遠(yuǎn)紅外錦綸織物對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的影響

慕怡菲， 金子敏， 閻玉秀， 吳德昊， 周文龍,4， 陶建偉

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院)， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院， 浙江 杭州 310018； 3. 浙江大學(xué)腫瘤研究所， 浙江 杭州 310009； 4. 溫州理工學(xué)院， 浙江 溫州 325035；5. 浙江棒杰數(shù)碼針織品有限公司， 浙江 義烏 322000)

遠(yuǎn)紅外光熱療法是一種重要的物理療法，屬于非介入治療手段[1-3]。遠(yuǎn)紅外光具有較強(qiáng)的輻射力，能穿透皮下組織4 cm深處，與生物大分子產(chǎn)生共振[4]，且具有可被人體吸收的特性，可使人體水分子共振活化，從而提高某些生物大分子的活性，進(jìn)而影響生物細(xì)胞的生長[5]。目前，國內(nèi)外有大量臨床及實驗研究證明，遠(yuǎn)紅外光對乳腺腫瘤有抑制作用，且長期使用慢性遠(yuǎn)紅外光輻射無不良影響[6-8]，可作為乳腺腫瘤的非介入治療或輔助治療，常與化療、放療等進(jìn)行協(xié)同治療，以緩解放化療引起的組織水腫[6-7]。

負(fù)離子遠(yuǎn)紅外織物能夠緩解大鼠的乳腺增生[8]，乳腺增生可能導(dǎo)致結(jié)節(jié)或乳腺纖維瘤，與乳腺腫瘤也可同時存在，因此，當(dāng)遠(yuǎn)紅外織物用于對乳腺增生的緩解時，其對潛在乳腺腫瘤影響的研究非常重要。針對遠(yuǎn)紅外光聯(lián)合治療腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，全身進(jìn)行遠(yuǎn)紅外光輻射聯(lián)合熱療可顯著抑制小鼠乳腺腫瘤的生長[9]。針對MCF7乳腺腫瘤細(xì)胞，通過介孔納米顆粒PtPd-乙二醇(PEG)-葉酸(FA)-阿霉素(DOX)體內(nèi)外協(xié)同光熱化療實驗發(fā)現(xiàn)，其具有良好的聯(lián)合治療效果[10]。對于遠(yuǎn)紅外光抑制腫瘤細(xì)胞的研究目前均以遠(yuǎn)紅外燈作為輻射源，而遠(yuǎn)紅外燈輻射源以點狀發(fā)射，很難長時間且均勻地對大面積肌體進(jìn)行輻射，在細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)輻射培養(yǎng)實驗也難以實現(xiàn)。

遠(yuǎn)紅外織物具有自發(fā)遠(yuǎn)紅外光輻射的功能，且可以大面積均勻地持續(xù)發(fā)射遠(yuǎn)紅外光以大面積覆蓋實驗對象，還便于長時間連續(xù)使用。本文采用遠(yuǎn)紅外纖維織物作為輻射源，研究不同遠(yuǎn)紅外織物長時間的遠(yuǎn)紅外輻射對腫瘤細(xì)胞增殖的影響差異，從而探究遠(yuǎn)紅外功能織物用于乳腺腫瘤患者的輔助治療的可能性，為遠(yuǎn)紅外功能織物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 遠(yuǎn)紅外纖維材料及其形貌觀察

遠(yuǎn)紅外纖維通常是在紡絲過程中加入具有高發(fā)射率的遠(yuǎn)紅外納米顆粒共混、共融制備[11]。本文選取的遠(yuǎn)紅外紗線是通過遠(yuǎn)紅外納米顆粒與錦綸共融混紡所得[12]，共6種，分別為：茶葉碳錦綸(TCF)、竹炭錦綸(BCF)、咖啡碳錦綸(CCF)以及火山巖錦綸(VF)，華楙生技股份有限公司(臺灣)；石墨烯錦綸(GF)，杭州高烯科技有限公司；生物質(zhì)石墨烯錦綸(BGF)，濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司。普通錦綸(NC)，義烏華鼎錦綸有限公司。上述7種紗線的規(guī)格均為77.8 dtex(48 f)。

