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中等和强稳态磁场生物安全性研究取得系列新进展

来源：时间：2023-02-13 作者：郁彪

　　近日，中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心张欣课题组在中等和强稳态磁场对多种疾病小鼠模型的生物安全性影响方面取得系列新进展，包括发现中等强度近均匀稳态磁场常年暴露对正常小鼠自然衰老的延缓，对化疗药物顺铂引起的小鼠肾损伤的减轻，发现梯度稳态强磁场暴露对严重1型糖尿病小鼠的危害，三项研究结果分别发表在Antioxidants和Zoological Research上。

　　前期，张欣课题组对健康小鼠在稳态强磁场中的安全性进行了探索。课题组成员研究发现健康小鼠暴露于3.5–23.0 T稳态强磁场2小时和7.0–33.0 T稳态强磁场1小时都具有较好的生物安全性（Neuroimage，2019；JMRI，2021），还发现其对小鼠记忆和认知方面的潜在正面影响和抗抑郁效果（European Radiology， 2022；JMRI，2022）。然而，长时间的稳态磁场暴露，以及不同病理状态下小鼠的磁场安全界限是否与正常健康小鼠有所不同，这些并不清楚。

　　因此，课题组成员首先在中等强度近均匀稳态磁场中开展研究，将正常小鼠长期连续暴露在由永磁铁提供的~0.1T中等强度近均匀稳态磁场长达1.7年，发现不仅无不良影响，而且可以改善其生存状态，包括运动功能等，甚至还延缓了其自然衰老的过程，延长了寿命（Fan et al. Antioxidants，2023a）（图1）。此外，同样的中等强度近均匀稳态磁场还可以缓解由化疗药物顺铂在乳腺癌MDA-MB231荷瘤小鼠体内引起的慢性肾损伤，并改善由顺铂诱发的急性肾损伤（Yu et al. Antioxidants，2023b）（图2）。这两项工作都与中等强度近均匀稳态磁场所引起的细胞和组织内的氧化应激水平降低有关。

　　另一方面，由于核磁共振成像（MRI）技术已被广泛应用于疾病诊断，而稳态磁场强度的提高对MRI图像质量的提升至关重要。其中，9.4 T MRI已在健康志愿者中进行研究，但对糖尿病患者的影响尚不清楚。基于此，研究人员评估了1.0–9.4 T强磁场对两种1型糖尿病（T1D）和一种2型糖尿病（T2D）小鼠生物安全性的影响，包括>10 T/m和0–10 T/m两种不同梯度，并在细胞水平上对相关生物学机制进行了探索（Yu et al. Zoological Research，2023）（图3）。为了探索磁场安全上限，我们采用了14小时超长时间的磁场暴露。结果显示，持续14小时的梯度稳态强磁场（1.0-8.6 T）处理后，T1D和T2D小鼠均产生了不同程度的有害影响，包括脾脏、肝脏和肾脏组织损伤，以及血糖、糖基化血清蛋白、炎症和焦虑水平升高等；而0–10 T/m ~9.4 T的低梯度和近均匀强磁场比较安全，并没有出现以上现象。此外我们还发现，在血糖≥16.7 mM的普通T1D小鼠肾脏中，>10 T/m的梯度强磁场增加了组织丙二醛水平，减少了超氧化物歧化酶的含量。然而，在血糖≥30.0mM严重T1D小鼠中，>10 T/m梯度强磁场不仅明显增加多器官损伤，还降低了小鼠存活率。体外细胞研究表明，梯度强磁场增加了小鼠胰岛内皮细胞（MS-1）的活性氧水平，并促进细胞凋亡和减少细胞增殖。

　　这些结果表明，暴露于>10 T/m梯度强磁场（比目前临床MRI高35~1380倍）14小时（比临床MRI显著延长）会对糖尿病小鼠，尤其是严重T1D小鼠产生有害影响。相比而言，与MRI直接相关的~9.4 T近均匀稳态强磁场并无明显不良影响，这为稳态磁场，尤其是高场核磁共振成像（MRI）的未来发展和临床应用提供了重要信息。

　　以上工作获得了国家自然科学基金、中科院全球共性挑战专项和安徽省特支计划等项目的支持。