茶叶碳远红外织物对皮肤正常与癌变细胞的影响对比

慕怡菲 金子敏 阎玉秀 吴德昊 陶建伟

摘要： 纺织品可长期与皮肤接触，其对人体皮肤不同细胞生长的影响非常关键。文章为研究远红外织物对健康皮肤及癌变皮肤的影响差异及适用性，通过普通锦纶和茶叶碳远红外锦纶对人体皮肤永生化角质形成细胞HaCaT和癌变皮肤细胞黑色素瘤A-375进行辐射培养，从细胞水平观察远红外织物对人体正常及癌变皮肤的影响并对比差异。采用织物对细胞进行辐射培养，能够实现长时间不间断且均匀的远红外辐射，且无肌体循环影响导致的误差。结果表明，相比普通锦纶，远红外织物能够显著促进HaCaT细胞的增殖，且长时间辐射其效果更优，同时不促进A-375细胞的增殖且略有抑制的趋势，因此认为远红外织物可以用于健康或癌变皮肤的贴身穿着。

关键词： 远红外织物;茶叶碳纤维;角质形成细胞;黑色素瘤细胞;细胞增殖

中图分类号： TS101.4

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2021）12-0008-05

引用页码： 121102

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.002（篇序）

Abstract： Textiles have very important influence on the growth of different cells of human skin due to long-term contact with skin. In order to study the differences between the impact of far-infrared fabric on healthy skin and cancerous skin and its applicability， through radiation culture of human skin immortalized keratinocyte HaCaT and cancerous skin cell melanoma A-375 with ordinary nylon and tea carbon far-infrared nylon， the impact of far-infrared fabric on human normal and cancerous skin were observed and the differences were compared at the cellular level. The radiation culture of cells using fabric can achieve long-term uninterrupted and uniform far-infrared radiation， without error caused by the influence of body circulation. The results showed that far-infrared fabric can significantly promote the proliferation of HaCaT cells compared with ordinary nylon， and it can achieve better effect after long-term radiation. At the same time， it does not promote the proliferation of A-375 cells and exhibits a trend of slight inhibition. Therefore， it is considered that far-infrared fabric can be used for close fitting wear for healthy or cancerous skin.

Key words： far infrared fabric; tea carbon fiber; keratinocytes; melanoma cells; cell proliferation

随着经济与科技的发展，人们生活水平大幅提高，纺织服装逐步参与健康保健领域，纺织品作为一种必不可少的辅助医疗产品，在患者的治疗与康复中起着重要的作用。远红外功能纺织品的研究起始于20世纪80年代中期的日本，利用远红外陶瓷与纺织品相结合，得到具有远红外线放射性能的织物。目前一般是在纺丝过程中，将具有远红外发射率的纳米颗粒通过共混纺丝加入到纤维中，从而得到具有高效的远红外发射功能的远红外纤维，也可以通过整理剂对已织造的纺织品进行处理，使其具备高效的远红外发射功能[1]。远红外属于电磁波中最易被人体吸收的一個波段[2]，为研究生物效应中最常用的一个波段[3]，可以渗透表皮，产生分子共振效应，使生物体细胞处于最高振动能级，能够刺激细胞活性并且改善血液的微循环[4]。远红外功能纺织品作为一种可以贴身穿着的远红外辐射源，能够长时间大面积地对人体产生远红外辐射效应，其对人体表皮细胞生长的影响研究尤为重要。

在针对皮肤正常细胞的研究中发现，远红外对皮肤外伤具有舒缓并减轻痛感的作用[5-6]，临床观察中也发现远红外可以缩短伤口的愈合时间[7]。通过测量远红外辐射影响大鼠模型皮肤损伤的面积及皮肤血流灌注量和皮肤温度，发现远红外辐射不仅提升了伤口的愈合速度，还促进了胶原再生，激活了成纤维细胞中的表达转化生长因子TGF-β1[8]。通过促进成纤维细胞增殖，从而提高伤口的愈合率[9]。因此，远红外辐射不仅能通过皮肤升温或促进皮肤血流灌注量而达到促进伤口愈合的效果，从细胞水平看远红外辐射影响生物的机制，还可以通过刺激TGF-β1的分泌或表皮细胞的增殖等，进而促进创面愈合或组织再生[10-11]。皮肤癌变细胞中的黑色素瘤是人体皮肤细胞发生的恶性肿瘤，可由黑色素痣演变而来，发育不良痣、外力长期摩擦、紫外线过度暴露等均可导致黑色素瘤恶变[12-13]。因此远红外织物在贴身穿着时，其对皮肤肿瘤细胞的影响研究也极为重要。在远红外辐射多种癌细胞的研究中发现，其能够抑制某些癌细胞的增殖，效果受热休克蛋白HSP70A的基础表达水平影响，远红外辐射对HSP70A水平较低的癌细胞非常有效[14]。