采用卡爾蔡司顯微鏡(德國)有限公司的Axio Observer 3電子顯微鏡，通過Axiocam HRc成像系統(tǒng)拍攝各纖維縱向的表面形態(tài)。

1.2 遠(yuǎn)紅外織物的織造及規(guī)格

采用平針組織結(jié)構(gòu)，將7種錦綸通過意大利Santoni針織機(jī)器有限公司的M8-TOP2S無縫針織機(jī)織造成7塊同規(guī)格織物[13]，其規(guī)格如表1所示。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Specification of fabrics

1.3 遠(yuǎn)紅外織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率測試

遠(yuǎn)紅外織物的性能通常用遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率來表征，即在同樣的溫度下遠(yuǎn)紅外織物與黑體輻射能力的比值，織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射性能越好其比值越高[14]。選用臺灣和德科儀企業(yè)有限公司的EMS-302 M型遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率測試儀檢測所制備的7種遠(yuǎn)紅外織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率。依據(jù)CAS 115—2005《保健功能紡織品》，將織物裁剪成直徑為65 mm的圓形試樣，靜置于溫度為20 ℃、相對濕度65%的恒溫恒濕箱中24 h后進(jìn)行測試，每塊試樣檢測3次并取平均值[15]。

1.4 生物實驗設(shè)計

通過細(xì)胞增殖檢測實驗研究遠(yuǎn)紅外織物對乳腺腫瘤細(xì)胞的影響。為了使織物能夠平整且均勻包覆在細(xì)胞培養(yǎng)皿外，將7塊織物分別按照如圖1所示細(xì)胞培養(yǎng)板的尺寸進(jìn)行裁剪，使其均勻完整地包覆在細(xì)胞培養(yǎng)板四周。

圖1 織物輻射培養(yǎng)盒Fig.1 Fabric radiation incubator

將均勻包覆織物的培養(yǎng)板置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中使其對細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)性遠(yuǎn)紅外光輻射培養(yǎng)。實驗前均使用265 nm波長紫外燈嚴(yán)格滅菌。本文研究中均使用中國細(xì)胞資源庫可查的經(jīng)過鑒定的商品化細(xì)胞株：MCF7(來源于1位69歲白人乳腺癌患者的胸腔積液)、Bcap37(來源于1位48歲的女性乳腺癌患者)、MDA-MB-231(來源于1位51歲女性乳腺腺癌的轉(zhuǎn)移性胸膜滲出液)共3種乳腺腫瘤細(xì)胞。根據(jù)美國模式培養(yǎng)物集存庫的標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)乳腺腫瘤細(xì)胞。MCF7細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境為5%二氧化碳、95%空氣、37 ℃，培養(yǎng)基選用RPMI-1640(Roswell Park Memorial Institute-1640)+10%的FBS(Fetal Bovine Serum)+1%雙抗(青霉素/鏈霉素溶液)。Bcap37細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境與MCF7細(xì)胞相同，培養(yǎng)基選用DMEM(Dulbecco′s Modified Eagle Medium)+10%FBS+1%雙抗。MDA-MB-231細(xì)胞的培養(yǎng)環(huán)境為無二氧化碳，在細(xì)胞浮箱內(nèi)需隔絕空氣培養(yǎng)，溫度為37 ℃，培養(yǎng)基選用L-15(Leibovitz′s L-15)+10%FBS+1%雙抗。生物實驗用耗材統(tǒng)一采購于杭州昊天生物有限公司。

針對3株乳腺腫瘤細(xì)胞進(jìn)行實驗，采用卡爾蔡司顯微鏡(德國)有限公司的Axio Observer 3電子顯微鏡觀察腫瘤細(xì)胞的形態(tài)特征與變化，并對比不同遠(yuǎn)紅外織物輻射培養(yǎng)下腫瘤細(xì)胞增殖的差異。

