基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法，获取正常细胞与癌细胞的力学性能参数，得到正常细胞与癌细胞的固有频率，应用低强度脉冲式超声波，向癌细胞进行癌细胞固有频率的超声波发射，癌细胞发生共振，在较大振幅的剧烈振动作用下，其内部结构遭到破坏而抑制其正常生长，实现低副作用的对癌细胞的选择性干预或抑制。本发明专利技术利用正常细胞与癌变后细胞的固有频率存在的差异，采用特定频率的低强度脉冲式超声波破坏癌细胞结构，实现对癌细胞的选择性干预或抑制。对癌细胞的选择性干预或抑制。对癌细胞的选择性干预或抑制。

【技术实现步骤摘要】
基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法


[0001]本专利技术涉及癌细胞选择性干预或抑制
，具体是一种基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法。

技术介绍

[0002]随着微观观测技术与方法的进步，研究表明细胞癌变后，其细胞核的质量密度、半径、刚度，细胞质的质量密度、半径、刚度，细胞外基质的质量、半径、刚度等力学性质均发生一定的变化，并导致细胞核的固有频率发生明显改变。癌细胞不同组分结构及力学性质的畸变是癌变组织形态标志。例如，正常组织的核仁体积明显小于癌组织的核仁体积。正常核的平均直径为7
‑
9μm，而癌细胞核的直径可达50μm以上。采用原子力显微镜（AFM）对肺癌、乳腺癌和胰腺癌患者的胸膜液中提取的活转移癌细胞的硬度进行测量，得到转移性癌细胞的细胞硬度比排列体腔的良性细胞要软70%以上。使用磁镊系统测量人类卵巢癌细胞系的硬度，得到有侵袭/迁移潜力的细胞比正常细胞柔软5倍。癌细胞与健康细胞力学性能改变会使其产生细胞核振动频谱差异。
[0003]超声波是一种高频率的机械波。高强度超声波聚中于体内的肿瘤部位，形成高能量密度的焦域，通过高热效应、空化效应等物理作用，达到破坏肿瘤的目的。然而，该方法无差异的杀死正常细胞和癌细胞，同时具有较大副作用。从振动力学角度，生物组织是由细胞构成的周期多孔材料，细胞核是真核细胞中最硬和最致密的细胞器，可作为局域共振的振子。利用正常细胞与癌变后细胞的固有频率存在的差异，采用特定频率的低强度脉冲式超声波，使癌细胞中的细胞核发生力学共振，以破坏其细胞结构，可实现对癌细胞进行的选择性干预与抑制。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法，利用正常细胞与癌变后细胞的固有频率存在的差异，采用特定频率的低强度脉冲式超声波破坏癌细胞结构，实现对癌细胞的选择性干预或抑制。
[0005]本专利技术提出了一种基于细胞核共振的癌细胞选择性干预或抑制方法，包括以下步骤：S1、预先通过细胞力学测试或数据调研，获取正常细胞与癌细胞的力学性能参数，包括细胞的直径、质量密度、杨氏模量、剪切模量等。
[0006]S2、通过振动测试实验直接测得正常细胞与癌细胞的细胞核固有频率，或采用公式计算出正常细胞与癌细胞的固有频率，或采用有限元建模仿真计算出正常细胞与癌细胞的固有频率。
[0007]S3、在步骤2中癌细胞与其正常细胞的固有频率存在较大差异的基础之上，应用低强度脉冲式超声波，向离体癌细胞进行特定频率（即癌细胞固有频率）的超声波发射。
[0008]S4、在特定频率的低强度脉冲式超声波作用下，在离体癌细胞由于其特殊的力学性质（特定的固有频率）而发生共振，在较大振幅的剧烈振动作用下，其内部结构遭到破坏而抑制其正常生长。正常细胞的固有频率与癌细胞共振频率的差别较大，因此几乎不受超声波影响。由此，该方法得以实现低副作用的对癌细胞的选择性干预或抑制。
[0009]本专利技术有益效果在于：1、利用癌细胞与健康细胞频谱带隙，选择性使癌细胞核局域共振以杀死或抑制癌细胞，而健康细胞几乎不受影响。在对癌癌细胞有效干预的基础上，大大减少对正常细胞的损伤。
