近日，中科院合肥研究院強(qiáng)磁場中心張欣課題組在中等和強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場對多種疾病小鼠模型的生物安全性影響方面取得系列新進(jìn)展，包括發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場常年暴露對正常小鼠自然衰老的延緩，對化療藥物順鉑引起的小鼠腎損傷的減輕，發(fā)現(xiàn)梯度穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場暴露對嚴(yán)重1型糖尿病小鼠的危害，三項(xiàng)研究結(jié)果分別發(fā)表在 Antioxidants 和 Zoological Research 上。
前期，張欣課題組對健康小鼠在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場中的安全性進(jìn)行了探索。課題組成員研究發(fā)現(xiàn)健康小鼠暴露于3.5–23.0 T穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場2小時(shí)和7.0–33.0 T穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場1小時(shí)都具有較好的生物安全性（Neuroimage，2019；JMRI，2021），還發(fā)現(xiàn)其對小鼠記憶和認(rèn)知方面的潛在正面影響和抗抑郁效果（European Radiology， 2022；JMRI，2022）。然而，長時(shí)間的穩(wěn)態(tài)磁場暴露，以及不同病理狀態(tài)下小鼠的磁場安全界限是否與正常健康小鼠有所不同，這些尚不清楚。
因此，課題組成員首先在中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場中開展研究，將正常小鼠長期連續(xù)暴露在由永磁鐵提供的~0.1T中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場長達(dá)1.7年，發(fā)現(xiàn)不僅無不良影響，而且可以改善其生存狀態(tài)，包括運(yùn)動(dòng)功能等，甚至還延緩了其自然衰老的過程，延長了壽命（Fan et al. Antioxidants，2023a）（圖1）。此外，同樣的中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場還可以緩解由化療藥物順鉑在乳腺癌MDA-MB231荷瘤小鼠體內(nèi)引起的慢性腎損傷，并改善由順鉑誘發(fā)的急性腎損傷（Yu et al. Antioxidants，2023b）（圖2）。這兩項(xiàng)工作都與中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場所引起的細(xì)胞和組織內(nèi)的氧化應(yīng)激水平降低有關(guān)。
另一方面，由于核磁共振成像（MRI）技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于疾病診斷，而穩(wěn)態(tài)磁場強(qiáng)度的提高對MRI圖像質(zhì)量的提升至關(guān)重要。其中，9.4 T MRI已在健康志愿者中進(jìn)行研究，但對糖尿病患者的影響尚不清楚。基于此，研究人員評估了1.0–9.4 T強(qiáng)磁場對兩種1型糖尿病（T1D）和一種2型糖尿病（T2D）小鼠生物安全性的影響，包括>10 T/m和0–10 T/m兩種不同梯度，并在細(xì)胞水平上對相關(guān)生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探索（Yu et al. Zoological Research，2023）（圖3）。為了探索磁場安全上限，研究人員采用了14小時(shí)超長時(shí)間的磁場暴露。結(jié)果顯示，持續(xù)14小時(shí)的梯度穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場（1.0-8.6 T）處理后，T1D和T2D小鼠均產(chǎn)生了不同程度的有害影響，包括脾臟、肝臟和腎臟組織損傷，以及血糖、糖基化血清蛋白、炎癥和焦慮水平升高等；而0–10 T/m ~9.4 T的低梯度和近均勻強(qiáng)磁場比較安全，并沒有出現(xiàn)以上現(xiàn)象。此外我們還發(fā)現(xiàn)，在血糖≥16.7 mM的普通T1D小鼠腎臟中，>10 T/m的梯度強(qiáng)磁場增加了組織丙二醛水平，減少了超氧化物歧化酶的含量。然而，在血糖≥30.0mM嚴(yán)重T1D小鼠中，>10 T/m梯度強(qiáng)磁場不僅明顯增加多器官損傷，還降低了小鼠存活率。體外細(xì)胞研究表明，梯度強(qiáng)磁場增加了小鼠胰島內(nèi)皮細(xì)胞（MS-1）的活性氧水平，并促進(jìn)細(xì)胞凋亡和減少細(xì)胞增殖。
這些結(jié)果表明，暴露于>10 T/m梯度強(qiáng)磁場（比目前臨床MRI高35~1380倍）14小時(shí)（比臨床MRI顯著延長）會(huì)對糖尿病小鼠，尤其是嚴(yán)重T1D小鼠產(chǎn)生有害影響。相比而言，與MRI直接相關(guān)的~9.4 T近均勻穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場并無明顯不良影響，這為穩(wěn)態(tài)磁場，尤其是高場核磁共振成像（MRI）的未來發(fā)展和臨床應(yīng)用提供了重要信息。
以上工作獲得了國家自然科學(xué)基金、中科院全球共性挑戰(zhàn)專項(xiàng)和安徽省特支計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
圖1.長期暴露于中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場延緩正常小鼠的衰老。
圖2. 中等強(qiáng)度近均勻穩(wěn)態(tài)磁場改善化療藥物順鉑引起的腎損傷。
圖3. 暴露于10 T/m以上梯度穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場14小時(shí)對嚴(yán)重1型糖尿病小鼠和MS-1細(xì)胞造成損傷。
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