研究目的：癌症是一个涉及全身系统的一大类疾病的统称。据世界卫生组织(WHO)报道,癌症是全世界人类死亡的主要原因,仅在2008年约有7,600,000人死于癌症(占所有死亡人数的13%),而预计死于癌症的人数将会继续增加,在2030年将超过11,000,000。一种应用高能量脉冲电场的新型技术已经从军事应用转入生物医学研究,目前主要应用纳秒脉冲电场(nanosecond pulsed electric filed, nsPEF)作为抑制癌症的新方法。在这个研究中,我们通过体外细胞学实验和体内肿瘤学实验,从癌症特征的治疗靶标入手,包括诱导凋亡、抑制增生、降低侵袭和转移,来探索纳秒脉冲电场(nsPEF)的抗肿瘤作用及其可能的分子机制。研究方法：采用胰腺癌(PANC-1)细胞开展体外实验,并分别用不同强度(0,20,40和60kV/cm)的nsPEF来治疗胰腺癌细胞。处理后的细胞分别孵育0,0.5,1,2,24,48和72小时,采用排除台盼蓝染色阳性法来计数有活力的细胞,进而计算细胞活力度；采用CCK-8细胞增殖实验来计算细胞增殖的抑制率。通过凋亡相关的DNA梯度法、细胞TUNEL染色法、细胞透射电镜和凋亡的细胞流式检测法来鉴定细胞凋亡。通过细胞PI染色法来分析细胞周期的改变。通过细胞的Trans-well方法来检测细胞的迁移和侵袭能力。通过Western-blot方法来确定凋亡相关蛋白、NF-κB信号通路蛋白、以及MMP-9的蛋白表达情况。此外,肝癌细胞(HepG2)通过皮下注射进入裸鼠体内,建立荷瘤小鼠模型,开展体内实验研究。每周观察裸鼠的机体情况和肿瘤的生长情况。当肿瘤体积约1cm3时,采用nsPEF对肿瘤进行治疗。实施荷瘤小鼠的MRI活体成像来观察在体的肿瘤大小。肿瘤细胞植入后约6.5周,所有小鼠实施安乐死,并比较肿瘤体积。然后,采用肿瘤的H&E染色、TUNEL染色和透射电镜来观察肿瘤的改变,进而探讨肿瘤缩小的可能机制。研究结果：NsPEF在体外可以显著降低癌细胞的数量和活力度。它诱导细胞凋亡,表现为DNA大片段的形成、TUNEL阳性率的增高、线粒体变性和凋亡小体的形成。随着nsPEF强度的增加,细胞主要表现为从早期凋亡至晚期凋亡,甚至细胞坏死,同时伴随Caspase-3蛋白的高表达和抗凋亡蛋白如Mcl-1、Bcl-2等的低表达。NsPEF可以抑制癌细胞的增生,阻滞细胞周期于G2期,这可能与nsPEF引起的NF-κB信号通路的抑制有关。同时nsPEF也可以通过抑制NF-κB信号通路和降低MMP-9的蛋白表达,进而降低癌细胞的迁移和侵袭能力。此外,我们的体内实验通过观察肿瘤生长曲线、肿瘤的MRI活体成像、肿瘤体积和大体解剖的比较,证明了nsPEF可以明显抑制肿瘤的生长。通过肿瘤组织的H&E染色发现nsPEF处理后出现肿瘤细胞的皱缩、血管破坏和白细胞浸润；通过肿瘤组织的TUNEL染色和透射电镜观察发现肿瘤细胞的凋亡。研究结论：NsPEF在体外具有降低癌细胞数量和活力度的生物学作用,这不仅表现为引起细胞凋亡,而且抑制细胞增生。NsPEF在体外通过依赖线粒体的内源性凋亡通路诱导癌细胞的凋亡。NsPEF在体外通过抑制NF-κB信号通路而负性调节细胞周期,进而抑制癌细胞的增生。NsPEF也可以在体外通过抑制NF-κB信号通路来降低MMP-9的蛋白表达,进而降低癌细胞的迁移和侵袭能力。此外,nsPEF在体内可能是通过诱导凋亡、破坏肿瘤微环境,进而发挥有效的抗肿瘤作用。总之,nsPEF在体外和体内通过诱导凋亡、抑制增生、降低侵袭和转移来明显抑制肿瘤的生长,这将为癌症的治疗提供一个新型的有效的治疗策略。