一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统：包括微秒脉冲发生设备、信号发生器，所述信号发生器与微秒脉冲发生设备连接，信号发生器发出触发信号，通过触发信号激发微秒脉冲发生设备发出脉冲信号，微秒脉冲设备连接有电机杯，所述电机杯内装有细胞悬液，微秒脉冲发生设备通过电机杯对细胞进行击穿；所述电机杯与微秒脉冲发生设备的导线上设有电流探头和高压探头，所述电流探头和高压探头均连接有示波器，通过示波器对细胞击穿电流和击穿电压进行特征提取，提取出击穿电流和击穿电压的时域、频域信息；促进微秒脉冲和中药有效成分联合作用时对肿瘤细胞的影响，提高肿瘤细胞的凋亡率，提高药物对肿瘤细胞的活性抑制效果。活性抑制效果。活性抑制效果。

A microsecond pulse reversible electroporation system for increasing the concentration of molecules in cells

【技术实现步骤摘要】
一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统


[0001]本专利技术属于医疗辅助设备领域，尤其涉及一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统。

技术介绍

[0002]自上个世纪70年代无水酒精注射被应用于肝脏肿瘤的治疗中以来，包括射频消融、微波消融、冷冻消融等技术，被迅速的应用于各种恶性肿瘤的治疗中，尤其是对由于各种原因不能接受肿瘤完整切除的姑息治疗患者中。随着影像技术的发展，这些经皮微创技术使得患者在仅受到有限损伤的情况下，获得预后的改善，表明射频消融、微波消融等热消融技术在临床治疗中展现出了较好的疗效。但是，这些技术也依然存在着对治疗区域的组织破坏缺乏选择性、热沉效应等问题，一定程度上限制了其应用。近年来，基于非热效应灭活细胞的不可逆电穿孔(irreversible electroporation，IRE)消融技术以不同于以往热消融技术的灭活机制，在治疗恶性肿瘤中取得了令人瞩目的治疗效果，展现出了其独特的优势。但不可逆电穿孔利用其电学特性直接使癌组织热消融，使用有很多局限性。
[0003]近年来，可逆电穿孔技术在肿瘤治疗中取得了卓越成效，微秒脉冲电场(μsPEF)已成功应用于肿瘤的化学药物治疗，μsPEF旨在增强各种药物抗癌潜力，被用来提高很难渗透进细胞的药物在癌症组织中的浓度。但研究局限于与传统化疗药物(如博来霉素)的结合。与传统化疗药物相结合虽然能够从一定程度上降低化疗药物的使用剂量，但传统化疗药物本身对机体副作用极大，还是会出现很多毒副作用。中药有效成分能够在癌症治疗中起到明显的效果，并且不良反应较少。一些中药有效成分会对多种癌细胞产生特异性细胞毒性，并且在药物剂量合适的条件下，不会对正常细胞产生不良影响。但是单纯使用中药有效成分对癌细胞的杀伤效果很弱，并且具有明显时间依赖性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供了一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统，将微秒脉冲电场电穿孔技术和中药有效成分结合在一起，研究其作用效果，并从蛋白层面以及分子层面探究其联合作用机制。μsPEF能够有效增强中药有效成分对肿瘤细胞的毒性效果以及诱导凋亡的效果。μsPEF联合中药有效成分共同作用下，相对于单独施加药物，其对肿瘤细胞的活性抑制效果能提高40％以上。多种脉冲参数联合中药有效成分作用后24h肿瘤细胞的凋亡率都从5％以下提升到了20％左右。并且抑制细胞转移和增殖的的相关蛋白的分泌量有明显提升。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统：包括微秒脉冲发生设备、信号发生器，所述信号发生器与微秒脉冲发生设备连接，信号发生器发出触发信号，通过触发信号激发微秒脉冲发生设备发出脉冲信号，微秒脉冲设备连接有电机杯，所述电机杯内装有细胞悬液，微秒脉冲发生设备通过电机杯对细胞进行击穿；所述电机杯与微秒脉
冲发生设备的导线上设有电流探头和高压探头，所述电流探头和高压探头均连接有示波器，通过示波器对细胞击穿电流和击穿电压进行特征提取，提取出击穿电流和击穿电压的时域、频域信息；
[0007]所述电机杯还设有细胞检测装置，细胞检测装置包括显微镜相机和数据处理模块，将电机杯内细胞悬液进行切片处理后，通过显微相机摄取图像信息，将图像信息通过数据处理模块进行分析处理，分析穿孔之后细胞的病例情况，便于提升细胞穿孔计算的准确性。
[0008]优选的，所述数据处理模块包括：图像获取、数据域处理、病例细胞检测、比例细胞分割、细胞核分割、细胞分类分级、结果分析。
