[论文解读] 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 10

一句话总结

本研究探讨了在去离子水中生成的非热大气压等离子体（NTAP）作为一种新型疗法对人胃癌细胞（NCl-N87）的作用。该等离子体富含活性氧和氮物种（ROS/RNS），在30分钟处理后显著诱导癌细胞凋亡，其中RNS在触发细胞死亡方面比ROS起着更关键的作用，为靶向深层肿瘤组织提供了有前景的非侵入性方法。

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.

研究动机与目标

• 探讨在水中生成的非热大气压等离子体（NTAP）作为一种新型胃癌疗法的潜力。
• 通过使用等离子体处理过的水，克服直接NTAP照射仅导致表层细胞死亡的局限性。
• 研究活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS）在诱导人胃癌细胞凋亡中的作用。
• 确定在NCl-N87细胞中实现最大凋亡效应的最优处理时间。

提出的方法

• 使用氩气放电系统在去离子（DI）水中生成非热大气压等离子体（NTAP）。
• 将处理过的等离子体水应用于培养的人胃癌细胞（NCl-N87）中，处理时间各异，包括30分钟的处理周期。
• 测量处理过的等离子体水中活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS）的水平，以评估其对细胞死亡的贡献。
• 通过流式细胞术及其他活力检测方法，量化NCl-N87细胞在处理后的凋亡情况。
• 通过在受控条件下比较处理结果，评估ROS和RNS对凋亡的相对贡献。
• 本研究设置了未经处理的对照组以及已知凋亡诱导剂的阳性对照组，以供比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在水中生成的非热等离子体是否能有效诱导人胃癌细胞（NCl-N87）的凋亡？
• RQ2 使用等离子体处理过的水对胃癌细胞进行治疗时，实现最大凋亡效应的最优处理时间是什么？
• RQ3 活性氧物种（ROS）在该系统中对凋亡的贡献程度如何？
• RQ4 活性氮物种（RNS）在该系统中对凋亡的贡献程度如何？
• RQ5 在这些条件下，RNS是否比ROS在触发胃癌细胞凋亡方面更具影响力？

主要发现

• 在去离子水中生成的等离子体进行30分钟处理，对NCl-N87胃癌细胞的凋亡效应最强。
• 在暴露于等离子体处理过的水的细胞中观察到最高的凋亡水平，表明活性物种的有效传递。
• 在等离子体处理过的水中检测到活性氧物种（ROS），并对其细胞死亡起到了贡献。
• 活性氮物种（RNS）在促进胃癌细胞凋亡方面的作用甚至比ROS更为显著。
• 本研究证实，水中生成的等离子体物种能够穿透并影响表层以下的细胞，克服了直接NTAP照射的关键局限性。
• 结果表明，在该癌细胞模型中，RNS可能是比ROS更具效力的凋亡介导因子。