Основы биологических эффектов плазмы

30 Июня 2024

Новые технологии красоты

01

Нижеперечисленные эффекты воздействия холодной плазмы наблюдаются in vitro (в искусственных условиях):

Уничтожение клеток млекопитающих (эукариотических клеток), в том числе раковых, преимущественно за счёт индукции апоптоза в  зависимости от интенсивности (времени) воздействия плазмы.

Уничтожение микроорганизмов (прокариотических клеток), включая устойчивые к антибиотикам патогены.

Изображение 2
Влияние холодной атмосферной плазмы (ХАП) на организм человека посредством активации окислительно-восстановительных реакций в жидкой фазе
Видимый свет
Электромагнитные поля
Тепловое излучение
Электроны + ионы
Радикалы и химические продукты
УФ-излучение
Геном —> транскриптом —> протеом —> секретом

Стимуляция метаболизма микроорганизмов (прокариотических клеток).

Специфическое/селективное воздействие на клетки млекопитающих (эукариотические клетки):

Стимуляция пролиферации клеток.

Влияние на миграцию клеток.

Влияние на экспрессию поверхностных белков, ответственных за межклеточные и внутриклеточные взаимодействия.

Характер и  объём этих наблюдений in vitro зависят от различных параметров, например, типа исследуемых клеток, клеточной среды (вида и состава окружающей жидкости, например, среды культивирования), используемого источника плазмы и соответствующих параметров плазмы, времени лечения.

Стимуляция течения ангиогенеза.

Однако тот факт, что разные источники плазмы вызывают сходные биологические последствия, привел к основному предположению, что биологические эффекты плазмы могут быть объяснены последовательными базовыми механизмами.

Обратимое воздействие на целостность ДНК, влияние на клеточный цикл.

Обратимая проницаемость клеточных мембран («плазменная порация»).

Нетермическое свёртывание крови.

Особое значение имеет тот факт, что модификация клеточной среды, вызванная плазмой, в большинстве случаев считается вызванной теми же активными формами азота и кислорода, которые возникают при обычном клеточном метаболизме в организме. Они контролируют и связывают физиологические и патологические процессы.

Согласно последним данным, это влияние является результатом сложных взаимодействий между активными (реактивными) соединениями плазмы.

Следовательно, ХАП влияет на передачу клеточных окислительно-восстановительных сигналов посредством временного или постоянного увеличения концентрации активных форм азота и кислорода в жидкой клеточной среде.

Активные формы кислорода и  азота (АФК, АФА, АФКиА), образующиеся или переносимые в жидкие фазы, играют доминирующую роль в биологических эффектах плазмы.

Значительные биологические эффекты плазмы обусловлены плазмоиндуцированными изменениями жидкой среды клеток.

Современное состояние знаний можно резюмировать в  следующих двух фундаментальных представлениях о механизмах биологических эффектов холодной атмосферной плазмы in vitro:

Благодаря локализованному и кратковременному образованию при местном воздействии плазмы, эти вещества могут метаболизироваться посредством регулярных процессов клеточного метаболизма. Следовательно, риск применения плазмы низок, поддаётся оценке и управляем.

Биологически активные (редокс-активные) компоненты плазмы, переходящие в жидкую среду клетки или генерируемые там при плазменной обработке, такие же, как и те, которые возникают в обычных физиологических и биохимических процессах. Из-за высокой реакционной способности их стабильность ограничена. Следовательно, эти компоненты плазмы не могут быть адекватно применены в лекарственной форме и т.п., но могут быть доставлены in statu nascendi (лат. “в состоянии рождения”) путём генерации плазмы.

Активные компоненты плазмы генерируются локально и только на необходимое время применения путём передачи энергии биологически неактивному газу (аргон, гелий, кислород, азот, воздух или их смеси).

Особое и уникальное качество холодной атмосферной плазмы в медицине можно резюмировать в следующих трёх утверждениях:

Экспериментально с помощью протеомики и транскриптомики было доказано, что низкоинтенсивная обработка плазмой (короткое время лечения) приводит к клеточно-стимулирующему эффекту, в то время как высокоинтенсивная обработка плазмой (длительное время лечения) приводит к инактивации/убийству клеток. Такая кинетика биологических эффектов называется гормезисом.

Разная чувствительность разных типов клеток предполагает возможность избирательного плазменного воздействия: в исследовании с использованием моделей клеточных культур Jurkat клетки (Т-лимфоциты) были наиболее чувствительны к холодной атмосферной плазме, тогда как другие клетки (клеточные линии человека, такие как фибробласты MRC5, кератиноциты HaCaT, моноциты THP1) были удивительно устойчивы.

Из-за физиологического присутствия этих окислительно-восстановительных веществ, образующихся в плазме, избыточные концентрации этих веществ могут эффективно противодействовать собственным системам антиоксидантной защиты организма. Следовательно, в обычных условиях любое введение этих активных форм кислорода и азота посредством местного и ограниченного по времени лечения плазмой не вызовет риска нежелательных побочных эффектов.

Редокс-активные соединения, идентифицированные как активные соединения ХАП, играют важную роль в физиологических процессах заживления ран. Это научная основа концепции плазмозаживления ран. Таким образом, действие плазмы поддерживает собственные функции организма, патологически нарушенные, например, при незаживающих хронических ранах.

Важные практические последствия медицинского применения холодной атмосферной плазмы (ХАП) основаны на следующих открытиях из окислительно-восстановительной биологии (редокс-биологии):