综上大量研究证明，远红外可以通过多种途径促进皮肤角质形成细胞生长，促进伤口的愈合，同时还能抑制某些肿瘤细胞的生长。但远红外理疗灯不能长期均匀地对人体皮肤进行远红外辐射，且以上研究中无正常细胞与肿瘤细胞的影响对比。因此，本文基于茶叶碳远红外纤维对正常的人体角质形成细胞和恶性黑色素瘤细胞进行辐射培养，可穿戴的远红外织物相较远红外光疗灯，可以作为服装或敷料的膏药布，更适用于长期影响人体皮肤正常细胞及癌细胞的研究。本文通过远红外功能纺织品对人体皮肤正常细胞及癌细胞的影响，探究其是否适用于皮肤外伤患者及恶性黑色素瘤患者使用。

1 茶叶碳纤维的制备与检测

1.1 茶叶碳纤维的外观形态

茶叶是天然植物，其纤维环保且资源丰富。茶叶碳纤维的加工一般通过接枝技术、湿法纺丝、茶叶制浆处理后纺丝或者后整理等得到具有远红外辐射功能的纤维[15-16]。根据纤维形态观测标准GB/T 36422—2018《化学纤维微观形貌及直径的测定扫描电镜法》，采用JSM-5610LV电子显微镜（日本电子株式会社JEOL）进行扫描观察，将待测的茶叶碳纤维和对照的锦纶纤维置于20 ℃恒温、65%相对湿度的标准大气压环境放置24 h[17]。24 h后，将茶叶碳纤维与锦纶纤维整理并抽取一根纱线，将其调整固定成整齐的单根纱线，采用导电胶将纤维粘在载物台上并调节显微镜以观察纤维的纵向形态，对比茶叶碳纤维与普通锦纶的外观差异，如图1所示。与普通锦纶纤维相比，茶叶碳锦纶纤维的表面凹凸不平，因其吸附了大量的远红外纳米颗粒。

1.2 茶叶碳纤维远红外织物规格测试

采用SM8-TOP2S型无缝针织机（意大利Santoni针织机器有限公司），将茶叶碳纤维和普通锦纶纤维纺织成平针组织的远红外织物试样[18]，使其具有紧密、厚实、良好的形变及物理性能。根据SM8-TOP2S无缝针织机的工作原理，织入一根面纱和一根里纱，远红外织物的面纱和里纱均采用100%的778 dtex（70D）/48F茶叶碳锦纶纤维（浙江棒杰数码针织品有限公司）。采用YG141D数字式织物厚度仪（温州方圆仪器有限公司）测量茶叶碳纤维织物和普通锦纶纤维织物的厚度均为0.8 mm。将茶叶碳纤维织物和普通锦纶纤维织物制作为0.1 m×0.1 m的方形试样，采用电子秤称量其平方米質量分别为2.98 g/m2和2.20 g/m2。远红外发射率是评价织物远红外辐射性能的重要标准，其发射率越高，织物的远红外辐射性能就越好，根据远红外制品规定，其发射率达0.90可定义为高效的远红外制品。根据Cas115-2005（Cas Standards of China Association 115-2005 for Standardization）标准采用EMS-302M型远红外发射率测试仪（台湾和德科仪企业有限公司）对两块织物试样的远红外发射率进行检测[19]。将茶叶碳纤维织物和普通锦纶纤维织物制作为0.6 m×0.6 m的圆形试样并在20 ℃、65%恒温恒湿的标准大气压环境下预置调节24 h后进行检测，每个试样重复检测3次，其检测结果取平均值，得到茶叶碳锦纶织物的远红外发射率为0.97，而普通锦纶织物的远红外发射率为0.80。

2 实 验

2.1 茶叶碳纤维辐射实验设计

将茶叶碳远红外织物和普通锦纶织物均匀平整地贴合在细胞培养皿外，使其四周全面覆盖包裹住细胞培养板，如图2所示。24 h持续使用织物对细胞进行辐射培养，从而观察茶叶碳远红外织物及普通锦纶对皮肤正常及癌变细胞增殖的影响并对比其差异。

2.2 生物实验细胞选取

为了观察茶叶碳纤维远红外对皮肤正常及癌变细胞的影响，从商品化细胞库中选取两株皮肤细胞进行测试，分别为人正常表皮永生化细胞HaCaT，来源于一位62岁男性，常用于肿瘤细胞的对照实验组。皮肤肿瘤细胞选取A-375人恶性黑色素瘤细胞，来源于一位54岁女性。两株细胞的培养条件均为5%CO2，95%空气，温度37 ℃，培养基均选用Gibco的DMEM（dulbecco’s modified eagle medium）+10% Gibco的FBS（fetal bovine serum）+1%的青霉素/链霉素溶液（penicillin/streptomycin stock solution）（新赛美生物科技有限公司），其细胞形态如图3所示。

