紅外光對植物生長基因表現和癌細胞生長的影響

研究介紹

實驗室開發之波導型熱輻射紅外光源(圖一)，俱有室溫操作、窄頻寬、可調變波長之特性，且成功地應用在觀察紅外光對植物生長基因表現，和影響癌細胞生長變化的研究。善用窄頻紅外光源，我們可研究動植物細胞持續受到特定波段紅外光照射時，其成長型態、基因表現，以及所有蛋白質表現的增減變化。

研究成果發現4~5 μm紅外光照射大腸桿菌24小時，可刺激外膜蛋白(OmpA , OmpF)表現量，增強新陳代謝和菌落生長，結果如同圖二所示。阿拉伯芥經過3~5 μm 窄頻紅外光照射72小時後，分析GASA4、CHS、RbcS、NPQ4和PSAK基因，發現不同波段窄頻紅外光可影響生長型態和基因表現。照射3~5 μm寬頻紅外光48小時的肺腺癌細胞A549，生長受到明顯抑制，細胞明顯膨大和停滯於細胞週期G2與M，結果如同圖三所示。 3~5 μm窄頻紅外光照射子宮頸癌細胞HeLa 48小時，可破壞粒線體膜電位和增加細胞凋亡，加強化療藥物 Paclitaxel的療效。

圖一、 波導型熱輻射紅外光源 (A) 側面圖與 (B) 斜面圖，其晶格週期是a孔洞直徑是d (C) 頻譜之主要峰值是位於5.0 mm
圖二、 大腸桿菌照射紅外光24小時之菌落分析
圖三、  肺癌細胞A549照射紅外光48小時之 細胞週期分佈結果

研究成果

  1. Paclitaxel(紫杉醇)可阻斷細胞週期G2與M，聚合和穩定細胞內微管，讓腫瘤細胞在有絲分裂階段被固定住，生長過程受阻斷而凋亡。窄頻波導型熱輻射發射器可發出窄頻紅外光3,4,5 mm破壞子宮頸癌細胞的粒線體膜電位，進而提升Paclitaxel對子宮頸癌細胞HeLa的治療效果。

  2. 3~5 mm寬頻紅外光會造成肺癌細胞A549在細胞週期G2/M 停滯和雙股DNA的斷裂，若我們在照光前，使用抗氧化劑NAC 一小時，可消除紅外光造成的雙股DNA斷裂。

  3. 窄頻表面電漿子熱輻射發射器照射阿拉伯芥72小時，不同波段的窄頻紅外光可影響GASA4、CHS、RbcS、NPQ4和PSAK基因表現。

  4. 4~5μm紅外光照射大腸桿菌24小時，可增強生長代謝，和刺激外膜蛋白(OmpA , OmpF)表現量。

參考文獻

  1. H. Y. Chang, M. H. Shih, H. C. Huang, S. R. Tsai, H. F. Juan, S. C. Lee, “Middle Infrared Radiation Induces G2/M Cell Cycle Arrest in A549 Lung Cancer Cell,” PLoS One, Vol. 8,, Issue 1, e54117, 2013.
  2. S. R. Tsai, T. C. Huang, C. M. Liang, H. Y. Chang, Y. T. Chang, H. C. Huang, H. F. Juan, S. C. Lee, “The effect of narrow bandwidth infrared radiation on the growth of Escherichia coli,” Appl. Phys. Lett.,, 99, 163704, 2011
  3. S. R. Tsai, B. C. Sheu, P. S. Huang, and S. C. Lee, “Enhancement of Taxol Effectiveness on HeLa Cells by Narrow Bandwidth Infrared Radiation,” SSDM 2012, Kyoto, Japan, Sept. 2012