1.5 乳腺腫瘤細(xì)胞增殖實驗

通過細(xì)胞增殖及毒性檢測試劑盒CCK-8進(jìn)行增殖檢測，從而準(zhǔn)確地分析細(xì)胞增殖的能力。每株細(xì)胞的增殖檢測均分為8組：其中6組分別在相對應(yīng)的6種遠(yuǎn)紅外織物輻射下培養(yǎng)12 d，在第7～12天培養(yǎng)時進(jìn)行增殖檢測，以研究不同織物遠(yuǎn)紅外光輻射對細(xì)胞增殖能力影響的差異；另外2組為普通錦綸對照組和NC+TCF組，用于探究不同遠(yuǎn)紅外光輻射時長對細(xì)胞增殖的影響差異，NC+TCF組使用普通錦綸培養(yǎng)6 d，再使用茶葉碳織物培養(yǎng)6 d。

在每組細(xì)胞培養(yǎng)的第6天對細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)，細(xì)胞種板密度為每孔1 500個，均勻種入96孔培養(yǎng)板，每組設(shè)置3個復(fù)孔。檢測方法為對應(yīng)細(xì)胞所用的培養(yǎng)基100 μL/孔+10%CCK-8，孵育1 h后采用美國MolecularDevices 分子儀器有限公司SpectraMax酶標(biāo)儀檢測450 nm處的吸光度為細(xì)胞增殖OD(光密度)值，待細(xì)胞貼壁后進(jìn)行第1次增殖OD值檢測，后續(xù)每隔24 h進(jìn)行1次增殖OD值檢測，共檢測7次。

1.6 統(tǒng)計分析

增殖OD值結(jié)果采用2個獨(dú)立樣本T檢驗顯著性雙側(cè)等方差假設(shè)分析方法，檢驗不同遠(yuǎn)紅外織物對細(xì)胞增殖影響差異的統(tǒng)計學(xué)意義，當(dāng)顯著性雙尾檢測水平P<0.05時，統(tǒng)計學(xué)上認(rèn)為差異顯著。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 遠(yuǎn)紅外纖維的縱向表面形態(tài)分析

普通錦綸及6種遠(yuǎn)紅外錦綸的纖維縱向表面形態(tài)如圖2所示。可看出，因紡絲時添加的遠(yuǎn)紅外納米顆粒吸附于遠(yuǎn)紅外纖維表面，其表面不平整且具有多孔結(jié)構(gòu)[16]。

圖2 普通錦綸及6種遠(yuǎn)紅外錦綸的表面形態(tài)(×400)Fig.2 Surface morphology of ordinary polyamide and 6 kinds of far infrared polyamide (×400)

2.2 織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率分析

不同織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率測試結(jié)果如表2所示。運(yùn)用獨(dú)立樣本T檢驗驗證不同遠(yuǎn)紅外織物之間遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率的差異性是否顯著[17]。結(jié)果表明，普通錦綸與遠(yuǎn)紅外錦綸之間的差異均為極顯著(P<0.001)，茶葉碳纖維分別與咖啡碳(P=0.049<0.05)、石墨烯(P=0.006<0.05)、生物質(zhì)石墨烯(P=0.022<0.05)組的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，其余織物組間遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率差異在統(tǒng)計學(xué)上不顯著，說明不同遠(yuǎn)紅外織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率有差異，且部分織物之間差異顯著。由表2可知，茶葉碳錦綸的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率最高，火山巖錦綸、咖啡碳錦綸、竹炭錦綸、石墨烯錦綸和生物質(zhì)石墨烯錦綸組的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率依次降低。

表2 普通錦綸及6種遠(yuǎn)紅外錦綸織物遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率Tab.2 Far infrared emissivity of ordinary polyamide and 6 kinds of far infrared polyamide fabrics

2.3 乳腺腫瘤細(xì)胞形態(tài)分析

在實驗過程中觀察到，普通錦綸組與遠(yuǎn)紅外織物組的乳腺腫瘤細(xì)胞形態(tài)均無差異，為探究遠(yuǎn)紅外織物對乳腺腫瘤細(xì)胞表面形態(tài)的影響，本文僅以普通錦綸與2.2節(jié)中遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率最高的茶葉碳錦綸織物為例，其輻射腫瘤細(xì)胞形態(tài)如圖3所示。可看出，在普通錦綸與茶葉碳錦綸輻射下，3種乳腺腫瘤細(xì)胞的表面形態(tài)無差異，可說明遠(yuǎn)紅外織物輻射對乳腺腫瘤細(xì)胞的表面形態(tài)不產(chǎn)生影響。

