Войти
Плазменная медицина - это развивающаяся область, которая объединяет физику плазмы, науки о жизни и клиническую медицину. Он изучается в дезинфекции, лечении и раке. Большая часть исследований проводится in vitro и на животных моделях.
Он использует ионизированный газ (физическую плазму) в медицинских или стоматологических целях. Плазма, часто называемая четвертым состоянием вещества, представляет собой ионизированный газ, содержащий положительные ионы и отрицательные ионы или электроны, но в целом приблизительно нейтрален по заряду. Источниками плазмы, используемыми для плазменной медицины, обычно являются низкотемпературные плазмы, генерирующие ионы, химически активные атомы и молекулы, а также УФ-фотоны. Эти генерируемые плазмой активные частицы полезны для нескольких биомедицинских применений, таких как стерилизация имплантатов и хирургических инструментов, а также для изменения свойств поверхности биоматериала. Также возможны чувствительные применения плазмы, такие как обработка плазмой человеческого тела или внутренних органов в медицинских целях. Эта возможность интенсивно исследуется исследовательскими группами по всему миру в рамках междисциплинарной области исследований, называемой «плазменная медицина».
Источники плазмы, используемые в плазменной медицине, обычно представляют собой «низкотемпературные» источники плазмы, работающие при атмосферном давлении. В этом контексте низкая температура относится к температурам, близким к комнатной, обычно немного выше. Во избежание ожогов существует строгий верхний предел 50 ° C при обработке тканей. Плазма ионизирована только частично, менее 1 ppm газа является заряженными частицами, а остальная часть состоит из нейтрального газа.
Разряды с диэлектрическим барьером - это тип источника плазмы, который ограничивает ток с помощью диэлектрика, покрывающего один или оба электрода. Обычное устройство DBD содержит два плоских электрода, по крайней мере, один из которых покрыт диэлектрическим материалом, а электроды разделены небольшим зазором, который называется разрядным промежутком. DBD обычно управляются высокими переменными напряжениями с частотами в диапазоне кГц. Чтобы использовать источники питания постоянного тока и 50/60 Гц, исследователи разработали резистивный барьерный разряд (RBD). Однако для медицинского применения устройств DBD само человеческое тело может служить одним из двух электродов, поэтому его достаточно для создания источников плазмы, состоящих только из одного электрода, покрытого диэлектриком, например оксидом алюминия. или кварц. DBD для медицинских применений, таких как инактивация бактерий, лечение кожных заболеваний и ран, лечение опухолей и дезинфекция поверхности кожи, в настоящее время исследуются. Лечение обычно проходит на воздухе помещения. Обычно они питаются от напряжения смещения в несколько киловольт с использованием источников переменного или импульсного питания.
Плазменные форсунки атмосферного давления (APPJ) представляют собой совокупность источников плазмы, которые используют поток газа для доставки реактивных частиц, образующихся в плазме, к ткани или образцу. Используемый газ обычно представляет собой гелий или аргон, иногда с небольшим количеством (< 5%) of O2, H 2 O или N 2, смешанных для увеличения производства химически реактивных атомы и молекулы. Использование благородного газа поддерживает низкие температуры и упрощает создание стабильного разряда. Газовый поток также служит для создания области, в которой комнатный воздух контактирует и диффундирует в благородный газ, то есть где образуется большая часть реактивных частиц.
Существует большое разнообразие конструкций струй, используемых в экспериментах. Многие APPJ используют диэлектрик для ограничения тока, как и в DBD, но не все. Те, которые используют диэлектрик для ограничения тока обычно состоит из трубки из кварца или оксида алюминия с обернутым снаружи высоковольтным электродом. Также может быть заземленный электрод, обернутый вокруг внешней стороны диэлектрической трубки. Конструкции, в которых диэлектрик не используется для Для ограничения тока используйте высоковольтный штыревой электрод в центре кварцевой трубки. возбуждают волны ионизации, которые начинаются внутри струи и распространяются наружу, смешиваясь с окружающим воздухом. Хотя плазма может выглядеть непрерывной, на самом деле это серия ионизационных волн или «плазменных пуль». Эта волна ионизации может воздействовать на обрабатываемую ткань или не лечить. Прямой контакт плазмы с тканью или образцом может привести к значительно большему количеству реактивных частиц, заряженных частиц и фотонов, доставленных к образцу.
