ArticlePDF AvailableLiterature Review

Abstract

Kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) ist ein hochreaktives, ionisiertes Gasgemisch aus elektrisch geladenen Teilchen, Radikalen und Photonen sowie elektromagnetischer Strahlung. Aufgrund der hohen Energie und der hohen Reaktivität der Plasmakomponenten werden physikalische Plasmen auch als 4. Aggregatzustand bezeichnet. CAP hat eine antimikrobielle, immunmodulierende, antiinflammatorische und wundheilungsfördernde Wirkung auf biologische Systeme. Aufgrund seiner antineoplastischen Eigenschaften stellt es überdies eine potentielle intraoperative Anwendungsmöglichkeit zur Behandlung von Wund- und Resektionsränder in der aktuellen Therapie urologischer Tumoren dar. Durch eine Behandlung mit CAP kann das Wachstum von urologischen Tumorzellen effektiv gehemmt werden. Vorbehaltlich weiterer Untersuchungen zu Wirkmechanismen, aber auch zur Eindringtiefe in Gewebe und der Wirkung auf physiologisch gesundes Gewebe eröffnet die CAP-Behandlung neue innovative Optionen in der urologischen Onkologie. Der intraoperative Einsatz von CAP wäre insbesondere in Bereichen denkbar, die nahe an kritischen Strukturen (Nerven, andere Organe) liegen und daher nur mit hohem Risiko chirurgisch resektiert werden könnten. Der vorliegende Übersichtsartikel fasst aktuelle Untersuchungen bezüglich der biologischen Wirkungen von CAP auf urologische Tumorzellen zusammen.
Übersichten
Urologe
https://doi.org/10.1007/s00120-018-0754-8
© Springer Medizin VerlagGmbH, ein Teil von
Springer Nature 2018
N.Gelbrich·M.B.Stope·M.Burchardt
Klinik und Poliklinik für Urologie, Universitätsmedizin Greifswald, Greifswald, Deutschland
Kaltes atmosphärisches Plasma
für die urologische
Tumortherapie
Physikalische Plasmen
Physikalische Plasmen lassen sic h haupt-
sächlich hinsichtlich ihres Trägergases
(u.a. Argon, Helium, Stickstoff) sowie
den technischen Parametern Gasdruck
und Temperatur definieren [1]. Alle
Komponenten eines physikalischen Plas-
mas stehen in ständiger Wechselwirkung
mit der Umgebungsatmosphäre. Daraus
resultiert ein Gemisch aus Teilchen des
Trägergases und der Umgebungslu mit
unterschiedlichen Anregungszuständen
sowie elektromagnetischen Strahlen ver-
schiedener Wellenlängen. Aufgrund der
hohen Energie und der hohen Reakti-
vität der Plasmakomponenten werden
physikalische Plasmen auch als 4. Aggre-
gatzustand bezeichnet [2,3]. Physika-
lische Plasmen besitzen Eigenschaen,
die im festen, flüssigen und gasförmi-
gen Aggregatzustand nicht vorhanden
sind und bei technischen wie auch zu-
nehmend medizinischen Anwendungen
zum Einsatz kommen. So werden phy-
sikalische Plasmen z. B. zur Sterilisation,
Dekontamination und Modifikation von
biorelevanten Oberflächen und Mate-
rialien (Operationsbesteck, Implantate)
eingesetzt [1,4]. Im klinischen Kontext
wird heißes physikalisches Plasma mit
Temperaturen um 70°C in der Chirurgie
und Gastroenterologie zur Koagulation
eingesetzt [5,6]. Diese heißen Plasmen
sind jedoch aufgrund ihrer hohen Tem-
peratur für eine direkte Behandlung von
Körpergewebe oder Organen ungeeig-
net. Für therapeutische Applikationen
kommen raum- bis körpertemperierte
(„kalte“) Plasmen bis ca. 40 °C unter
normalem Atmosphärendruck („cold
atmospheric plasma“, CAP) zum Einsatz
([7,8]; .Abb. 1). Zur Herstellung kalter
Plasmen werden Plasmajets und di-
elektrische Barriereentladungs(DBD)-
Geräte genutzt [9]. Beim Plasmajet
(.Abb. 1a, b)sowiebeiderminiatu-
risierten Form der Plasmanadel ([10,
11]; .Abb. 2a) befinden sich beide Elek-
troden im Griffstück. Bei DBD-Geräten
wird zur Plasmaerzeugung eine externe
Elektrode benötigt (.Abb. 2b).
