[論文レビュー] Treatment of gastric cancer cells with non-thermal atmospheric plasma generated in water

Zhitong Chen, Li Lin+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2016

Plasma Applications and Diagnostics参考文献 34被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、無熱大気圧プラズマ（NTAP）が脱イオン水内で生成されることにより、ヒト胃がん細胞（NCl-N87）に対する画期的な治療法としての可能性を調査した。反応性酸素種および窒素種（ROS/RNS）を豊富に含むプラズマは、30分間の処理でがん細胞に顕著なアポトーシスを誘発した。特に、細胞死を引き起こす要因としてROSよりもRNSの役割がより重要であることが示された。これは、より深い腫瘍層に標的を定める非侵襲的アプローチとして有望である。

ABSTRACT

Non-thermal atmospheric plasma (NTAP) can be applied to living tissues and cells as a novel technology for cancer therapy. Even though studies report on the successful use of NTAP to directly irradiate cancer cells, this technology can cause cell death only in the upper 3-5 cell layers. We report on a NTAP argon solution generated in DI water for treating human gastric cancer cells (NCl-N87). Our findings showed that the plasma generated in DI water during a 30-minute treatment had the strongest affect in inducing apoptosis in cultured human gastric cancer cells. This result can be attributed to presence of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) produced in water during treatment. Furthermore, the data showed that elevated levels of RNS may play an even more significant role than ROS in the rate of apoptosis in gastric cancer cells.

研究の動機と目的

• 水内で生成される非熱大気圧プラズマ（NTAP）を胃がん治療の新しい治療法として検討すること。
• 直接的なNTAP照射による表面限定の細胞死の制限を克服するため、プラズマ処理水を用いること。
• 反応性酸素種（ROS）および反応性窒素種（RNS）がヒト胃がん細胞におけるアポトーシスを誘発する役割を調査すること。
• NCl-N87細胞における最大のアポトーシス効果を得るための最適な処理時間を特定すること。

提案手法

• アルゴンガス放電システムを用いて、脱イオン（DI）水内で非熱大気圧プラズマ（NTAP）を生成した。
• 生成されたプラズマ処理水を、培養されたヒト胃がん細胞（NCl-N87）に、さまざまな時間、特に30分間の処理期間を含めて適用した。
• プラズマ処理水内の反応性酸素種（ROS）および反応性窒素種（RNS）の濃度を測定し、細胞死に与える寄与を評価した。
• 処理後、流式細胞計数法およびその他の生存率アッセイを用いて、NCl-N87細胞におけるアポトーシスを定量した。
• 制御された条件下での処理結果を比較することで、ROSおよびRNSがアポトーシスに与える相対的寄与を評価した。
• 比較のため、未処理の対照群および既知のアポトーシス誘導剤を用いた陽性対照群を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 水内で生成される非熱プラズマは、ヒト胃がん細胞（NCl-N87）に効果的にアポトーシスを誘発するか？
• RQ2 プラズマ処理水を用いた胃がん細胞における最大のアポトーシス効果を得るための最適な処理時間は何か？
• RQ3 この系において、反応性酸素種（ROS）はアポトーシスにどの程度寄与しているか？
• RQ4 この系において、反応性窒素種（RNS）はアポトーシスにどの程度寄与しているか？
• RQ5 これらの条件下で、RNSはROSよりもアポトーシスを誘発する上でより顕著な影響を示すか？

主な発見

• 脱イオン水内で生成されたプラズマを30分間処理することで、NCl-N87胃がん細胞へのアポトーシス効果が最大となった。
• プラズマ処理水にさらされた細胞に最も高いアポトーシス率が観察され、反応性種の効果的な細胞内送達が示された。
• プラズマ処理水に反応性酸素種（ROS）が検出され、細胞死に寄与した。
• 反応性窒素種（RNS）は、胃がん細胞におけるアポトーシス促進において、ROSよりもさらに顕著な役割を果たした。
• 本研究は、水内に生成されたプラズマ由来種が表面層を超えて浸透し、細胞に影響を与えることができることを確認した。これは、直接的なNTAP照射の主な制限要因を克服した。
• 結果から、このがん細胞モデルにおいて、RNSがROSよりも効果的なアポトーシス媒介因子である可能性が示唆された。