[0010]2、采用低强度的脉冲式超声波，其较低的强度能够减少超声作用过程中温度的升高，一方面避免了传统超声波干预或抑制癌细胞时高温导致正常细胞死亡，另一方面可实现与传统方法原理完全不同的、基于细胞核共振的对癌细胞选择性干预或抑制。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0012]图1为本专利技术流程图。
实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术提出了一种基于细胞核共振的癌细胞选择性干预或抑制方法，如图1所示，具体包括以下步骤：S1、预先通过细胞力学测试或数据调研，获取正常细胞与癌细胞的力学性能参数，包括细胞的直径、质量密度、杨氏模量、剪切模量等。
[0015]S2、通过振动测试实验直接测得正常细胞与癌细胞的细胞核固有频率，或采用公式计算出正常细胞与癌细胞的固有频率，或采用有限元建模仿真计算出正常细胞与癌细胞的固有频率。
[0016]S3、在步骤2中癌细胞与其正常细胞的固有频率存在较大差异的基础之上，应用低强度脉冲式超声波，向离体癌细胞进行特定频率（即癌细胞固有频率）的超声波发射。
[0017]S4、在特定频率的低强度脉冲式超声波作用下，在离体癌细胞由于其特殊的力学性质（特定的固有频率）而发生共振，在较大振幅的剧烈振动作用下，其内部结构遭到破坏而抑制其正常生长。正常细胞的固有频率与癌细胞共振频率的差别较大，因此几乎不受超声波影响。由此，该方法得以实现低副作用的对癌细胞的选择性干预或抑制。
[0018]实施例1.针对肝癌细胞的超声波干预方法
S1、通过原子力显微镜（AFM）观测、有限元建模仿真，获取正常肝细胞与癌变肝细胞的力学性能参数，包括细胞直径、质量密度、杨氏模量、剪切模量。
[0019]S2、通过有限元建模仿真和带入频率公式计算，得到正常肝细胞的固有频率为43kHz，而癌变的肝细胞固有频率为80kHz，显然两者之间有着显著差异。
[0020]S3、向肝脏肿瘤组织或癌细胞发射与癌细胞固有频率相同频率（即80kHz）的低强度脉冲式超声波。
[0021]S4、在此特定频率的低强度脉冲式超声波作用下，癌细胞发生共振，在较大振幅的剧烈振动下，其内部结构遭到破坏而抑制其正常生长。与此同时，由于正常肝细胞的固有频率与此共振频率的差别较大，因此几乎不受影响。由此，该方法得以实现低副作用的对癌细胞的选择性干预或抑制。
[0022]实施例2. 针对乳腺癌细胞的超声波干预方法S1、通过原子力显微镜（AFM）、数字全息显微镜（DHM）观测测得：正常乳腺细胞的直径d为12.5微米、质量m为2.4
×
10
‑
11g，杨氏模量E为594.66Pa。
[0023]癌变的乳腺细胞的直径d为11.3 μm （MCF
‑
7 cells） 、15.6 μm （MCF
‑
7 cells） 、20.3 μm （MDA
‑
MB
‑
231） ，取其平均值估值直径d为15.733μm，、质量m为2.4
×
10
‑
11g，杨氏模量E为157.70
±
78.55 Pa （MDA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法，其特征在于：获取正常细胞与癌细胞的力学性能参数，得到正常细胞与癌细胞的固有频率，应用低强度脉冲式超声波，向癌细胞进行癌细胞固有频率的超声波发射，癌细胞发生共振，在较大振幅的剧烈振动作用下，其内部结构遭到破坏而抑制其正常生长，实现低副作用的对癌细胞的选择性干预或抑制。2.根据权利要求1所述的基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法，其特征在于：所述正常细胞与癌细胞的力学性能参数包括细胞直径、质量密度、杨氏模量、剪切模量。3.根据权利要求1所述的基于细胞核共振的选择性干预癌细胞的方法，其特征在于：所述正常细胞与癌细胞的固有频率通过振动测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，刘少宝，钱紫仪，颜宗雪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：