[논문 리뷰] Penetration Deep into Tissues of Reactive Oxygen Species Generated in Floating-Electrode Dielectric Barrier Discharge (FE-DBD): in Vitro Agarose Gel Model Mimicking an Open Wound

Danil Dobrynin, Gregory Fridman외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 14.

Plasma Applications and Diagnostics참고 문헌 21인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 열린 상처의 복잡하고 오염된 표면을 모의하는 아가로스 젤 모델을 소개하여 플라즈마가 생성하는 활성 산소종(ROS)이 조직으로 침투하는 것을 시뮬레이션한다. 플로팅 전극 다이에렉트 블록 방식의 비틀림 방식(Fe-DBD)을 사용하여 연구자들은 젤 내부로 깊숙이 ROS가 침투하는 것을 입증하였으며, 이는 동물 사용을 줄이기 위한 *in vitro* 대체 모델로의 활용 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

In this manuscript we present an in vitro model based on agarose gel that can be used to simulate a dirty, oily, bloody, and morphologically complex surface of, for example, an open wound. We show this models effectiveness in simulating depth of penetration of reactive species generated in plasma deep into tissue of a rat and confirm the penetration depths with agarose gel model. We envision that in the future such a model could be used to study plasma discharges (and other modalities) and minimize the use of live animals: plasma can be optimized on the agarose gel wound model and then finally verified using an actual wound.

연구 동기 및 목표

• 열린 상처의 형태학적 및 생화학적 복잡성을 실제 모의하는 *in vitro* 모델을 개발함으로써, 오염 및 비정규 표면을 포함한 복잡한 특성을 반영하고자 한다.
• 플로팅 전극 다이에렉트 블록 방식(Fe-DBD)에 의해 생성된 활성 산소종(ROS)이 조직 유사 매트릭스로의 침투 깊이를 평가하고자 한다.
• 아가로스 젤 모델이 플라즈마 치료 연구에서 *in vivo* 상처 모델의 신뢰할 수 있는 대체재로 사용될 수 있음을 검증하고자 한다.
• 플라즈마 매개변수를 젤 모델에서 사전 최적화함으로써 생체 실험에서의 동물 사용을 최소화하고자 한다.
• FE-DBD에서 생성된 ROS가 복잡한 조직 유사 환경으로 깊숙이 침투할 수 있음을 확인함으로써 임상적 응용 가능성을 뒷받침하고자 한다.

제안 방법

• 아가로스 젤을 사용하여 혈액, 먼지, 기름기 있는 오염물질 등이 포함된 열린 상처의 구조적 및 생화학적 복잡성을 모의하는 생체모방 매트릭스로 활용하였다.
• 플로팅 전극 다이에렉트 블록 방식(Fe-DBD) 시스템을 아가로스 젤 표면에 적용하여 활성 산소종(ROS)을 생성하였다.
• 산화성 종을 다양한 깊이에서 감지하기 위해 젤 내부에 삽입된 화학적 프로브 또는 형광 지시제를 사용하여 ROS의 침투 깊이를 정량화하였다.
• 이전에 측정된 흰쥐 조직에서의 침투 깊이와 비교하여 젤 모델의 정확도를 검증하였다.
• 비정규 표면 및 유기 오염물이 존재하는 실제 상처 환경을 모의한 조건에서 모델을 시험하였다.
• 통계적 및 형태학적 비교를 통해 아가로스 젤이 실제 조직에서 관찰된 ROS 확산 역학을 잘 재현하고 있음을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아가로스 젤 모델이 조직 유사 매트릭스로의 활성 산소종(ROS) 침투 깊이를 정확하게 모의할 수 있는가?
• RQ2 젤 표면에 존재하는 오염물(예: 혈액, 기름, 잔여물)이 ROS 침투 깊이에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 플로팅 전극 다이에렉트 블록 방식(Fe-DBD) 플라즈마 소스가 조직 유사 매트릭스로 깊숙이 ROS를 생성하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 아가로스 젤 모델이 플라즈마 치료 매개변수 최적화를 위한 *in vivo* 동물 모델을 신뢰성 있게 대체할 수 있는가?
• RQ5 상처 표면의 형태학적 복잡성이 ROS 분포 및 침투에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 아가로스 젤 모델은 흰쥐 조직에서 관찰된 ROS 침투 깊이를 성공적으로 모의하여, 조직 대체재로서의 타당성을 확인하였다.
• FE-DBD에 의해 생성된 활성 산소종(ROS)은 아가로스 젤 깊숙이 침투하였으며, 실제 흰쥐 조직에서 측정된 깊이와 유사한 침투 깊이를 보였다.
• 혈액 및 기름기 오염물과 같은 표면 오염물이 ROS 침투를 유의미하게 저해하지 않았으며, 플라즈마에 의해 생성된 종의 강건성을 시사하였다.
• 여러 시행에 걸쳐 일관되고 재현 가능한 ROS 분포 패턴을 보였으며, 이는 실험적 사용에 대한 신뢰성을 뒷받침하였다.
• 아가로스 젤 시스템은 플라즈마 치료 결과를 정확하게 예측할 수 있었으며, *in vivo* 검증이 필요한 양상을 줄였다.
• 본 연구는 FE-DBD가 복잡한 상처 유사 환경으로 깊숙이 ROS를 침투시킬 수 있음을 확인하였으며, 임상적 응용 가능성을 뒷받침한다.