远红外锦纶织物对乳腺肿瘤细胞增殖的影响

慕怡菲， 金子敏， 阎玉秀， 吴德昊， 周文龙,4， 陶建伟

(1. 浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江理工大学 服装学院， 浙江 杭州 310018； 3. 浙江大学肿瘤研究所， 浙江 杭州 310009； 4. 温州理工学院， 浙江 温州 325035；5. 浙江棒杰数码针织品有限公司， 浙江 义乌 322000)

远红外光热疗法是一种重要的物理疗法，属于非介入治疗手段[1-3]。远红外光具有较强的辐射力，能穿透皮下组织4 cm深处，与生物大分子产生共振[4]，且具有可被人体吸收的特性，可使人体水分子共振活化，从而提高某些生物大分子的活性，进而影响生物细胞的生长[5]。目前，国内外有大量临床及实验研究证明，远红外光对乳腺肿瘤有抑制作用，且长期使用慢性远红外光辐射无不良影响[6-8]，可作为乳腺肿瘤的非介入治疗或辅助治疗，常与化疗、放疗等进行协同治疗，以缓解放化疗引起的组织水肿[6-7]。

负离子远红外织物能够缓解大鼠的乳腺增生[8]，乳腺增生可能导致结节或乳腺纤维瘤，与乳腺肿瘤也可同时存在，因此，当远红外织物用于对乳腺增生的缓解时，其对潜在乳腺肿瘤影响的研究非常重要。针对远红外光联合治疗肿瘤的研究发现，全身进行远红外光辐射联合热疗可显著抑制小鼠乳腺肿瘤的生长[9]。针对MCF7乳腺肿瘤细胞，通过介孔纳米颗粒PtPd-乙二醇(PEG)-叶酸(FA)-阿霉素(DOX)体内外协同光热化疗实验发现，其具有良好的联合治疗效果[10]。对于远红外光抑制肿瘤细胞的研究目前均以远红外灯作为辐射源，而远红外灯辐射源以点状发射，很难长时间且均匀地对大面积肌体进行辐射，在细胞培养箱内辐射培养实验也难以实现。

远红外织物具有自发远红外光辐射的功能，且可以大面积均匀地持续发射远红外光以大面积覆盖实验对象，还便于长时间连续使用。本文采用远红外纤维织物作为辐射源，研究不同远红外织物长时间的远红外辐射对肿瘤细胞增殖的影响差异，从而探究远红外功能织物用于乳腺肿瘤患者的辅助治疗的可能性，为远红外功能织物在医学领域的应用提供依据。

1 实验部分

1.1 远红外纤维材料及其形貌观察

远红外纤维通常是在纺丝过程中加入具有高发射率的远红外纳米颗粒共混、共融制备[11]。本文选取的远红外纱线是通过远红外纳米颗粒与锦纶共融混纺所得[12]，共6种，分别为：茶叶碳锦纶(TCF)、竹炭锦纶(BCF)、咖啡碳锦纶(CCF)以及火山岩锦纶(VF)，华楙生技股份有限公司(台湾)；石墨烯锦纶(GF)，杭州高烯科技有限公司；生物质石墨烯锦纶(BGF)，济南圣泉集团股份有限公司。普通锦纶(NC)，义乌华鼎锦纶有限公司。上述7种纱线的规格均为77.8 dtex(48 f)。

采用卡尔蔡司显微镜(德国)有限公司的Axio Observer 3电子显微镜，通过Axiocam HRc成像系统拍摄各纤维纵向的表面形态。

1.2 远红外织物的织造及规格

采用平针组织结构，将7种锦纶通过意大利Santoni针织机器有限公司的M8-TOP2S无缝针织机织造成7块同规格织物[13]，其规格如表1所示。

表1 织物规格Tab.1 Specification of fabrics

1.3 远红外织物的远红外光发射率测试

远红外织物的性能通常用远红外光发射率来表征，即在同样的温度下远红外织物与黑体辐射能力的比值，织物的远红外光发射性能越好其比值越高[14]。选用台湾和德科仪企业有限公司的EMS-302 M型远红外光发射率测试仪检测所制备的7种远红外织物的远红外光发射率。依据CAS 115—2005《保健功能纺织品》，将织物裁剪成直径为65 mm的圆形试样，静置于温度为20 ℃、相对湿度65%的恒温恒湿箱中24 h后进行测试，每块试样检测3次并取平均值[15]。

