本实验是《电离辐射诱发细胞转化的形态计量学研究》课题的一部分。本文应用MIAS-300图像分析系统和形态计量学方法, 定量分析了²³⁸Puα粒子辐射体外诱发大鼠肺成纤维细胞第16代、23代及31代细胞核的形态计量学参数, 为研究α粒子辐射体外诱发大鼠肺成纤维细胞恶性转化及推导肺组织的癌变过程提供计量学方面的资料。

1 材料与方法 1.1 细胞样品的制备及照射方法

选用成年Wistar大鼠肺成纤维细胞系第11代细胞为材料。辐射体为²³⁸Puα粒子电镀源, 活性区面积16cm², 活度9×10⁸ Bq, 能量5.25MeV, 剂量率l.lGy/min。细胞分组:①对16、23代细胞按照射时的吸收剂量分为：对照、0.05、0.1、0.2、1.0、2.0、3.0、5.0Gy等8个剂量点; ②对31代分为:对照、0.05、0.1、0.2、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0、3.0Gy等10个剂量点。

照射后细胞经培养、传代至16、23和31代, 细胞经涂片、染色、观察等^[1], 并进行图像分析。

1.2 测量方法及主要分析参数

应用四川大学研制的MI AS-300型图像分析系统, 将H.E染色的细胞标本置于OLYMPUS显微镜下, 通过摄像机对显示于图像监视器上的图像进行分析, 装置的放大倍数为:40×32.5(物镜放大倍数×电路放大倍数), 每剂量组测量182~431细胞核不等, 测定时随机选择视野, 测定视野内所有形态完整的细胞核, 细胞重叠者, 采用系统提供的分割功能, 经分割移动后再行测量。其主要分析参数有:细胞核面积、周长、核最大、最小直径、等效圆直径、形状因子等。测定完毕计算各参数均值及标准差, 应用统计学方法对各项参数与剂量和代龄间的关系作回归分析, 组间进行相差显著性检验。

2 结果

三种代龄及其在同一代龄内受到不同照射剂量照射后的细胞核各项参数的组平均值与标准差结果见表 1。

细胞核的形状因子(Cirsf), 从二维图象的角度讲, 它反映了细胞核的圆度(0 < Cirsf < 1), 本实验结果表明:细胞核的形状因子分布在0.904~0.953之间, 近似于椭圆形。经统计表明, 无论是不同的代龄还是同一代龄内受到不同照射剂量照射后的细胞核, 其核的形状因子均无明显规律性变化。除形状因子外, 其它参数与细胞代龄和照射剂量的定量关系见表 2。

由表 2看出, 细胞核形态计量学参数与细胞代龄和照射剂量之间有明显的依赖性(P< 0.01)。表现为不同代龄的细胞核参数值随着代龄的增大呈负增长, 但在同一代龄内细胞核参数则随着剂量的增大而呈增大趋势, 上述结果16、23代细胞尤为明显。回归分析还表明, 细胞核面积和最大直径两项参数与细胞代龄和照射剂量有交互作川。即,参数随二者乘积的增大而有变小的趋势。

3 分析讨论

本文结果表明, 用图像分析技术和形态计量学的方法, 可作为辐射体照射体外细胞诱发细胞恶性转化研究的一种新的技术手段和方法, 本研究所采用的细胞核参数同样适用于其它学科(如肿瘤学、药效学等)的研究。因此, 用计算机图像分析技术, 有望作为临床肿瘤的早期诊断、预后评估等。

从分子生物学角度, 肿瘤是特定细胞基因突变的结果^[2], 表现在形态计量学方面则为细胞形态的异形性。细胞核面积等参数的变化, 能够反映这一异常^[3]。从本实验结果看, 细胞代龄和照射剂量与细胞核计量学参数有明显的依赖性, 说明细胞代龄和照射剂量均可导致转化细胞形态的改变。本实验室的另一项工作中的其它参数和指标也从另一个角度证明了²³⁸Puα粒子辐射体外诱发大鼠肺成纤维细胞转化的作用^[1]。

本实验结果还发现, 31代细胞在受到照射后其核的计量学参数低于16、23代的改变, 表现为转化后早期变化较明显, 晚期不明显, 说明细胞恶性转化后获得在体外长期传代生长, 其形态学特性趋于稳定。