Kaltes Atmosphärenplasma
CAP wird durch das Anlegen einer
hohen elektrischen Gleichspannung an
zwei Elektroden erzeugt, durch welche
das Trägergas unter niedrigem Gas-
druck fließt. Die hohe Reaktivität von
CAP, insbesondere die hohe biologische
Reaktivität, liegt an der Entstehung zahl-
reicher geladener Teilchen (Ionen), freier
Radikalen, angeregter Atome und Mo-
leküle, Photonen sowie elektromagne-
tischer Strahlung. Die Energetisierung
der Umgebungslu führt insbesondere
zur Bildung unterschiedlicher reaktiver
Sauerstoffspezies (ROS) und reaktiver
Stickstoffspezies (RNS; .Abb. 3). Die
am häufigsten entstehenden reaktiven
Spezies sind Ozon (O3), Superoxid (O2),
Singulett-Sauersto(1O2),Hydroxylradi-
kale (•OH), Wasserstoffperoxid (H2O2),
Stickstoffmonoxidradikale (•NO), Per-
oxinitritanion (ONOO), Stickstoffradi-
kale (•N2) und Stickstoffdioxidradikale
(•NO2;[1215]). Aufgrund ihrer hohen
Reaktivität führen alle diese Spezies zu
Redoxstress von Zellen, jedoch wurde
Wasserstoffperoxid als ein Haupteffektor
der stressbedingten Zellantwort ausge-
macht [16,17]. Auf biologische Systeme
übt CAP antimikrobielle, antiseptische,
immunmodulierende, antiinflammato-
rische und in der Summe wundhei-
lungsfördernde Wirkungen aus [2,4,
8,1821]. Zunehmend wird auch ein
intraoperativer Einsatz von CAP bei
onkologischen Operationen diskutiert
[22,23].
Manmusszwischendirektenund
indirekten Plasmaeffekten unterschei-
den und kann entsprechend von einer
direkten und indirekten CAP-Behand-
lung sprechen. Bei der direkten CAP-
BehandlungvonTumorzellenkonnteder
antiproliferative Effekt von CAP gezeigt
werden. Dieser ist auf die direkte Exp osi-
tion der Zellen mit CAP zurückzuführen.
Zusätzlich treten jedoch auch indirek-
te Effekte auf, die durch die reaktiven
Spezies selbst oder durch von diesen ak-
tivierten, molekularen Bestandteilen der
Zellkulturmedien oder Körperflüssig-
keiten auf die Zellen übertragen werden.
Aufgrund der geringen Halbwertszeiten
der reaktiven Spezies kommt es hierbei
jedoch zu keinen systemischen, sondern
nur lokal begrenzten Effekten [2426].
Mutagenes Potenzial von
Plasma
Hinsichtlich der Zusammensetzung von
CAP mit vielen hochreaktiven Spezies
stellte sich bereitszu B eginnder Untersu-
chungenvonpotenziellenmedizinischen
Anwendungen die Frage, ob CAP selbst
DNA schädigende und somit mutage-
ne Wirkung besitzen könnte. Die aktu-
ellen Ergebnisse dazu sind uneinheitlich
und z.T. schwer zu interpretieren. Dies
kommt in erster Linie dadurch zustan-
de, dass unterschiedliche Plasmaquellen,
also unterschiedliche Zusammensetzun-
Der Urologe
Übersichten
Abb. 1 8aErzeugung von CAP mit dem Plasmajet kINPen®MED der Firma neoplas tools GmbH (Greifswald,Deutschland).