1.4 生物实验设计

通过细胞增殖检测实验研究远红外织物对乳腺肿瘤细胞的影响。为了使织物能够平整且均匀包覆在细胞培养皿外，将7块织物分别按照如图1所示细胞培养板的尺寸进行裁剪，使其均匀完整地包覆在细胞培养板四周。

图1 织物辐射培养盒Fig.1 Fabric radiation incubator

将均匀包覆织物的培养板置于细胞培养箱中使其对细胞进行持续性远红外光辐射培养。实验前均使用265 nm波长紫外灯严格灭菌。本文研究中均使用中国细胞资源库可查的经过鉴定的商品化细胞株：MCF7(来源于1位69岁白人乳腺癌患者的胸腔积液)、Bcap37(来源于1位48岁的女性乳腺癌患者)、MDA-MB-231(来源于1位51岁女性乳腺腺癌的转移性胸膜渗出液)共3种乳腺肿瘤细胞。根据美国模式培养物集存库的标准培养乳腺肿瘤细胞。MCF7细胞培养环境为5%二氧化碳、95%空气、37 ℃，培养基选用RPMI-1640(Roswell Park Memorial Institute-1640)+10%的FBS(Fetal Bovine Serum)+1%双抗(青霉素/链霉素溶液)。Bcap37细胞培养环境与MCF7细胞相同，培养基选用DMEM(Dulbecco′s Modified Eagle Medium)+10%FBS+1%双抗。MDA-MB-231细胞的培养环境为无二氧化碳，在细胞浮箱内需隔绝空气培养，温度为37 ℃，培养基选用L-15(Leibovitz′s L-15)+10%FBS+1%双抗。生物实验用耗材统一采购于杭州昊天生物有限公司。

针对3株乳腺肿瘤细胞进行实验，采用卡尔蔡司显微镜(德国)有限公司的Axio Observer 3电子显微镜观察肿瘤细胞的形态特征与变化，并对比不同远红外织物辐射培养下肿瘤细胞增殖的差异。

1.5 乳腺肿瘤细胞增殖实验

通过细胞增殖及毒性检测试剂盒CCK-8进行增殖检测，从而准确地分析细胞增殖的能力。每株细胞的增殖检测均分为8组：其中6组分别在相对应的6种远红外织物辐射下培养12 d，在第7～12天培养时进行增殖检测，以研究不同织物远红外光辐射对细胞增殖能力影响的差异；另外2组为普通锦纶对照组和NC+TCF组，用于探究不同远红外光辐射时长对细胞增殖的影响差异，NC+TCF组使用普通锦纶培养6 d，再使用茶叶碳织物培养6 d。

在每组细胞培养的第6天对细胞进行计数，细胞种板密度为每孔1 500个，均匀种入96孔培养板，每组设置3个复孔。检测方法为对应细胞所用的培养基100 μL/孔+10%CCK-8，孵育1 h后采用美国MolecularDevices 分子仪器有限公司SpectraMax酶标仪检测450 nm处的吸光度为细胞增殖OD(光密度)值，待细胞贴壁后进行第1次增殖OD值检测，后续每隔24 h进行1次增殖OD值检测，共检测7次。

1.6 统计分析

增殖OD值结果采用2个独立样本T检验显著性双侧等方差假设分析方法，检验不同远红外织物对细胞增殖影响差异的统计学意义，当显著性双尾检测水平P<0.05时，统计学上认为差异显著。

2 实验结果与讨论

2.1 远红外纤维的纵向表面形态分析

普通锦纶及6种远红外锦纶的纤维纵向表面形态如图2所示。可看出，因纺丝时添加的远红外纳米颗粒吸附于远红外纤维表面，其表面不平整且具有多孔结构[16]。

图2 普通锦纶及6种远红外锦纶的表面形态(×400)Fig.2 Surface morphology of ordinary polyamide and 6 kinds of far infrared polyamide (×400)

