Medicina cu plasmă

Plasmele de temperatură joasă care pot fi generate la presiunea atmosferică și la temperaturi sub 40°C au deschis în ultimele două decenii o nouă frontieră în aplicațiile cu plasmă: aplicațiile biomedicale. Aceste surse de plasmă produc agenți, cum ar fi specii reactive (radicali și non-radicali), particule încărcate, fotoni și câmpuri electrice, care au efecte biologice de impact. Anchetatorii au fost ocupați să elucideze mecanismele fizice și biochimice prin care plasma la temperatură scăzută afectează celulele biologice la scară macroscopică și microscopică. O înțelegere aprofundată a acestor mecanisme este obligată să conducă la dezvoltarea de noi terapii medicale pe bază de plasmă. Această mini recenzie introduce cititorul în acest domeniu de cercetare multidisciplinar interesant.

Medicina cu plasmă se referă la utilizarea plasmelor cu presiune atmosferică la temperatură joasă pentru a genera cantități controlabile de specii specifice reactive chimice care sunt transportate pentru a reacționa cu ținte biologice, inclusiv celule și țesuturi. Realizarea remarcabilă a acestei aplicații cu plasmă este că a durat doar aproximativ 25 de ani pentru a o duce de la descoperirea inițială, la etapa de investigare științifică fundamentală și, în cele din urmă, la aplicații pe pacienți reali. Cum s-a întâmplat asta într-un timp relativ scurt? Un răspuns scurt la această întrebare este că, deși domeniul a început într-un mod destul de modest și neașteptat, comunitatea de fizică a plasmei nu a durat mult să-și realizeze marele potențial și promisiunea revoluționară. Acest lucru a fost accentuat de recrutarea de experți în știința sănătății (biochimiști, microbiologi etc.) care s-au alăturat diferitelor eforturi de cercetare și au avansat mult cercetările în curs. Până în prezent, mecanismele de acțiune a plasmei asupra celulelor și țesuturilor nu sunt încă pe deplin înțelese, dar corpul de cunoștințe a crescut constant, iar înțelegerea noastră s-a extins semnificativ pentru a include o înțelegere relativ bună a căilor fizice și biochimice prin care plasma are un impact biologic. materie.

Domeniul a început la mijlocul anilor 1990 prin câteva experimente cu dovezi de principiu care au arătat că plasma la temperatură joasă (LTP) posedă proprietăți bactericide eficiente. S-a realizat încă de la început că speciile reactive generate de LTP, care includ speciile reactive de oxigen (ROS) și speciile reactive de azot (RNS) au jucat un rol esențial în rezultatele biologice observate. De asemenea, a devenit rapid evident că LTP poate fi folosit nu numai pentru a inactiva agenți patogeni, cum ar fi bacteriile, pe suprafețele abiotice, dar poate fi folosit și pentru dezinfectarea țesuturilor biologice și, prin urmare, poate fi folosit pentru vindecarea rănilor. La timp, aceste idei îndrăznețe timpurii, susținute de câteva date experimentale preliminare, au rezonat puternic în comunitatea de cercetare LTP, care până atunci (în jurul anului 2005) și-a dat seama ce însemnau aceste aplicații noi, promițătoare, dar nu pe deplin explorate, și s-au alăturat în masă acestui domeniu de cercetare emergentă. . În consecință, progresele și noi repere au fost atinse cu o viteză relativ „break gât”, iar la începutul celui de-al doilea deceniu al anilor 2000, studiile clinice pe răni cronice au fost efectuate cu oarecare succes. În plus, s-au descoperit că doze mici de LTP ucid selectiv celulele canceroase fără a le dăuna pe cele sănătoase. Acest lucru a deschis o altă cale de cercetare denumită uneori „oncologie plasmatică”. Anchetatorii de la laboratoarele de cercetare din întreaga lume au raportat rezultate promițătoare in vitro și in vivo privind uciderea diferitelor linii de celule canceroase (a se vedea recenzia și referințele din aceasta). Liniile celulare au inclus cele asociate cu leucemie, carcinom, cancer de sân, cancer de creier, cancer de prostată, cancer colorectal etc. În plus, mai recent, plasma rece a fost utilizată în Germania în studii preliminare limitate ca terapie paliativă pentru pacienții cu cancer de cap și gât. Diferitele eforturi descrise mai sus au culminat în cele din urmă cu aprobarea de către Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) a primelor studii clinice din SUA în 2019. Aceasta constituie încă o piatră de hotar majoră pentru eforturile de a dezvolta noi terapii pentru cancer bazate pe LTP.