bDurch das Anlegen einer hohen elektrische n Gleichspannung zwischen zwei Elektroden unter atmosphärischem Normal-
druck wird eine „CAP-Flamme“ erzeugt
Abb. 2 8aDiePlasmanadelproduziertanihrerSpitzeeine Wolke aus ionisiertem Gas. MitdiesemPlasmaspotkönnenpunk-
tuelleukaryotische Zellen und Bakterien inaktiviert werden. Plasmanadelnwerdenhäufigin der Zahnmedizin eingesetzt[10,
11]. bDurch dielektrischeBarriereentladung („dielectric barrier discharge“, DBD) zwischen zwei Elektrodenkönnen ebenfalls
nichtthermischen Plasmen unterAtmosphärendruck erzeugt werden [56,57]
Abb. 3 8Zusammensetzungvon CAP. CAP besteht aus zahlreichenreaktiven Teilchen, wieOzon (O3),
Superoxide (O2–), Hydroxylradikale (•OH–),Wasserstoffperoxid(H2O2) und Stickstoffradikale (•N2).
Beim Plasmajet kINPen®MED wird dasEdelgas Argon (Ar) als Trägergas verwendet.Die Behandlung
mit Ar dient gleichzeitig alsKontrolle [22]
genundEigenschaenderreaktivenTeil-
chen, in unterschiedlichen Modellen ge-
testet wurden.
Zur Untersuchung möglicher geno-
toxischer Effekte wurden unterschiedli-
che Modell- und Testsysteme benutzt.
Durchflusszytometrische Analysen von
CAP-behandelten humanen Lymphozy-
ten zeigten keine durch Chromosomen-
schäden entstandenen Micronuclei [27].
Dies konnte in einem In-vivo-Ansatz im
„hen’s egg test for micronucleus induc-
tion (HET-MN-)Modell bestätigt wer-
den [28]. Ein weiteres etabliertes Modell
zur Abschätzung mutagenen Potenzials
ist der Hypoxanthin-Guanin-Phosphori-
bosyl-Transferase 1- (HPRT1-)Test, bei
dem Mutationen im HPRT1-Gen in An-
wesenheit von 6-ioguanin zu einem
Überlebensvorteil von Hamsterlungen-
fibroblastenzellen führen. Auch hierbei
Der Urologe
konnte kein Unterschied zu kontrollbe-
handelten Zellen gezeigt werden [29].
Demgegenüber stehen aber auch Un-
tersuchungen, in denen DNA-Doppel-
strangbrüchenachgewiesenwurden[30].
Es bleibt jedoch festzuhalten, dass CAP
u.a. auch zu einer Induktion von Apop-
tose und somit auch zur apoptotischen
Fragmentierung des Genoms führt, wie
in PC- und in anderen malignen Zel-
lennachgewiesenwerdenkonnte[3,22,
31,32]. Da eine gleichzeitige Aktivie-
rung apoptotischer Faktoren (z.B. Cas-
pasen) gezeigt werden konnte, geht man
nach aktuellem Wissenstand von einer
Induktion der apoptotischen DNA-Frag-
mentierung aus und nicht von direkten
DNA-schädigenden Effekten durch CAP
(.Abb. 4).
Plasmabehandlung
urologischer Tumoren
Aufgrund der Eigenschaen physikali-
scher Plasmen und vor dem Hintergrund
der in der Plasmamedizin verfügbaren
Geräte zur Plasmaerzeugung haben sich
experimentelle Untersuchungen zur bio-
logischen Plasmawirkung bisher mehr-
heitlich auf die Behandlung von Ober-
flächen beschränkt. Hierbei standen bis-
her v.a. die antimikrobielle Behandlung
von Oberflächen sowie die erapie von
Zahn- und Hauterkrankungen im Mit-
telpunkt der Forschung [4,8,18,3336].
In den vergangenen Jahren sind weitere
Anwendungsmöglichkeitenin den Fokus
des Interesses gerückt, da die antiprolife-
rativenEektevonCAPeineAnwendung
in der onkologischen erapie als aus-
sichtsreich erscheinen lassen [24,3739].
Dies hat in den letzten Jahren zur Ent-
wicklungeines neuenForschungsgebiets,
der „Plasmaonkologie, geführt.
Im Bereich urologischer Tumoren
existieren aktuell nur wenige experi-
mentelle In-vitro-Daten zur Interaktion
von CAP mit Tumorzellen. Jedoch las-
sen antineoplastische Wirkungen auf
für die chirurgische Exzision schwer
zugänglichen Tumorbereichen einen
CAP-Einsatz in der Uroonkologie als
Erfolg versprechend erscheinen [25,37].
