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为解决现有肿瘤治疗电场（TTFs）设备的局限，如成本高、实时监测难等问题，研究人员开展定制交变电场装置对癌细胞影响的研究。结果显示，不同形态癌细胞对电场响应不同。该研究为提升癌症电场疗法效果提供依据。
在医学领域，癌症一直是人类健康的 “头号大敌”，尤其是胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM），它是最常见的恶性中枢神经系统肿瘤。目前，GBM 患者的生存率极低，美国患者的五年生存率不到 7%，中位生存时间仅 8 个月。“Stupp 协议” 是 GBM 的标准治疗方案，即最大安全手术切除后进行放疗，同时和辅助使用化疗药物替莫唑胺，但自 2005 年该方案实施以来，临床治疗变化有限。
肿瘤治疗电场（Tumour Treating Fields，TTFs）的出现给 GBM 治疗带来了新希望。TTFs 是低强度（<4V/cm）、中频（100–500kHz）的交变电流（Alternating Current，AC）电场，与替莫唑胺联合使用时，能将患者的中位总生存期延长 5 个月，且已获得美国食品药品监督管理局批准用于治疗复发和新诊断的 GBM。TTFs 的作用机制主要是在细胞分裂过程中干扰纺锤体形成和细胞内分子运动，通过偶极排列和介电泳破坏癌细胞的正常分裂，诱导细胞死亡。不过，TTFs 的最佳治疗频率因细胞类型而异，且电场应用时长也会影响疗效。
尽管 TTFs 有一定效果，但仍存在诸多问题。一方面，其作用机制尚未完全明晰，尤其是不同形态的癌细胞对交变电场的响应差异缺乏深入研究；另一方面，现有的 TTFs 设备，如 Novocure?的研究系统 “inovitro”，存在成本高、因培养皿底部不透明难以实时跟踪电场效果等缺点，限制了相关研究的广泛开展。因此，开发更多能够模拟 “inovitro” 系统效果、可用于深入研究交变电场机制和增强其疗效的平台迫在眉睫。
在此背景下，英国诺丁汉大学（University of Nottingham）的研究人员开展了一项关于定制交变电场装置的研究，相关成果发表在《Bioelectronic Medicine》上。
研究人员采用了以下几种关键技术方法：首先，对 Corning Costar 96 孔细胞培养板进行改造，在板内添加印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB），设置四组绝缘铜线电极用于测试电场效应，四组导电石墨电极用于测试电流效应；其次，使用了多种细胞系，包括从 GBM 患者肿瘤核心区域分离的 GCE 31 细胞、从肿瘤侵袭边缘分离的 GIN 31 细胞，以及半贴壁的脑肿瘤细胞系 D425；此外，还运用了细胞代谢活性检测技术，通过 PrestoBlue 细胞活力试剂，利用荧光读数来评估细胞代谢活性。
研究结果如下：
- 电场或电流刺激对 GCE 31 细胞代谢活性的影响：以 300kHz、3V/cm 的交变电场或电流处理 GCE 31 细胞 4 - 48 小时，结果发现，与未刺激的对照组相比，处理组细胞的代谢活性并无显著差异。即便提高处理温度至 37°C，依然未观察到明显变化，且高温导致培养基水分蒸发、盐分浓度改变，这可能影响了电场和电流的作用效果，因此后续实验在 25°C 下进行。
- ZnO 纳米颗粒（NP）增强电场或电流刺激效果的研究：为增强癌细胞对电刺激的响应，研究人员选用 ZnO NP 与交变电场或电流联合处理细胞。然而，无论是 GIN 31 细胞还是 GCE 31 细胞，在接受 5μg/mL ZnO NP 预处理 4 小时，再经 300kHz、3V/cm 的交变电场或电流处理 48 小时后，细胞代谢活性仍无显著变化。
- 细胞形态对电场或电流刺激响应的影响：鉴于贴壁细胞实验结果不理想，研究人员推测可能是电极方向限制了受电场影响的细胞比例。于是，他们选用半贴壁的 D425 细胞进行实验。结果显示，暴露于交变电场的 D425 细胞代谢活性显著增加，达到未刺激对照组的 177%；而暴露于交变电流的 D425 细胞，无论是否添加 ZnO NP，代谢活性均显著降低，分别为对照组的 38% 和 27%。这表明细胞形态对癌细胞对交变电场的响应有重要影响。
研究结论和讨论部分指出，该研究强调了进一步探究交变电场对不同癌细胞作用机制的重要性。研究中使用的高通量 96 孔板虽便于测试体外实验装置，但实验结果表明，简单的单电极设置无法有效影响 GBM 细胞的代谢活性，即便联合 ZnO NP 也未取得预期效果。不过，半贴壁的 D425 细胞实验结果显示，细胞大小和形状会影响其对交变电场的响应，这意味着细胞形态在交变电场抗癌治疗中起着关键作用。因此，未来需要深入研究细胞形态对电场响应的影响，以优化交变电场抗癌疗法，改善患者的治疗效果。这项研究为交变电场抗癌疗法的发展提供了重要的理论依据和研究方向，有望推动该领域的进一步发展，为癌症患者带来更多希望。