圖3 3種乳腺腫瘤細(xì)胞在普通錦綸與茶葉碳錦綸表面的形貌(×40)Fig.3 3 kinds of breast cancer cells appearance in ordinary polyamide and TCF surface(×40). (a)MCF7 cells(NC fabric);(b)MCF7 cells(TCF fabric);(c)Bcap37 cells(NC fabric); (d)Bcap37 cells(TCF fabric);(e)MDA-MB-231 cells (NC fabric);(f)MDA-MB-231 cells(TCF fabric)

2.4 遠(yuǎn)紅外織物對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖影響

圖4示出普通錦綸及6種遠(yuǎn)紅外錦綸中的細(xì)胞增殖曲線。通過圖4(a)可看出，在MCF7增殖曲線中，相較于NC對照組，遠(yuǎn)紅外織物實驗組中乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖能力明顯受到抑制，且各實驗組之間的差異較小。TCF與NC織物的差異最為顯著(P=0.008<0.05)，BCF與NC織物(P=0.010<0.05)、CCF與NC織物(P=0.012<0.05)、VF與NC織物(P=0.013<0.05)、BGF與NC織物(P=0.024<0.05)、GF與NC織物(P=0.024<0.05)也均有統(tǒng)計學(xué)意義。其中效果最好的TCF織物，與效果相對最差的GF織物經(jīng)T檢驗也有顯著差異(P=0.031<0.05)，其余組間對比T檢驗結(jié)果P>0.05，認(rèn)為差異不夠顯著。由圖4(b)可看出，在Bcap37細(xì)胞實驗中，與NC織物相比仍舊是TCF織物效果最好(P=0.012<0.05)，而BCF與NC織物(P=0.015<0.05)、VF與NC織物(P=0.018<0.05)、CCF與NC織物(P=0.019<0.05)、GF與NC織物(P=0.021<0.05)、BGF與NC織物(P=0.028<0.05)也有顯著差異且效果依次減弱。在圖4(c)MDA-MB-231乳腺腫瘤細(xì)胞實驗中，遠(yuǎn)紅外織物的增殖曲線均低于NC織物，且僅TCF與NC織物相比有顯著性差異(P=0.045<0.05)，其余各組均無顯著性差異。以上分析說明遠(yuǎn)紅外織物可不同程度地抑制乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖，且對不同乳腺腫瘤細(xì)胞的影響有所差異。

圖4 乳腺腫瘤細(xì)胞在不同錦綸織物中的增殖曲線Fig.4 Proliferation curve of breast cancer cells on different polyamide fabric

2.5 輻射時長對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的影響

為了研究遠(yuǎn)紅外織物輻射時長對乳腺腫瘤細(xì)胞是否也有影響，由2.4節(jié)分析可知NC與NC+TCF織物中MDA-MB-231乳腺腫瘤細(xì)胞增殖差異不顯著，因此，根據(jù)MCF7和Bcap37細(xì)胞在NC+TCF織物中茶葉碳錦綸織物遠(yuǎn)紅外光輻射0～6 d的細(xì)胞增殖OD值、TCF織物中遠(yuǎn)紅外光輻射7～12 d的表面細(xì)胞增殖OD值，與NC織物中細(xì)胞增殖OD值差值的平均值，作散點圖并進(jìn)行曲線擬合，如圖5所示。曲線方程式為

Y=0.006 6e0.266 8x

y=0.007 3e0.211 6x

式中：Y和y分別為MCF7和Bcap37細(xì)胞0～12 d的增殖OD值的差；x為遠(yuǎn)紅外光輻射時長，d。

圖5 輻射時長對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的影響Fig.5 Effect of far infrared radiation duration on proliferation of breast cancer cells

由圖5可看出，隨著遠(yuǎn)紅外光輻射時間的延長，茶葉碳錦綸織物對2株乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的抑制效果均有提升。