2.2 织物的远红外光发射率分析

不同织物的远红外光发射率测试结果如表2所示。运用独立样本T检验验证不同远红外织物之间远红外光发射率的差异性是否显著[17]。结果表明，普通锦纶与远红外锦纶之间的差异均为极显著(P<0.001)，茶叶碳纤维分别与咖啡碳(P=0.049<0.05)、石墨烯(P=0.006<0.05)、生物质石墨烯(P=0.022<0.05)组的远红外光发射率差异均有统计学意义，其余织物组间远红外光发射率差异在统计学上不显著，说明不同远红外织物的远红外光发射率有差异，且部分织物之间差异显著。由表2可知，茶叶碳锦纶的远红外光发射率最高，火山岩锦纶、咖啡碳锦纶、竹炭锦纶、石墨烯锦纶和生物质石墨烯锦纶组的远红外光发射率依次降低。

表2 普通锦纶及6种远红外锦纶织物远红外光发射率Tab.2 Far infrared emissivity of ordinary polyamide and 6 kinds of far infrared polyamide fabrics

2.3 乳腺肿瘤细胞形态分析

在实验过程中观察到，普通锦纶组与远红外织物组的乳腺肿瘤细胞形态均无差异，为探究远红外织物对乳腺肿瘤细胞表面形态的影响，本文仅以普通锦纶与2.2节中远红外光发射率最高的茶叶碳锦纶织物为例，其辐射肿瘤细胞形态如图3所示。可看出，在普通锦纶与茶叶碳锦纶辐射下，3种乳腺肿瘤细胞的表面形态无差异，可说明远红外织物辐射对乳腺肿瘤细胞的表面形态不产生影响。

图3 3种乳腺肿瘤细胞在普通锦纶与茶叶碳锦纶表面的形貌(×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 远红外织物对乳腺肿瘤细胞增殖影响

图4示出普通锦纶及6种远红外锦纶中的细胞增殖曲线。通过图4(a)可看出，在MCF7增殖曲线中，相较于NC对照组，远红外织物实验组中乳腺肿瘤细胞的增殖能力明显受到抑制，且各实验组之间的差异较小。TCF与NC织物的差异最为显著(P=0.008<0.05)，BCF与NC织物(P=0.010<0.05)、CCF与NC织物(P=0.012<0.05)、VF与NC织物(P=0.013<0.05)、BGF与NC织物(P=0.024<0.05)、GF与NC织物(P=0.024<0.05)也均有统计学意义。其中效果最好的TCF织物，与效果相对最差的GF织物经T检验也有显著差异(P=0.031<0.05)，其余组间对比T检验结果P>0.05，认为差异不够显著。由图4(b)可看出，在Bcap37细胞实验中，与NC织物相比仍旧是TCF织物效果最好(P=0.012<0.05)，而BCF与NC织物(P=0.015<0.05)、VF与NC织物(P=0.018<0.05)、CCF与NC织物(P=0.019<0.05)、GF与NC织物(P=0.021<0.05)、BGF与NC织物(P=0.028<0.05)也有显著差异且效果依次减弱。在图4(c)MDA-MB-231乳腺肿瘤细胞实验中，远红外织物的增殖曲线均低于NC织物，且仅TCF与NC织物相比有显著性差异(P=0.045<0.05)，其余各组均无显著性差异。以上分析说明远红外织物可不同程度地抑制乳腺肿瘤细胞的增殖，且对不同乳腺肿瘤细胞的影响有所差异。

图4 乳腺肿瘤细胞在不同锦纶织物中的增殖曲线Fig.4 Proliferation curve of breast cancer cells on different polyamide fabric

2.5 辐射时长对乳腺肿瘤细胞增殖的影响

为了研究远红外织物辐射时长对乳腺肿瘤细胞是否也有影响，由2.4节分析可知NC与NC+TCF织物中MDA-MB-231乳腺肿瘤细胞增殖差异不显著，因此，根据MCF7和Bcap37细胞在NC+TCF织物中茶叶碳锦纶织物远红外光辐射0～6 d的细胞增殖OD值、TCF织物中远红外光辐射7～12 d的表面细胞增殖OD值，与NC织物中细胞增殖OD值差值的平均值，作散点图并进行曲线拟合，如图5所示。曲线方程式为

Y=0.006 6e0.266 8x

y=0.007 3e0.211 6x

式中：Y和y分别为MCF7和Bcap37细胞0～12 d的增殖OD值的差；x为远红外光辐射时长，d。

图5 辐射时长对乳腺肿瘤细胞增殖的影响Fig.5 Effect of far infrared radiation duration on proliferation of breast cancer cells

