一种用于向细胞和组织培养物施加感应电磁场的新型体外装置
生物物理
2020-12-25 v1
摘要
我们开发了一种新型体外仪器，可通过螺线管线圈中产生的感应电磁场（EMFs）向细胞和组织培养物施加中频（100–400 kHz）、中强度（高达并超过 6.5 V/cm 峰峰值）的电场（EFs）。这些电场的一个主要应用是作为一种新兴的癌症治疗方式。Novocure 公司的体外研究报道，中频（100–300 kHz）、低幅值（1–3 V/cm）的电场（其称之为“肿瘤治疗电场”（TTFields））对多形性胶质母细胞瘤（GBM）细胞具有抗有丝分裂作用。研究发现该效应随电场幅值增大而增强。尽管持续进行理论、临床前和临床研究，其作用机制仍不完全清楚。以往关于“TTFields”的体外研究使用贴附的电容耦合电极向细胞和组织培养物施加交变电场。这种接触式施加方法存在电场分布表征不佳以及导电发热的问题，限制了所施加电场的持续时间和幅值。相比之下，我们的装置以非接触方式施加具有明确径向分布的电场，消除了导电发热并实现了热调控的电场施加。为测试和演示我们的系统，我们产生了连续的 200 kHz EMF，其电场幅值分布跨度为 0–6.5 V/cm 峰峰值，并将其施加于人甲状腺细胞培养物 72 小时。我们观察到在低电场幅值（< 4 V/cm）下细胞密度中度降低（< 10%），而在较高幅值（4–6.5 V/cm）下细胞密度降低最多达 25%。我们的装置可扩展至其他电场频率和幅值区间。使用该装置的未来研究应通过更好地隔离电场效应，对关于“TTFields”疗效和作用机制的持续争论做出贡献。
引用
@article{arxiv.2011.09698,
title = {A novel in vitro device to deliver induced electromagnetic fields to cell and tissue cultures},
author = {Rea Ravin and Teddy X. Cai and Randall H. Pursley and Marcial Garmendia-Cedillos and Tom Pohida and Raisa Z. Freidlin and Herui Wang and Zhengping Zhuang and Amber J. Giles and Nathan H. Williamson and Mark R. Gilbert and Peter J. Basser},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.09698},
year = {2020}
}
备注
The first two authors contributed equally. 18 pages, 9 figures + Supplemental Material