[0009]优选的，该系统的处理方法包括：步骤一，将肿瘤细胞进行离心处理，然后直接加入实验组设置的相应浓度的含药培养基，放入电击杯中进行电穿孔处理；步骤二，步骤一处理后立即加入96孔板各个复孔中，再加入相同药物浓度的含药培养基补充体积至100μl/孔，培育24h，然后进行后续检测；上述过程能够保证在电穿孔处理过程以及后续培育中，细胞都处在实验所设置的药物浓度环境下。
[0010]优选的，所述数据处理模块的处理方法包括，步骤一，基准数据集将细胞的中心作为标签，对仅含有单个中心点作为细胞标签的子图进行预处理，得到含有空间结构信息的子图，并对处理后的数据集进行回归训练，使子图的细胞中心明确产生比他们的相邻区域具有更大灰度；步骤二，将图像产生的多尺度特征融合在一起通过卷及神经网络进行处理；步骤三，采用形态学运算和最大值、最小值滤波处理，结合先验信息，减少由于背景杂波、污迹和图像伪影造成的误差。
[0011]优选的，细胞和分割方法包括，先通过稀疏重建粗略去除复杂的背景，同时对细胞和区域进行增强；之后采用反向传播和梯度下降技术对卷积网络进行训练，用于分割细胞核；最后采用形态学操作，增加先验性知识提高分割的性能和准确性，减小误差。
[0012]优选的，所述细胞检测装置中具备时钟授时器，所述时钟授时器接收GPS或北斗卫星信号，提取其中的时间信息，用以调整本地时间。
[0013]优选的，所述微秒脉冲发生设备产生的电场强度满足1000
‑
2000V/cm。
[0014]优选的，击穿电流和击穿电压特征提取的步骤包括，a，通过示波器得到击穿电流和击穿电压的频域、时域、时频域信息，并进行存储；b，将步骤a中得到的数据信息样本通过建立自组织映射神经网络，并对输出层的每个节点权重进行赋值，实现输入空间到输出的二维空间的降维映射；c，将输入的样本中随机选取输入向量，找到与输入向量距离最小的权重向量，定义获胜单元，在获胜单元的邻近区域调整权重使其向输入量靠拢；d，从新提供行的击穿电流和击穿电压的数据样本，重复上述步骤a、b、c进行训练，收缩邻域半径、减小学习率、重复，一直到小于最小允许值，输出聚类结果。输出的聚类结果即为精确的击穿电压和击穿电流，通过上述方法，能够消除示波器在采集击穿电流和击穿电压在采集的过程中外源性的干扰，将过大或者过小的数据信息进行剔除，保证采集的数据信息的准确性，提高系统的可控性。
[0015]另外，在细胞悬液穿孔过程中，为了进一步促进微秒脉冲和中药有效成分联合作用时对肿瘤细胞的影响，提高肿瘤细胞的凋亡率，提高药物对肿瘤细胞的活性抑制效果，细胞悬液在发生电穿孔形成的亲水性微孔的细胞，其微孔的穿孔面积A满足，A＝λ
·
πr2dS/2；
上式中，λ为关系系数，取值范围为0.36
‑
0.88；r为细胞半径，d表示细胞间距，S表示细胞表面积。在细胞击穿之后，细胞膜的张力系数δ发发生变化，且细胞膜的张力系数与细胞穿孔面积有关，细胞穿孔面积越大，张力系数越大，细胞穿孔面积越小，细胞张力系数越小，且细胞膜的张力系数δ与穿孔面积A满足，δ＝2δ1‑
((2δ1‑
δ0)/(1
‑
A/S))；上式中，δ1为水面的张力系数，δ0为初始细胞膜的张力系数。
[0016]为了验证电场场强与细胞穿孔率的关系，便于选择合适的场强达到最优的细胞穿孔率，做如下分组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统：其特征在于，包括微秒脉冲发生设备、信号发生器，所述信号发生器与微秒脉冲发生设备连接，信号发生器发出触发信号，通过触发信号激发微秒脉冲发生设备发出脉冲信号，微秒脉冲设备连接有电机杯，所述电机杯内装有细胞悬液，微秒脉冲发生设备通过电机杯对细胞进行击穿；所述电机杯与微秒脉冲发生设备的导线上设有电流探头和高压探头，所述电流探头和高压探头均连接有示波器，通过示波器对细胞击穿电流和击穿电压进行特征提取，提取出击穿电流和击穿电压的时域、频域信息；所述电机杯还设有细胞检测装置，细胞检测装置包括显微镜相机和数据处理模块，将电机杯内细胞悬液进行切片处理后，通过显微相机摄取图像信息，将图像信息通过数据处理模块进行分析处理，分析穿孔之后细胞的病例情况，便于提升细胞穿孔计算的准确性。2.根据权利要求1所述一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：图像获取、数据域处理、病例细胞检测、比例细胞分割、细胞核分割、细胞分类分级、结果分析。3.根据权利要求1所述一种提高分子在细胞内浓度的微秒脉冲可逆电穿孔系统，其特征在于，该系统的处理方法包括：步骤一，将肿瘤细胞进行离心处理，然后直接加入实验组设置的相应浓度的含药培养基，放入电击杯中进行电穿孔处理；步骤二，步骤一处理后立即加入96孔板各个复孔中，再加入相同药物浓度的含药培养基补充体积至100μl/孔，培育24h，然后进行后续检测；上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈传亮，张建华，吕彦鹏，杨延钧，李颖越，金雯雯，陈科元，
申请(专利权)人：郑州帜航信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：