În această mini recenzie, sunt prezentate mai întâi descrieri ale surselor de LTP utilizate în medicina cu plasmă, apoi sunt descrise pe scurt câteva aplicații medicale majore.

Aplicații ale plasmei reci în biologie și medicină
Primele experimente inovatoare folosind plasmă la presiune atmosferică la temperatură joasă pentru aplicații biomedicale au fost efectuate într-un deceniu cuprins între 1995 și 2004. Primele experimente au implicat utilizarea descărcării barierei dielectrice pentru a inactiva bacteriile pe suprafețe și în lichide și pentru a genera plasmă pulsată în soluții saline pentru aplicații chirurgicale. Au urmat în curând lucrările privind utilizarea plasmei reci pentru dezinfecția rănilor, creșterea proliferării fibroblastelor și detașarea celulelor. În cele din urmă, aceste lucrări seminale au atras interesul comunității de cercetare a plasmei la temperaturi scăzute, iar domeniul a cunoscut o creștere substanțială în anii de după 2005 și până în prezent. Aplicații în vindecarea rănilor, stomatologie, tratamentul cancerului etc. au fost de atunci urmărite în diverse laboratoare și centre de cercetare din întreaga lume, ducând la o creștere remarcabilă a numărului de manuscrise de reviste pe această temă și la publicarea mai multor cărți.

Capacitatea plasmei atmosferice reci de a inactiva bacteriile a câștigat recent mai multă relevanță, deoarece societatea modernă se confruntă cu mai multe provocări grave în domeniul sănătății. Printre acestea se numără:Tulpinile de bacterii rezistente la antibiotice, cum ar fi Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA) și Clostridium difficile (C-diff) sunt surse de infecție dobândită în spital (HAI), care poate fi fatală pentru pacienții cu un sistem imunitar compromis. Rănile cronice, precum ulcerele diabetice, nu se vindecă ușor sau deloc, iar una dintre probleme este nivelul ridicat de infecție cauzat de un spectru de bacterii. Incapacitatea metodelor convenționale de a face față în mod satisfăcător acestor probleme a necesitat necesitatea unor abordări noi bazate pe noi tehnologii. S-a demonstrat că plasma atmosferică rece inactivează eficient bacteriile cum ar fi MRSA și reduce foarte mult sarcina biologică a rănilor cronice infectate, făcându-l o tehnologie foarte atractivă care poate fi folosită pentru a ajuta la depășirea provocărilor enumerate mai sus. În 2010, au avut loc primele studii clinice privind tratamentul rănilor cronice cu plasmă atmosferică rece și au dat rezultate încurajatoare. Astăzi există pe piață mai multe dispozitive cu plasmă care au fost licențiate ca instrumente medicale și care pot fi utilizate în medicină, inclusiv în tratamentul diferitelor boli dermatologice.

LTP poate fi aplicat în două moduri diferite. Primul este ceea ce se numește expunere „directă”. În acest mod de aplicare, plasma intră în contact direct cu ținta biologică și, prin urmare, toți agenții produși de plasmă acționează asupra celulelor/țesuturilor. Al doilea mod este ceea ce se numește expunere „indirectă”. În acest caz, este utilizată doar luminozitatea ulterioară a plasmei sau plasma este folosită mai întâi pentru a activa un mediu lichid, apoi lichidul activat cu plasmă este aplicat deasupra celulelor/țesuturilor. Unul dintre avantajele acestuia din urmă este că lichidul activat cu plasmă (PAL) poate fi stocat și utilizat ulterior, oferind un grad de flexibilitate pe care expunerea directă nu îl oferă.