Лечение низкотемпературной плазмой становится новым методом лечения рака. Предыдущие исследования показали, что плазма может дезактивировать раковые клетки in vitro, подавлять рост опухоли in vivo и потенциально вызывать противоопухолевый иммунитет. Исследователи из Токийского университета изучают еще одно многообещающее применение — использование плазмы для подавления рецидива опухоли после операции.
Ведущий автор Рио Оно и его коллеги продемонстрировали, что обработка участков резекции рака стримерным разрядом — разновидностью низкотемпературной атмосферной плазмы — значительно снижает частоту рецидивов опухолей меланомы у мышей.
«Мы считаем, что плазма более эффективна при использовании в качестве вспомогательной терапии, а не как самостоятельное лечение, что побудило нас сосредоточиться в этом исследовании на послеоперационном лечении», — говорит Оно.
Эксперименты на живых организмах
Для создания стримерного разряда команда применила высоковольтный импульс (25 кВ, 20 нс, 100 импульсов/с) к стержневому электроду диаметром 3 мм с полусферическим наконечником. Стержень был помещен в кварцевую трубку с внутренним диаметром 4 мм, а рабочий газ — влажный кислород, смешанный с окружающим воздухом — протекал через трубку. Когда электроны в плазме сталкиваются с молекулами в газе, смесь генерирует цитотоксические реактивные формы кислорода и азота.
Исследователи провели три эксперимента на мышах с меланомой, раком кожи с локальной частотой рецидивов до 10%. В первом эксперименте они ввели 11 мышам клетки мышиной меланомы, резецировав полученные опухоли через восемь дней. Затем они обработали пять мышей стримерным разрядом в течение 10 минут, при этом мышь была помещена на заземленную пластину, а кончик электрода находился на 10 мм выше места резекции.Рецидив опухоли произошел у пяти из шести контрольных мышей (без плазменной терапии) и двух из пяти мышей, получавших плазменную терапию, что соответствует частоте рецидивов 83% и 40% соответственно. Во втором эксперименте с теми же параметрами частота рецидивов составила 44% у девяти контрольных мышей и 25% у восьми мышей, получавших плазменную терапию.
В третьем эксперименте исследователи отложили операцию до 12 дней после инъекции клеток, увеличив размер опухоли перед резекцией. Это привело к 100% рецидиву в контрольной группе из пяти мышей. Только один рецидив был замечен у пяти мышей, получавших плазму, хотя одна мышь, умершая по неизвестным причинам, была засчитана как рецидив, в результате чего частота рецидивов составила 40%.
Все эксперименты показали, что плазменная терапия снизила частоту рецидивов примерно на 50%. Исследователи отмечают, что плазменная терапия не повлияла на общее состояние здоровья животных.
Цитотоксические механизмы
Для дальнейшего подтверждения цитотоксичности стримерного разряда Оно и коллеги обрабатывали культивируемые клетки меланомы в течение 0–250 с на расстоянии электрод–поверхность 10 мм. Затем клетки инкубировали в течение 3, 6 или 24 ч. После плазменной обработки в течение 100 с большинство клеток оставались жизнеспособными в течение 24 ч. Но между 100 и 150 с обработки выживаемость клеток быстро снижалась.
Эксперимент также выявил быстрый переход от апоптоза (естественной запрограммированной гибели клеток) к позднему апоптозу/некрозу (гибель клеток из-за внешних токсинов) между 3 и 24 часами после обработки. Действительно, через 24 часа после 150-секундной обработки плазмой 95% мертвых клеток находились на поздних стадиях апоптоза/некроза. Это открытие предполагает, что наблюдаемая цитотоксичность может быть результатом прямой индукции апоптоза и некроза в сочетании с ингибированием роста клеток в длительные временные точки.
В предыдущем эксперименте исследователи использовали стримерный разряд для лечения опухолей у мышей перед резекцией. Такое лечение задержало повторный рост опухоли по крайней мере на шесть дней, но у всех мышей все равно наблюдался локальный рецидив. Напротив, в текущем исследовании плазменная терапия снизила частоту рецидивов.
Разница может быть обусловлена различными механизмами, посредством которых плазма подавляет рецидив опухоли: цитотоксические реактивные виды, убивающие остаточные раковые клетки в месте резекции; или реактивные виды, запускающие иммуногенную гибель клеток. Группа отмечает, что в текущем исследовании может иметь место один или оба этих механизма.
«Изначально мы считали, что стримерный разряд вносит основной вклад в терапевтический эффект, поскольку он является основным источником высокореактивных короткоживущих видов», — объясняет Оно. «Однако недавние эксперименты показывают, что разряд внутри кварцевой трубки также генерирует значительное количество долгоживущих реактивных видов (со временем жизни, как правило, превышающим 0,1 с), что может способствовать терапевтическому эффекту».дним из преимуществ устройства стримерного разряда является то, что оно использует только комнатный воздух и кислород, не требуя благородных газов, используемых в других холодных атмосферных плазмах. «Кроме того, поскольку разные типы плазмы генерируют разные реактивные виды, мы предположили, что стримерный разряд может производить уникальный терапевтический эффект», — говорит Оно. «Проведение экспериментов in vivo с разными источниками плазмы станет важным направлением для будущих исследований».
Заглядывая вперед к использованию в клинике, Оно считает, что низкая стоимость устройства и его эксплуатации должна сделать возможным использование плазменной терапии сразу после резекции опухоли для снижения риска рецидива. «В настоящее время мы получили только предварительные результаты на мышах», — говорит он Physics World . «Клиническое применение остается долгосрочной целью».
https://physicsworld.com/a/low-temperature-plasma-halves-cancer-recurrence-in-mice/