So könnten z.B. auch Bereiche eines
Tumorgewebes inaktiviert werden, die
dicht an benachbarten Organen oder
Zusammenfassung · Abstract
Urologe https://doi.org/10.1007/s00120-018-0754-8
© Springer Medizin VerlagGmbH, ein Teil von Springer Nature 2018
N.Gelbrich·M.B.Stope·M.Burchardt
Kaltes atmosphärisches Plasma für die urologische Tumortherapie
Zusammenfassung
Kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) ist ein
hochreaktives, ionisiertes Gasgemisch aus
elektrisch geladenen Teilchen, Radikalen
und Photonen sowie elektromagnetischer
Strahlung. Aufgrund der hohen Energie und
der hohen Reaktivitätder Plasmakomponen-
tenwerdenphysikalischePlasmenauchals
4. Aggregatzustand bezeichnet. CAP hat eine
antimikrobielle, immunmodulierende, antiin-
flammatorische u nd wundheilungsfördernde
Wirkung auf biologische Systeme. Aufgrund
seiner antineoplastischen Eigenschaften stellt
es überdies eine potentielleintraoperative
Anwendungsmöglichkeit zur Behandlung von
Wund- und Resektionsränder in der aktuellen
Therapie urologischer Tumoren dar. Durch
eine Behandlung mit CA P kann das Wachstum
von urologischen Tumorzellen effektiv
gehemmt werden. Vorbehaltlich weiterer
Untersuchungen zu Wirkmechanismen,
aber auch zur Eindringtiefe in Gewebe und
der Wirkung auf physiologisch gesundes
Gewebe eröffnet die CAP-Behandlung neue
innovative Optionen in der urologischen
Onkologie. Der intraoperative Einsatz von
CAP wäre insbesondere in Bereichen denkbar,
dienaheankritischenStrukturen(Nerven,
andere Organe) liegen und daher nur mit
hohem Risiko chirurgisch resektiert werden
könnten. Der vorliegende Übersichtsartikel
fasst aktuelle Untersuchungen bezüglich
der biologischen Wirkungen von CAP auf
urologische Tumorzellen zusammen.
Schlüsselwörter
Physikalisches Plasma · Onkologische
Therapie · Intraoperativ · Uro-Onkologie ·
Neue Therapie
Cold atmospheric plasma for the treatment of urological tumors
Abstract
Cold atmospheric plasma (CAP) is a highly
reactive ionized physical state consisting of
electrically charged particles, radicals and
photons as well as electromagnetic radiation.
Due to the high energy and reactivity of
plasma components, physical plasmas
are also referred to as the 4th aggregate
state. In biological systems, CAP promotes
antimicrobial, immunomodulatory, anti-
inflammatory, and wound-healing effects.
Moreover, CAP bears antineoplastic proper-
ties which may be applied as a potential
intraoperative option in the treatment of
wound and resection margins during surgery
of urological tumors. Some properties such as
the penetration depth in various biological
tissues, the effect on physiological healthy
tissue, and the molecularmode of action
regarding signalling and effector pathways
are the subject of furtherinvestigation. CAP
treatment effectively attenuates malignant
cell growth. As an intraoperative application,
CAP may represent a promising option
particularly for the treatment of tissue regions
that are close to critical structures (e.g.,
nerves, adjacent organs). The present review
article summarizes the current status of
CAP-related studies in the field of urological
oncology.
Keywords
Physical plasma · Oncological therapy ·
Intraoperative · Uro-oncology · Novel therapy
Gefäßen liegen und bei chirurgischer
Behandlung nur mit hohem Risiko oder
gar nicht entfernt werden könnten. Die
sekundäre Behandlung dieser Resek-
tionsränder mit CAP, möglicherweise
unter Schonung des umliegenden ge-
sunden Gewebes, könnte chirurgische
Eingriffe in der Uroonkologie effektiver
und sicherer machen.
