基于介电谱方法解析两类细胞磁生物学效应差异的研究

人类对生物电磁现象的认识和磁场对生物体作用的研究由来已久。研究表明稳恒磁场的生物学效应具有强度、时间的窗口效应及组织各异性，且磁场具有抑制肿瘤，促进骨骼生长和骨折愈合的作用。细胞磁生物学效应机制的研究提示磁场对细胞生物学效应的差异或与细胞电特性相关。因此探索不同细胞电特性差异，及稳恒磁场作用下细胞电特性与生物学效应的相关性，对解析磁场的生物学效应具有重要意义。.本项目在已有研究基础上，选取成骨细胞和白血病细胞，研究亚磁、地磁、中强磁和强磁四种强度的稳恒磁场作用下细胞生物学效应与介电特性之间的关系。拟检测细胞的介电谱获得细胞介电特性；测定细胞内氧化还原水平、离子含量、骨架分布等，从胞内电子传递、胞内离子和偶极子聚体等方面对稳恒磁场作用下细胞增殖和介电特性之间的关联性进行探索；试图阐明不同强度稳恒磁场作用下细胞生物学效应与介电特性之间的关系，为磁场在健康维护和临床治疗的应用提供实验和理论支持。

本项目以白血病细胞K562和成骨细胞MC3T3-E1为研究对象，研究四种强度稳恒磁场：亚磁场（500nT）、地磁场（50μT）、中强度磁场（200mT）以及强磁场（16T）对两种细胞生物学效应和电磁特性的影响。结果表明，在不同的磁场强度下，两种细胞增殖、胞内铁元素含量、介电特性的响应不一样。中强度稳恒磁场作用48h，K562细胞增殖能力下降，胞内铁元素含量有升高趋势，同时作用24h时细胞周期被显著阻滞在G0/G1期；MC3T3-E1细胞内铁元素含量高于K562细胞，受强磁场作用48h有升高趋势，但四种强度稳恒磁场对MC3T3-E1细胞作用24h、48h和72h，细胞增殖均无显著影响。细胞介电特性检测结果显示随着培养时间的延长K562细胞介电常数在低频段增加，而电导率下降。中强度稳恒磁场和亚磁场处理后电导率下降，但低频段介电常数对亚磁场处理和中强度磁场处理的响应不一样。亚磁场处理后K562细胞悬浮液的第一特征频率和第二特征频率均减小，中强磁场作用后特征频率变化不明显。. 以上结果提示稳恒磁场作用下，细胞内铁磁性物质以及电活动均受到影响，从而影响细胞增殖、周期等整体细胞功能。