冷たい大気プラズマ処理の抗膠芽細胞腫効果：物理的経路v.s.化学的経路

The anti-glioblastoma effect of cold atmospheric plasma treatment: physical pathway v.s. chemical pathway.

• Dayun Yan
• Qihui Wang
• Alisa Malyavko
• Denis B Zolotukhin
• Manish Adhikari
• Jonathan H Sherman
• Michael Keidar

抄録

室温に近いイオン化ガスであるコールドアトランティックプラズマ（ＣＡＰ）は、医学の多くの分野、特に癌治療における潜在的な応用が示されている。これまでの研究では、癌細胞および他の哺乳類細胞に対するＣＡＰの生物学的効果は、ＣＡＰ中の化学的因子、特に反応性種のみに基づいていた。そのため、プラズマ医学は反応性種に基づく医学とされ、CAPにおける熱効果、紫外線照射、電磁効果などの物理的要因は無視できないものとされてきた。本研究では、物理的CAP治療の膠芽腫細胞への影響を調べた。その結果、CAPの物理的要因が、CAP処理したアストロサイトの正の選択性を回復させることを初めて実証した。積極的な選択性は、細胞膜からのバルク水の漏出を特徴とする膠芽腫細胞の新たな細胞死である壊死の結果であった。物理ベースのCAP治療は、反応性種に対する細胞の感受性に完全に依存していた従来の化学ベースのCAP治療の大きな限界を克服しました。物理的なCAP治療は、非侵襲性の抗腫瘍ツールとして、より深い組織に位置する腫瘍に広く応用できる可能性があります。

Cold atmospheric plasma (CAP), a near room temperature ionized gas, has shown potential application in many branches of medicine, particularly in cancer treatment. In previous studies, the biological effect of CAP on cancer cells and other mammalian cells has been based solely on the chemical factors in CAP, particularly the reactive species. Therefore, plasma medicine has been regarded as a reactive species-based medicine, and the physical factors in CAP such as the thermal effect, ultraviolet irradiation, and electromagnetic effect have been regarded as ignorable factors. In this study, we investigated the effect of a physical CAP treatment on glioblastoma cells. For the first time, we demonstrated that the physical factors in CAP could reinstate the positive selectivity on CAP-treated astrocytes. The positive selectivity was a result of necrosis, a new cell death in glioblastoma cells characterized by the leak of bulk water from the cell membrane. The physically-based CAP treatment overcomed a large limitation of the traditional chemically based CAP treatment, which had complete dependence on the sensitivity of cells to reactive species. The physically-based CAP treatment is a potential non-invasive anti-tumor tool, which may have wide application for tumors located in deeper tissues.