠不促進(jìn)甚至抑制某些癌細(xì)胞的增殖。

3.2?茶葉碳遠(yuǎn)紅外織物輻射時(shí)長(zhǎng)的影響差異

通過(guò)短時(shí)間與長(zhǎng)時(shí)間的遠(yuǎn)紅外輻射培養(yǎng)細(xì)胞增殖結(jié)果對(duì)比，制作每種細(xì)胞的三組增殖OD值曲線，如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，遠(yuǎn)紅外輻射培養(yǎng)0～6 d的增殖影響效果介于7～12 d和空白對(duì)照組之間。

在A-375細(xì)胞中，不同輻射時(shí)長(zhǎng)與不同織物一樣無(wú)明顯差異，但在HaCaT細(xì)胞中，NC組與FIR-ST組差異顯著，T檢驗(yàn)結(jié)果P=0.495<0.05，說(shuō)明茶葉碳織物的遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)HaCaT細(xì)胞增殖能力的促進(jìn)隨時(shí)間延長(zhǎng)而越來(lái)越顯著。將HaCaT細(xì)胞增殖OD差值制作0～12 d輻射的增殖影響差值散點(diǎn)圖并擬合曲線（圖7），以觀察0～12 d長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT增殖影響的趨勢(shì)。

由圖7可見(jiàn)，擬合曲線符合指數(shù)形增長(zhǎng)，說(shuō)明茶葉碳織物的遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT增殖能力的促進(jìn)隨時(shí)間延長(zhǎng)而越來(lái)越顯著，更長(zhǎng)時(shí)間的遠(yuǎn)紅外輻射可以使刺激TGF-β1的分泌，使成纖維細(xì)胞浸潤(rùn)更大[7]，更好地促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的生長(zhǎng)。

4?結(jié)?論

本文通過(guò)普通錦綸織物與具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的茶葉碳錦綸纖維遠(yuǎn)紅外織物的輻射，研究其對(duì)正常皮膚細(xì)胞和癌變皮膚細(xì)胞增殖的影響并對(duì)比其差異。

1） 相比普通錦綸纖維，茶葉碳纖維遠(yuǎn)紅外織物針對(duì)正常皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT的研究結(jié)果表明，其具有顯著的促進(jìn)效果，且相較短時(shí)間的遠(yuǎn)紅外輻射，較長(zhǎng)時(shí)間的輻射培養(yǎng)對(duì)HaCaT細(xì)胞增殖的促進(jìn)效果更好。

2） 針對(duì)癌變皮膚細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)紅外錦綸與普通錦綸相比，在其能夠促進(jìn)正常皮膚細(xì)胞生長(zhǎng)的同時(shí)對(duì)皮膚惡性黑色素瘤細(xì)胞A-375有較弱的抑制或不促進(jìn)其增殖的效果。

3） 對(duì)比普通錦綸和遠(yuǎn)紅外錦綸織物與兩種不同皮膚細(xì)胞增殖的影響可以看出，相比普通錦綸纖維，茶葉碳遠(yuǎn)紅外纖維能夠在促進(jìn)皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞增殖的同時(shí)抑制或不促進(jìn)黑色素瘤細(xì)胞的增殖。因此，本文認(rèn)為遠(yuǎn)紅外織物可以促進(jìn)皮膚正常細(xì)胞的生長(zhǎng)，加速皮膚受損角質(zhì)恢復(fù)，并且不促進(jìn)皮膚癌變細(xì)胞的生長(zhǎng)，可以適用于惡性黑色素瘤患者的輔助治療。

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