2.3 细胞增殖实验方法

采用细胞增殖及毒性检测试剂盒，对BOSTER生物工程有限公司的CCK-8（cell counting kit-8）进行细胞增殖能力检测实验。两种细胞各分三组进行实验，第一组为空白对照组NC（normal control），采用普通锦纶织物包覆细胞培养12 d;第二组为远红外组FIR（far infrared radiation），采用茶叶碳纤维包覆细胞培养12 d;第三组为短时间辐射FIR-ST（far infrared radiation-short time），将NC组辐培养6 d的细胞取一部分进行茶叶碳织物辐射再培养6 d，共培养12 d。每组细胞在培养6 d开始进行增殖检测的细胞种板，检测时间为6 d，期间继续使用织物进行辐射培养。按照增殖检测试剂盒的标准，以每孔1 500的密度将细胞种入96孔培养板，每组三个复孔，检测时每孔加入含有10%CCK-8试剂的培养基100 μL，放入细胞培养箱1 h，通过的SpectraMax酶标仪（美国MolecularDevices分子仪器有限公司）在450 nm处检测其吸光度，得到细胞增殖的OD（optical density）值，数值越高说明细胞量越大，增殖能力越强。

3 结果与分析

3.1 茶叶碳远红外织物辐射对皮肤细胞增殖的影响

根据CCK-8检测结果，将两种皮肤细胞增殖OD值采用Origin制作增殖曲线。皮肤角质形成细胞HaCaT增殖曲线如图4所示，可以看出茶叶碳纤维辐射下的HaCaT细胞增殖能力显著高于普通锦纶对照组。为了进一步分析茶叶碳纤维对HaCaT细胞增殖促进的能力，本文通过独立样本T检验对FIR组与NC组差异是否具有统计学意义进行验证，选择显著性双尾和双样本等方差假设。T检验结果显示，FIR组与NC组的差异显著，P=0.010 9<0.05。因此，相比普通锦纶纤维，茶叶碳锦纶纤维远红外织物能够显著促进角质形成细胞HaCaT的增殖。远红外可以通过刺激TGF-β1的分泌或激活成纤维细胞，从而促进皮肤成纤维细胞的增殖，达到促进皮肤外伤愈合的效果[8]。

在皮肤癌细胞黑色素瘤A-375中，其增殖曲线如图5所示，可以看出茶叶碳锦纶纤维辐射下的A-375细胞增殖OD曲线略低于普通锦纶对照组，但差异不大。T检验结果表明，A-375中FIR组与NC组的差异不显著，P=0.051 7>0.05，无统计学意义。因此，远红外织物不促进皮肤癌细胞的增殖，可以安全地用于黑色素瘤患者，缓解放化疗后产生的组织水肿等。

对比皮肤正常细胞和癌变细胞的影响结果可以看出，茶叶碳锦纶纤维远红外织物对不同细胞生长所产生的影响不同，远红外辐射可影响TGF-β1的分泌，促进生物大分子的活性等，从而促进皮肤角质形成细胞的增殖。而在肿瘤细胞中，由于癌细胞受热休克蛋白HSP70A的影响，且生物酶的活性极易受到温度调控，从而使远红外辐射能够不促进甚至抑制某些癌细胞的增殖。

3.2 茶叶碳远红外织物辐射时长的影响差异

通过短时间与长时间的远红外辐射培养细胞增殖结果对比，制作每种细胞的三组增殖OD值曲线，如图6所示。由图6可见，远红外辐射培养0～6 d的增殖影响效果介于7～12 d和空白对照组之间。

在A-375细胞中，不同辐射时长与不同织物一样无明显差异，但在HaCaT细胞中，NC组与FIR-ST组差异显著，T检验结果P=0.495<0.05，说明茶叶碳织物的远红外辐射对HaCaT细胞增殖能力的促进随时间延长而越来越显著。将HaCaT细胞增殖OD差值制作0～12 d辐射的增殖影响差值散点图并拟合曲线（图7），以观察0～12 d长时间远红外辐射对角质形成细胞HaCaT增殖影响的趋势。

由图7可见，拟合曲线符合指數形增长，说明茶叶碳织物的远红外辐射对角质形成细胞HaCaT增殖能力的促进随时间延长而越来越显著，更长时间的远红外辐射可以使刺激TGF-β1的分泌，使成纤维细胞浸润更大[7]，更好地促进角质形成细胞的生长。

4 结 论

本文通过普通锦纶织物与具有远红外发射率的茶叶碳锦纶纤维远红外织物的辐射，研究其对正常皮肤细胞和癌变皮肤细胞增殖的影响并对比其差异。

1） 相比普通锦纶纤维，茶叶碳纤维远红外织物针对正常皮肤角质形成细胞HaCaT的研究结果表明，其具有显著的促进效果，且相较短时间的远红外辐射，较长时间的辐射培养对HaCaT细胞增殖的促进效果更好。

2） 针对癌变皮肤细胞研究中发现，远红外锦纶与普通锦纶相比，在其能够促进正常皮肤细胞生长的同时对皮肤恶性黑色素瘤细胞A-375有较弱的抑制或不促进其增殖的效果。

3） 对比普通锦纶和远红外锦纶织物与两种不同皮肤细胞增殖的影响可以看出，相比普通锦纶纤维，茶叶碳远红外纤维能够在促进皮肤角质形成细胞增殖的同时抑制或不促进黑色素瘤细胞的增殖。因此，本文认为远红外织物可以促进皮肤正常细胞的生长，加速皮肤受损角质恢复，并且不促进皮肤癌变细胞的生长，可以适用于恶性黑色素瘤患者的辅助治疗。

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