[论文解读] 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
本研究提出了一种模拟开放性伤口复杂、受污染表面的琼脂糖凝胶模型，用以模拟等离子体产生的活性氧物种（ROS）向组织中的渗透。通过使用浮动电极介质阻挡放电（FE-DBD），研究人员证实ROS可深入渗透进入凝胶，验证了其作为减少等离子体医学研究中动物使用量的体外替代模型的可靠性。
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.
研究动机与目标
- 开发一种能够真实模拟开放性伤口形态学和生物化学复杂性的体外模型，包括污染和不规则表面。
- 评估由浮动电极介质阻挡放电（FE-DBD）产生的活性氧物种（ROS）向类组织基质中的渗透深度。
- 验证琼脂糖凝胶模型作为体内伤口模型在等离子体治疗研究中的可靠替代品。
- 通过在凝胶模型上预先优化等离子体参数，减少等离子体医学研究中活体动物的使用。
- 确认FE-DBD产生的ROS可深入渗透进入类组织材料，支持其潜在的治疗应用。
提出的方法
- 使用琼脂糖凝胶作为生物仿生基质，模拟包括污垢、血液和油性污染物在内的开放性伤口的结构与生化复杂性。
- 将浮动电极介质阻挡放电（FE-DBD）系统应用于琼脂糖凝胶表面，以生成活性氧物种（ROS）。
- 通过嵌入凝胶中的化学探针或荧光指示剂，定量检测不同深度处的氧化物种，从而测定ROS的渗透深度。
- 将琼脂糖凝胶中的ROS渗透深度与先前测量的在大鼠组织中的渗透深度进行比较，以验证模型的准确性。
- 在模拟真实伤口环境的条件下测试该模型，包括表面不规则性和有机碎屑。
- 通过统计学和形态学比较，确认琼脂糖凝胶能够复现实际组织中观察到的ROS扩散动力学。
实验结果
研究问题
- RQ1琼脂糖凝胶模型能否准确模拟活性氧物种（ROS）向类组织基质中的渗透深度？
- RQ2凝胶表面污染物（如血液、油类、碎屑）的存在如何影响ROS的渗透深度？
- RQ3FE-DBD等离子体源在多大程度上能生成可深入渗透进入类组织基质的ROS？
- RQ4琼脂糖凝胶模型能否可靠地替代体内动物模型，用于优化等离子体治疗参数？
- RQ5伤口表面的形态复杂性在多大程度上影响ROS的分布与渗透？
主要发现
- 琼脂糖凝胶模型成功复现了在大鼠组织中观察到的ROS渗透深度，证实其作为组织替代物的有效性。
- 由FE-DBD产生的活性氧物种可深入渗透进入琼脂糖凝胶，其渗透深度与实际大鼠组织中测得的深度相当。
- 表面污染物（如血液和油类）并未显著阻碍ROS的渗透，表明等离子体生成物种的强韧性能。
- 该模型在多次试验中表现出一致且可重复的ROS分布模式，支持其在实验中的可靠性。
- 琼脂糖凝胶系统能够准确预测等离子体治疗结果，从而减少对体内验证的需求。
- 本研究证实，FE-DBD可生成能深入渗透进入复杂、类伤口环境的ROS，支持其在治疗中的潜在应用。
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