太赫兹辐射对神经干细胞生物学效应的影响研究

作者及机构
本研究由陆军军医大学西南医院检验科Yunxia Wang、Yu Xiong团队联合陆军军医大学第二附属医院临床检验科Liqun Zhang团队共同完成，合作单位还包括陆军军医大学预防医学院电磁辐射防护教育部重点实验室。研究成果于2023年10月20日发表于开放获取期刊《iScience》（DOI: 10.1016/j.isci.2023.107418）。

学术背景
太赫兹波（Terahertz wave, THz）是频率范围0.1–10 THz（波长30–3000 μm）的电磁波，近年来在生物医学、安检、通信等领域应用广泛。然而，THz辐射的生物安全性尚不明确，尤其对神经干细胞（Neural Stem Cells, NSCs）的影响缺乏系统研究。神经干细胞因其对微环境变化的高度敏感性，成为评估THz生物效应的理想模型。本研究旨在探究THz辐射对人类神经干细胞（human NSCs, hNSCs）和小鼠神经干细胞（mouse NSCs, mNSCs）的增殖、凋亡及DNA损伤的影响，为THz技术的安全应用提供科学依据。

研究流程与方法
1. 细胞模型构建
- mNSCs：从新生C57BL/6小鼠脑组织中分离，经Accutase消化后，使用含rhbFGF、EGF的神经干细胞培养基悬浮培养。
- hNSCs：通过诱导多能干细胞（iPSCs）分化获得，培养于Neurocult NS-A基础培养基中。

1. THz辐射实验设计

   • 设备：采用0.22 THz行波管发生器（输出功率1.18 W），通过热电偶实时监测培养液温度（恒温25°C）。
     
   • 分组：分为对照组、25 mW/cm²（5 min/10 min）、50 mW/cm²（5 min/10 min）共5组，辐射后24–48小时检测指标。
     

2. 检测方法

   • 增殖分析：使用EdU标记法（BeyoClick™ EDU-488试剂盒），通过流式细胞术（BD Accuri C6 Plus）定量增殖率。
     
   • DNA损伤检测：免疫荧光法标记γH2AX（DNA损伤标志物），ImageJ软件分析荧光强度。
     
   • 凋亡检测：Annexin V-FITC/PI双染法结合流式细胞术。
     

3. 数据分析

   • 采用GraphPad Prism 9.0进行统计学分析，数据以均值±标准差表示，组间比较采用双尾t检验（*p < 0.05，**p < 0.01）。
     

主要结果
1. 增殖抑制
- THz辐射时间和功率与NSCs增殖呈负相关。例如，25 mW/cm²辐射10分钟使mNSCs增殖率降低40%（p < 0.01），hNSCs降低更显著（达60%）。
- 功率提升至50 mW/cm²时，hNSCs对辐射敏感性显著高于mNSCs（p < 0.01）。

1. DNA损伤

   • γH2AX荧光强度随辐射时间延长而增加（25 mW/cm²辐射10分钟组较对照组升高3倍）。
     
   • hNSCs的DNA损伤程度与辐射强度呈剂量依赖性，而mNSCs未表现此趋势。
     

2. 凋亡诱导

   • hNSCs凋亡率在50 mW/cm²辐射10分钟后达35%，显著高于mNSCs（20%）。
     
   • 凋亡与DNA损伤程度正相关（r = 0.82，p < 0.001）。
     

结论与意义
1. 科学价值
- 首次系统比较THz辐射对人和小鼠NSCs的差异效应，揭示hNSCs更高的易损性，为THz生物安全评估提供物种特异性数据。
- 证实THz辐射通过干扰DNA修复和促凋亡通路影响NSCs功能，补充了非电离辐射的细胞机制研究。

1. 应用价值
   
   • 为制定THz设备的安全使用标准（如医疗成像、安检）提供实验依据，建议限制暴露时间和功率。
     
   • 提示在干细胞治疗或神经发育研究中需避免THz辐射干扰。
     

研究亮点
- 创新方法：结合流式细胞术与高分辨率免疫荧光，实现多参数定量分析。
- 重要发现：hNSCs对THz辐射的敏感性显著高于mNSCs，提示人类细胞可能需更严格防护。
- 局限性：未深入探讨THz致DNA损伤的分子机制，未来需结合转录组或蛋白组学进一步研究。

其他价值
研究团队开发的0.22 THz辐射装置（含温控系统）可复用于其他细胞类型的生物效应研究，为THz生物学实验提供了标准化工具。