[논문 리뷰] Treatment of gastric cancer cells with non-thermal atmospheric plasma generated in water

Zhitong Chen, Li Lin외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 15.

Plasma Applications and Diagnostics참고 문헌 34인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 인체 위암 세포(NCl-N87)에 대한 새로운 치료법으로 탈온수에서 생성된 비열성 대기압 플라즈마(NTAP)를 조사한다. 플라즈마는 반응성 산소 및 질소 종(ROS/RNS)으로 풍부하며, 30분간의 치료 기간 동안 암세포에서 급격한 세포자멸사를 유도한다. 이때 RNS가 세포사멸을 유도하는 데 더 중요한 역할을 하며, 더 깊은 종양층을 표적으로 삼는 비침습적 접근법으로서의 잠재력이 높다.

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.

연구 동기 및 목표

• 물에서 생성된 비열성 대기압 플라즈마(NTAP)를 위암 치료의 새로운 치료법으로 탐색하기 위해.
• 직접 NTAP 조사로 인한 표면만의 세포자멸사 문제를 해결하기 위해 플라즈마 처리된 물을 사용함으로써.
• 반응성 산소 종(ROS)과 반응성 질소 종(RNS)이 인간 위암 세포에서 세포자멸사를 유도하는 데 미치는 역할을 조사하기 위해.
• NCl-N87 세포에서 최대의 세포자멸사 효과를 얻기 위한 최적의 치료 시간을 규명하기 위해.

제안 방법

• 비열성 대기압 플라즈마(NTAP)는 아르곤 가스 방전 시스템을 사용하여 탈온수에서 생성되었다.
• 플라즈마 처리된 물은 다양한 기간 동안 배양된 인간 위암 세포(NCl-N87)에 적용되었으며, 이 중 30분 치료 기간이 포함되었다.
• 플라즈마 처리된 물 내의 반응성 산소 종(ROS)과 반응성 질소 종(RNS) 농도를 측정하여 세포사멸에 기여하는 정도를 평가하였다.
• 치료 후 NCl-N87 세포의 세포자멸사를 유량 분석기 및 기타 생존율 분석을 통해 정량화하였다.
• 통제 조건 하에서 치료 결과를 비교함으로써 ROS와 RNS가 세포자멸사에 기여하는 상대적 기여도를 평가하였다.
• 비교를 위해 처리되지 않은 세포의 대조군과 알려진 세포자멸사 유도제를 사용한 양성 대조군을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물에서 생성된 비열성 플라즈마가 인간 위암 세포(NCl-N87)에서 효과적으로 세포자멸사를 유도하는가?
• RQ2 플라즈마 처리된 물을 사용할 경우 위암 세포에서 최대의 세포자멸사 효과를 얻기 위한 최적의 치료 시간은 무엇인가?
• RQ3 이 시스템에서 반응성 산소 종(ROS)이 세포자멸사에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 이 시스템에서 반응성 질소 종(RNS)이 세포자멸사에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 이 조건에서 RNS가 ROS보다 세포자멸사 유도에 더 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 탈온수에서 생성된 플라즈마로 30분간 치료한 결과, NCl-N87 위암 세포에서 가장 강력한 세포자멸사 효과를 보였다.
• 플라즈마 처리된 물에 노출된 세포에서 가장 높은 수준의 세포자멸사가 관찰되어 반응성 종의 효과적인 전달이 이루어졌음을 시사한다.
• 플라즈마 처리된 물에서 반응성 산소 종(ROS)이 검출되었으며, 세포사멸에 기여하였다.
• 반응성 질소 종(RNS)이 위암 세포에서 세포자멸사를 촉진하는 데 ROS보다 더 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.
• 이 연구는 물에 생성된 플라즈마 종이 표면층을 넘어서 세포에 영향을 미칠 수 있음을 확인하여, 직접 NTAP 조사의 핵심적인 한계를 극복함을 시사한다.
• 결과적으로 이 암세포 모델에서 RNS가 ROS보다 세포자멸사 매개체로서 더 강력할 수 있음을 시사한다.