2.6 織物遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率對細(xì)胞增殖的影響

為了對比不同織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率及其對腫瘤細(xì)胞增殖的影響，并探究其影響差異之間的關(guān)系。由2.4節(jié)分析得到MDA-MB-231細(xì)胞在織物的影響下無顯著差異，因此，根據(jù)6種遠(yuǎn)紅外織物均有顯著影響差異的MCF7和Bcap37細(xì)胞最后2 d的增殖OD差值的平均值(即最后1 d細(xì)胞增殖的量)，與6種織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率對比，并作散點圖進(jìn)行擬合，如圖6所示。經(jīng)分析可得，遠(yuǎn)紅外織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率與乳腺腫瘤細(xì)胞增殖能力的Person相關(guān)系數(shù)r=0.876>0.8(P=0.022)，認(rèn)為二者相關(guān)，其擬合曲線符合線性函數(shù)為

y=-7.97x+7.95

式中：y為最后1 d 2種乳腺腫瘤細(xì)胞增殖OD值；x為織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率。

圖6 遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率與乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的關(guān)系Fig.6 Relationship between far infrared emissivity and proliferation of breast cancer cells

由圖6可知，該擬合曲線為一次函數(shù)減函數(shù)，說明乳腺腫瘤細(xì)胞增殖OD值隨遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率的增加而減小，即織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率與其對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的抑制效果成正比。

3 遠(yuǎn)紅外織物對腫瘤細(xì)胞影響分析

根據(jù)2.4節(jié)遠(yuǎn)紅外織物對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖檢測結(jié)果，對比普通錦綸織物與遠(yuǎn)紅外織物的增殖曲線趨勢差異可看出，不同乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖能力不同，遠(yuǎn)紅外織物對不同乳腺腫瘤細(xì)胞的影響也有所差異，且遠(yuǎn)紅外織物對MCF7乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的抑制略高于Bcap37乳腺腫瘤細(xì)胞，對MDA-MB-231乳腺腫瘤細(xì)胞的抑制則不顯著。遠(yuǎn)紅外光輻射在一定溫度條件下，可能促進(jìn)了乳腺腫瘤細(xì)胞中熱休克蛋白HSP70A的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而抑制乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖能力[18]。

通過2.5節(jié)探究遠(yuǎn)紅外織物輻射時長對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的影響可看出，隨著遠(yuǎn)紅外光輻射時間的延長，其對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的抑制效果也有所提升。長時間的遠(yuǎn)紅外光輻射可能促進(jìn)了細(xì)胞中一些蛋白酶的活性，從而影響遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄或表達(dá)，進(jìn)而提升織物抑制腫瘤細(xì)胞增殖的效果[18]。

此外，通過2.6節(jié)對比不同遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率織物對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖抑制的影響差異看出，織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率越高，其輻射對蛋白等生物大分子的影響就越顯著，對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖能力的抑制也越顯著。

4 結(jié) 論

本文研究了普通錦綸和6種遠(yuǎn)紅外錦綸織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率的差異和性能，并對MCF7、Bcap37和MDA-MB-231乳腺腫瘤細(xì)胞進(jìn)行輻射培養(yǎng)，對比了不同織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率及輻射時長對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖影響，得到如下主要結(jié)論。

1)織物實驗結(jié)果表明，不同遠(yuǎn)紅外錦綸織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率均有差異且部分織物之間差異顯著，其中茶葉碳錦綸織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率最高，火山巖錦綸、咖啡碳錦綸、竹炭錦綸遠(yuǎn)紅外織物的發(fā)射率依次降低，石墨烯和生物質(zhì)石墨烯錦綸織物的發(fā)射率最低，但均遠(yuǎn)高于普通錦綸織物。

2)相比普通錦綸織物生物實驗驗證了，遠(yuǎn)紅外錦綸織物可不同程度地抑制乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖，且對不同乳腺腫瘤細(xì)胞的影響有所差異。

3)不同遠(yuǎn)紅外錦綸織物對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的影響也有差異，織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率與其對乳腺腫瘤細(xì)胞增殖的抑制效果成正比。茶葉碳錦綸織物的遠(yuǎn)紅外光發(fā)射率在6組織物中最高，其對3株乳腺腫瘤細(xì)胞的增殖能力的抑制也高于其他5種遠(yuǎn)紅外織物，6種遠(yuǎn)紅外織物對腫瘤細(xì)胞增殖抑制的效果均遠(yuǎn)高于普通錦綸。本文研究可為乳腺腫瘤患者采用遠(yuǎn)紅外功能紡織品作為非介入的輔助治療方法提供理論參考。

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