In-vitro-Experimente liefern erste
Hinweise, dass Krebszellen sensitiver auf
die CAP-Behandlung reagieren könnten,
als nicht-maligne Zellen. Jedoch ist die
Datenlage diesbezüglich noch unzurei-
chend, da bisher für den Vergleich mali-
gne vs. nicht-maligne unterschiedlicher
Zelltypen miteinander verglichen wur-
den [40,41]. Einer nicht unumstrittenen
Hypothese zufolge reagieren Krebszellen
sensitiver gegenüber Redoxstress und re-
agieren damit stärker auf CAP-Effekte
als physiologische Zellen [4248].
Ferner konnte gezeigt werden, dass
eine CAP Behandlung einen günstigen
Einfluss auf die Narbenbildung besitzt
Der Urologe
Übersichten
Tab. 1 Experimentelle Untersuchungen zum potentiellen Einsatz von physikalischem Plasma im Fachgebiet Urologie
Nr. Entität Modell CAP-Quelle Biologische Effekte Referenz
1PC Primäre Tumorzel-
len
Prototyp
(nicht-kommerziell)
Trägergas: Helium
Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen [55]
2BC
PC
Zellkultur
(SCaBER)
Prototyp
(nicht-kommerziell)
Trägergas: Helium
Hemmung von Wachstum; Induktion von A poptose; Änderung
von Zellmorphologie und Zelladhäsion
[51]
3BPH
PC
Zellkultur
(BPH-1, PC-3)
Prototyp
(nicht-kommerziell)
Trägergas: Helium
Hemmung von Wachstum und Kolonieb ildung;
Induktion von Apop tose, Nekrose, Autophagie und DNA-Schä-
den
[54]
4PC Zellkultur
(LNCaP, PC-3)
kINPen®MED
Neoplas Tools
Trägergas: Argon
Hemmung von Wachstum; Induktion von Apoptose; Aktivierung
von Redoxsystemen
[3]
5PC Zellkultur
(LNCaP)
kINPen09
Neoplas Tools
Trägergas: Argon
Hemmung von Wachstum; Induktion von Apoptose [52]
PC Prostatakarzinom, BC Harnblasenkarzinom, BPH benignes Prostataadenom, CAP „cold atmospheric plasma“
Apoptose
DNA-Fragmenerung
Zellmembran
Cytosol
H2O2, ROS/RNS,
+, -, ROO•,
RO•, O2-•,
CAP
Caspase 9
Caspase 3
Cytochrom c
H2O2
H2O2, ROS/RNS,
+, -, ROO•,
RO•, O2-•,
CAP
Prx, GPx
Kernmembran
p53 BAX
JNK 1/2
p38 MAPK
Mitochondrium
H2O2
H2O
Abb. 4 8Intrazelluläre Effekte nach CAP-Behandlung. Die Antikrebsaktivität von CAP wird durch die
Aktivierung der Zellsignalkaskade durchreaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS/RNS)und der
Dysfunktion der Mitochondrienbestimmt. Dabei spielt insbesondere H2O2eine wichtige Rolle. Es re-
duziert die M itochondrienmembran und führt zur Zerstörun gde s Mitochondriennetzwerkes und zu
ZellarrestundZelltod.DurchdieDepolarisierungderMitochondrienmembrankommteszu einer intra-
zellulären Akkumulation von ROSbzw. RNS und insbesondere H2O2. Parallel dazu aktivierenROS (v. a.
exogenenROS, meistens H2O2)die c-Jun NH2-terminale Kinase 1 und 2 (JNK1/2) und die „p38 mi togen
activated“ Proteinkinase (p38 MAPK;[31,5861]). Dies führt in der Folge zu einerzusätzlichen Aktivie-
rung apoptotischer Kaskaden [6265]
[49], was zu geringeren postoperativen
Komplikationen führen würde.
Für den Einfluss von CAP aufurologi-
sche Tumoren gibt es bisher nur experi-
mentelle Daten für das Blasen- sowie das
Prostatakarzinom (.Tab. 1). Tierexperi-
mentelle und klinische Untersuchungen
fehlen zurzeit noch vollständig.