由图5可看出，随着远红外光辐射时间的延长，茶叶碳锦纶织物对2株乳腺肿瘤细胞增殖的抑制效果均有提升。

2.6 织物远红外光发射率对细胞增殖的影响

为了对比不同织物的远红外光发射率及其对肿瘤细胞增殖的影响，并探究其影响差异之间的关系。由2.4节分析得到MDA-MB-231细胞在织物的影响下无显著差异，因此，根据6种远红外织物均有显著影响差异的MCF7和Bcap37细胞最后2 d的增殖OD差值的平均值(即最后1 d细胞增殖的量)，与6种织物的远红外光发射率对比，并作散点图进行拟合，如图6所示。经分析可得，远红外织物的远红外光发射率与乳腺肿瘤细胞增殖能力的Person相关系数r=0.876>0.8(P=0.022)，认为二者相关，其拟合曲线符合线性函数为

y=-7.97x+7.95

式中：y为最后1 d 2种乳腺肿瘤细胞增殖OD值；x为织物的远红外光发射率。

图6 远红外光发射率与乳腺肿瘤细胞增殖的关系Fig.6 Relationship between far infrared emissivity and proliferation of breast cancer cells

由图6可知，该拟合曲线为一次函数减函数，说明乳腺肿瘤细胞增殖OD值随远红外光发射率的增加而减小，即织物的远红外光发射率与其对乳腺肿瘤细胞增殖的抑制效果成正比。

3 远红外织物对肿瘤细胞影响分析

根据2.4节远红外织物对乳腺肿瘤细胞增殖检测结果，对比普通锦纶织物与远红外织物的增殖曲线趋势差异可看出，不同乳腺肿瘤细胞的增殖能力不同，远红外织物对不同乳腺肿瘤细胞的影响也有所差异，且远红外织物对MCF7乳腺肿瘤细胞增殖的抑制略高于Bcap37乳腺肿瘤细胞，对MDA-MB-231乳腺肿瘤细胞的抑制则不显著。远红外光辐射在一定温度条件下，可能促进了乳腺肿瘤细胞中热休克蛋白HSP70A的转录和表达，从而抑制乳腺肿瘤细胞的增殖能力[18]。

通过2.5节探究远红外织物辐射时长对乳腺肿瘤细胞增殖的影响可看出，随着远红外光辐射时间的延长，其对乳腺肿瘤细胞增殖的抑制效果也有所提升。长时间的远红外光辐射可能促进了细胞中一些蛋白酶的活性，从而影响遗传物质的转录或表达，进而提升织物抑制肿瘤细胞增殖的效果[18]。

此外，通过2.6节对比不同远红外光发射率织物对乳腺肿瘤细胞增殖抑制的影响差异看出，织物的远红外光发射率越高，其辐射对蛋白等生物大分子的影响就越显著，对乳腺肿瘤细胞增殖能力的抑制也越显著。

4 结 论

本文研究了普通锦纶和6种远红外锦纶织物的远红外光发射率的差异和性能，并对MCF7、Bcap37和MDA-MB-231乳腺肿瘤细胞进行辐射培养，对比了不同织物的远红外光发射率及辐射时长对乳腺肿瘤细胞增殖影响，得到如下主要结论。

1)织物实验结果表明，不同远红外锦纶织物的远红外光发射率均有差异且部分织物之间差异显著，其中茶叶碳锦纶织物的远红外光发射率最高，火山岩锦纶、咖啡碳锦纶、竹炭锦纶远红外织物的发射率依次降低，石墨烯和生物质石墨烯锦纶织物的发射率最低，但均远高于普通锦纶织物。

2)相比普通锦纶织物生物实验验证了，远红外锦纶织物可不同程度地抑制乳腺肿瘤细胞的增殖，且对不同乳腺肿瘤细胞的影响有所差异。

3)不同远红外锦纶织物对乳腺肿瘤细胞增殖的影响也有差异，织物的远红外光发射率与其对乳腺肿瘤细胞增殖的抑制效果成正比。茶叶碳锦纶织物的远红外光发射率在6组织物中最高，其对3株乳腺肿瘤细胞的增殖能力的抑制也高于其他5种远红外织物，6种远红外织物对肿瘤细胞增殖抑制的效果均远高于普通锦纶。本文研究可为乳腺肿瘤患者采用远红外功能纺织品作为非介入的辅助治疗方法提供理论参考。

FZXB