Один тип конструкции, в которой не используется диэлектрик для ограничения ток - это два плоских электрода, между которыми проходит поток газа. В этом случае плазма не выходит из струи, и до образца попадают только нейтральные атомы, молекулы и фотоны.
Большинство устройств этого типа производят тонкие (миллиметровый диаметр) плазменные струи, большие поверхности можно обрабатывать одновременно путем соединения множества таких струй или с помощью многоэлектродных систем. Можно обрабатывать значительно большие поверхности, чем с помощью отдельной струи. Кроме того, расстояние между устройством и кожей в определенной степени может меняться, поскольку кожа не требуется в качестве плазменного электрода, что значительно упрощает использование на пациенте. Струи низкотемпературной плазмы используются в различных биомедицинских приложениях, от инактивации бактерий до уничтожения раковых клеток.
Плазменную медицину можно разделить на три основных направления:
Одной из проблем является нанесение нетепловой плазмы непосредственно на поверхность тела человека или на внутренние органы. В то время как для модификации поверхности и биологической дезактивации могут использоваться плазмы как низкого давления, так и атмосферного давления, для прямого терапевтического применения применимы только источники плазмы атмосферного давления .
Высокая реакционная способность плазмы является результатом различных компонентов плазмы: электромагнитного излучения (УФ / ВУФ, видимый свет, ИК, высокочастотные электромагнитные поля и т. Д.), С одной стороны, и ионы, электроны и химически активные вещества, в первую очередь радикалы, с одной стороны. Другие. Помимо применения хирургической плазмы, такой как аргоноплазменная коагуляция (APC), которая основана на высокоинтенсивных летальных эффектах плазмы, в литературе задокументированы первые и спорадические нетепловые терапевтические применения плазмы. Однако базовые представления о механизмах воздействия плазмы на различные компоненты живых систем находятся на ранней стадии. Фундаментальные знания механизмов взаимодействия плазмы с живыми клетками и тканями особенно важны в качестве научной основы для области прямого терапевтического применения плазмы.
Хотя в экспериментах было замечено много положительных результатов, неясно, каков доминирующий механизм действия для любого применения в плазменной медицине. При плазменной обработке образуются активные формы кислорода и азота, в том числе свободные радикалы. К этим видам относятся O, O3, OH, H2O2, HO2, NO, ONOOH и многие другие. Это увеличивает окислительный стресс на клетках, что может объяснять избирательное уничтожение раковых клеток, которые уже подвергаются окислительному стрессу. Кроме того, прокариотические клетки могут быть более чувствительны к окислительному стрессу, чем эукариотические клетки, что позволяет избирательно убивать бактерии.
Из исследований электропорации известно, что электрические поля могут влиять на клеточные мембраны. Электрические поля на клетках, обрабатываемых плазменной струей, могут быть достаточно высокими, чтобы вызвать электропорацию, которая может напрямую влиять на поведение клеток, или может просто позволить большему количеству реактивных частиц проникнуть в клетку. Известно, что как физические, так и химические свойства плазмы вызывают поглощение наноматериалов клетками. Например, поглощение наночастиц золота размером 20 нм можно стимулировать в раковых клетках с помощью нелетальных доз холодной плазмы. Механизмы захвата включают как энергозависимый эндоцитоз, так и энергонезависимый транспорт через клеточные мембраны. Основным путем ускоренного эндоцитоза наночастиц после воздействия холодной плазмы является клатрин-зависимый путь восстановления мембраны, вызванный перекисным окислением липидов и повреждением клеточной мембраны.
Роль иммунной системы в плазменной медицине в последнее время стала очень убедительной. Возможно, что реактивные частицы, внесенные в плазму, задействуют системный иммунный ответ.
