5篇！进入新的领域，施一公团队发现长期的手机等特定电磁辐射暴露会影响睡眠及细胞生长

环境中的电磁辐射(EMR)，特别是微波范围内的电磁辐射，可能构成公共卫生问题。最近有报道称，暴露在由100赫兹方脉冲调制的2.4 GHz EMR下，会显著增加小鼠的清醒程度。

2024年4月1日，西湖大学施一公团队在PNAS 在线发表题为“Impact of specific electromagnetic radiation on wakefulness in mice”的研究论文，该研究证明了类似的觉醒增加可以由1000Hz的调制频率引起，而不是10Hz。与2.4 GHz载波频率相比，无论调制频率如何，相同功率密度的935 MHz EMR对唤醒性的影响都很小。

值得注意的是，用2.4 GHz EMR的正弦波脉冲调制取代100 Hz的方波脉冲调制仍然可以显著增加觉醒。相比之下，100 Hz的连续正弦振幅调制与相同的时间平均功率输出不能触发任何可检测的觉醒变化。因此，EMR对睡眠行为的改变不仅取决于载波频率，还取决于调制的频率和模式。这些结果暗示了动物特定EMR的生物感应机制。

另外，2023年8月28日，西湖大学施一公团队在Bioelectrochemistry 在线发表题为“A microfabricated lab-on-chip with three-dimensional electrodes for microscopic observation of bioelectromagnetic effects of cells”的研究论文，提出了一种微型制造的具有三维指间电极的低频电磁刺激芯片实验室，用于在显微镜下观察细胞系。通过仿真估计了各频率下电极间的场强。在10 Vpp, 10 kHz输入信号的培养基中，电场强度达到4.45 Vrms/m。仿真结果表明，试验台的适用频率范围上限为3mhz。采用全晶圆微加工技术制作原型。对样机在20 Hz和30 MHz之间的阻抗进行了表征。将人细胞系HEK293T在实验台上培养24 h，显微镜下观察电极的生物相容性。该样机可用于细胞系的长期显微观察，研究电磁对生物结构的影响。用该模型进行了24小时的细胞培养实验，结果表明，10 kHz的电磁信号对细胞生长有明显的影响。

2023年7月5日，西湖大学施一公团队在International Journal of Molecular Sciences 在线发表题为“Expression and Activity of the Transcription Factor CCAAT/Enhancer-Binding Protein β (C/EBPβ) Is Regulated by Specific Pulse-Modulated Radio Frequencies in Oligodendroglial Cells”的研究论文，该研究结果表明，射频EMR以波形和细胞类型依赖的方式调节C/EBPβ的表达和功能。

2023年4月29日，西湖大学施一公团队在Bioelectrochemistry 在线发表题为“Analysis of electromagnetic response of cells and lipid membranes using a model-free method ”的研究论文，该研究开发了一种无模型方法，用于分析细胞和脂质膜的电磁响应。该研究测量了细胞和脂质膜在20 Hz至4.35×10¹⁰Hz的EMR频率范围内的介电常数。为了识别显示物理直观介电常数特征的EMR频率，该研究开发了一种无模型方法，该方法依赖于直流（DC）电导率等于目标样品电导率的氯化钾参考溶液。介电常数反映了储存能量的能力，在10⁵-10⁶ Hz处显示出特征峰值。代表EMR吸收的介电损耗因子在10⁷-10⁹ Hz时显著增强。精细的特征受到这些膜结构的尺寸和组成的影响。机械破坏会导致这些特征的消除。105-106Hz的能量储存和107-109Hz的能量吸收增强可能会影响与细胞功能相关的某些膜活性。

2021年8月3日，清华大学/西湖大学施一公团队在PNAS 在线发表题为“Specific electromagnetic radiation in the wireless signal range increases wakefulness in mice”的研究论文，该研究报告了无线范围 EMR 对小鼠睡眠的影响。 长时间暴露于由 100-Hz 方脉冲调制的 2.4-GHz EMR 在非热输出水平会导致小鼠清醒时间显著增加。这些小鼠显示相应减少的非快速眼动 (NREM) 和快速眼动 (REM) 时间。相比之下，在相同时间平均输出水平下长时间暴露于未调制的 2.4 GHz EMR 对小鼠睡眠几乎没有影响。这些观察结果将小鼠睡眠结构的改变确定为对长期无线范围 EMR 暴露的特定生理反应。

环境中的电磁辐射(EMR)，特别是无线信号，对健康的潜在负面影响引起公众的严重关注。之前的研究发现，小鼠睡眠结构的改变是对长时间无线范围EMR暴露的一种特定生理反应。EMR诱导的生物/生理后果可能受到多个参数的影响，包括电磁场的载波频率、EMR的峰值和平均功率密度、占空比(EMR应用的百分比时间)以及调制的频率和模式。之前的研究中，小鼠暴露于2.4 GHz EMR，峰值功率为64 W，时间平均功率密度为8 W(1/8占空比)，由100 Hz方脉冲调制，显著增加觉醒。

EMR的载波频率和功率密度是决定其生物学后果的两个主要参数。暴露于900 MHz和2 GHz的EMR(两者都广泛用于全球电信)被认为会对人类产生不同的睡眠干扰效应。关键问题是，这种行为变化是否与特定的载波频率有关，如果是的话，是什么物理基础负责感知EMR并调节其影响。遗憾的是，很少有研究直接比较不同EMR载波频率对睡眠结构的影响。已发表的研究多集中于900 MHz载波频率的睡眠效应，2.4 GHz载波频率的研究较少。目前尚不清楚2.4 GHz以外的EMR载波频率是否也会引发小鼠觉醒增加。

调制频率和占空比也可能对生物产生影响。例如，暴露于900 MHz脉冲调制为14 Hz的EMR，而不是217 Hz，会导致NREM睡眠期间12.75至13.25 Hz范围内的脑电图功率增加。暴露于450 MHz调制频率在7 Hz至1000 Hz之间的EMR，会导致脑电图能量水平越来越强，在更高频率下的脑电图节律更高。来自青蛙心脏的钙外排仅受到240 MHz 16 Hz调制EMR的影响，而不受连续波或0.5 Hz调制的影响。鸡胚胎聚集的心脏细胞在连续EMR暴露期间的搏动间隔增加，但在脉冲调制EMR暴露后减少。调制频率可能影响由神经元群耦合形成的神经节律，对大脑功能和睡眠行为带来潜在的变化。目前尚不清楚100赫兹以外的调制频率是否会改变老鼠的睡眠行为

在之前的研究中，研究人员已经建立了研究EMR对小鼠影响的实验系统。在该研究中，作者使用该系统来解决上述关于EMR对小鼠睡眠影响的问题。实验证据明确地表明，睡眠行为的改变取决于EMR调制频率、调制模式和载波频率。长时间暴露于不同频率方脉冲调制的2.4 GHz载频EMR下，小鼠的清醒状态发生了不同的变化。与2.4 GHz相比，935 MHz载波频率对清醒或非快速眼动的影响很小。然后，2.4 GHz EMR与正弦脉冲调制，而不是连续的100 Hz正弦调制，导致觉醒增加。这些发现将特定的生物反应与EMR的特定参数(即载波频率、调制频率和调制模式)联系起来。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313903121

来源 | iNature（公众号）