トランスバリア寒冷大気圧プラズマによる物理的に誘発された細胞死のがん治療

A Physically Triggered Cell Death via Transbarrier Cold Atmospheric Plasma Cancer Treatment.

• Dayun Yan
• Qihui Wang
• Manish Adhikari
• Alisa Malyavko
• Li Lin
• Denis Zolotukhin
• Xiaoliang Yao
• Megan Kirschner
• Jonathan H Sherman
• Michael Keidar

抄録

コールドアトランティックプラズマ(CAP)は、反応性の高い種からなる室温付近の電離ガスで、熱放射、紫外線(UV)、電磁波(EM)を発生します。CAPはまた、熱放射、紫外線（UV）放射、電磁波（EM）を発生させます。これまでのところ、CAPの生物学的影響はほとんどすべてCAPの化学的要因に依存しています。ここでは、まず、CAPからのEM放出が、トランスバリア非接触法によりメラノーマ細胞の死滅につながることを示します。反応性種と比較して、物理的要因の効果は、反応性種耐性メラノーマ細胞株B16F10において、はるかに強い増殖抑制を引き起こす。このような物理的に誘発される成長阻害は、細胞からバルク溶液が急速に漏出し、細胞質の収縮と細胞膜上のバブリングをもたらすことを特徴とする新しい細胞死タイプによるものである。物理的に基づくCAPが誘発する細胞死は、バルクCAPと細胞の間にマクロスケールのギャップがあっても発生する可能性があり、それは空気ギャップ（〜8 mm）とディッシュまたはプレートの誘電体材料（〜1 mm）を含む。大きすぎるギャップまたは小さすぎるギャップのいずれかが、そのような細胞死を抑制する。物理的に誘発された細胞圧力は、細胞にバブリングを引き起こす可能性がありますが、これは細胞外浸透圧を介して低張性環境では抑制することができます。この研究は、CAPを物理的に誘発する非侵襲的な癌治療法として使用するための基盤を構築するものである。

Cold atmospheric plasma (CAP), is a near room temperature ionized gas composed of highly reactive species. CAP also generates thermal radiation, ultraviolet (UV) radiation, and electromagnetic (EM) waves. So far, nearly all biological effects of CAP have relied on the chemical factors in CAP. Here, we first show that the EM emission from CAP can lead to the death of melanoma cells via a transbarrier contactless method. Compared with reactive species, the effect of the physical factors causes much stronger growth inhibition on a reactive species-resistant melanoma cell line B16F10. Such a physically-triggered growth inhibition is due to a new cell death type, characterized by the rapid leakage of bulk solutions from the cells, resulting in cytoplasm shrinkage and bubbling on the cell membrane. The physically-based CAP-triggered cell death can occur even there is a macroscale gap between the bulk CAP and cells, which includes an air gap (~ 8 mm) and a dielectric material of dish or plate (~ 1 mm). Either a too large or a too small gap will inhibit such cell death. The physically-triggered cellular pressure may cause the bubbling on cells, which can be inhibited in a hypotonic environment via the extracellular osmotic pressure. This study builds a foundation to use CAP as a physically-based non-invasive cancer treatment.