Blasenkarzinom
Keidar et al. untersuchten an einem Bla-
senkarzinomzellmodell mit SCaBER-
Zellen die differentielle Genexpression
in Kontroll- und CAP-behandelten Zel-
len mittels eines Transkriptomikansatzes
(Genome-wide Human HT-12 v4 Ex-
pression BeadChip Array, Illumina, San
Diego, CA, USA). Die Autoren identi-
fizierten 264 Faktoren, die durch CAP-
Behandlung signifikant verändert bzw.
reguliert wurden [50,51]. Mehrheitlich
warendiesTranskriptevonzellulären
Faktoren wie Zelladhäsionsproteine und
Regulatoren vonZ ellwachstum und Zell-
tod. Die anschließende bioinformatische
Auswertung der Daten durch „ingenuity
pathwayanalysis“(IPA)zeigte, dass durch
die CAP-Behandlung hauptsächlich Si-
gnalkaskaden betroffen waren, die Zell-
entwicklung, Zellbeweglichkeit, Zelltod,
Signaltransduktion und Entzündungs-
prozesse kontrollieren. Diese regulieren
essentielle Prozesse bei Entstehung und
Progression maligner Zellen, so dass die
spezifische Modulation der Signal- und
Effektorkaskaden durch CAP-erapie
Progression und Tumorwachstum des
Blasenkarzinoms hemmen könnte.
Prostatakarzinom
Molekulare Untersuchungen zu CAP-Ef-
fekten in Prostatakarzinomzellen haben
grundlegende Wirkmechanismen des
physikalischen Plasmas aufgezeigt. Die
Behandlung der etablierten Prostatakar-
zinomzelllinie LNCaP zeigte deutlich
die wachstumshemmende Wirkung von
CAP. Bereits eine 10-s-Exposition ge-
genüber einer CAP-Quelle resultierte in
einer deutlichen Wachstumshemmung
der Zellen über einen Inkubationszeit-
raum von 120h [52]. Die Wachstumsin-
hibition war vergleichbar mit der Inku-
bation mit Docetaxel (10 μM) als einem
Der Urologe
etablierten erapeutikum. Nachfol-
gende molekularbiologische Analysen
der CAP-behandelten Zellen zeigten,
dass spezifische Mechanismen des pro-
grammierten Zelltods induziert wurden.
Sowohl p53, der zentrale Regulator von
ZellzyklusundApoptosealsauchdie
proapoptotischen Faktoren BAX, p21
und Caspase-3 wurden induziert und
aktiviert. Gleichzeitig kam es zu einer
Hemmungdes antiapoptotischenFaktors
Survivin, womit von einer spezifischen
Induktion apoptotischer Mechanismen
durch CAP ausgegangen werden kann
[39,52]. Weitere Analysen konnten da-
rüber hinaus belegen, dass es in CAP-
behandelten Zellen zu einer Änderung
der intrazellulären Redoxverhältnisse
kommt [3,53]. In Prostatakarzinom-
zellen (LNCaP, PC-3) führte die CAP-
Behandlung zu antiproliferativen Effek-
ten, die mittels TUNEL-Assays und Ana-
lyse der Kernmorphologie auf die Akti-
vierung apoptotischer Effektorkaskaden
zurückgeführt werden konnten. Die Ein-
leitung dieser Apoptose-Pathways führte
folglich auch zum nukleären Abbau und
DNA-Strangbrüchen [54,55]. Inkubati-
onsversuche mit Antioxidantien zeigten,
dassderantiproliferativeEffektdurchZu-
gabe von N-Acetylcystein, jedoch nicht
durch Vitamin-C-Zugabe neutralisiert
werden konnte [3,53]. Dieses Ergebnis
legt eine Beteiligung spezifischer Redox-
mechanismen nahe. Die Schutzfunkti-
on von N-Acetylcystein wurde darauf
zurückgeführt, dass die Substanz von
den Zellen zu Glutathion metabolisiert
werden konnte. Glutathion kann zum
Dimer oxidiert werden und ist dadurch
ein wichtiger Faktor der zellulären In-
aktivierung reaktiver Sauerstoffspezies.
DerintrazelluläreAnstiegderGluta-
thionkonzentration wurde begleitet von
einer Oxidierung der Peroxiredoxine
Prx1, Prx2 und Prx3. Demnach kann
vermutet werden, dass die Behandlung
mit CAP zu Änderungen der intrazellu-
lären Redoxverhältnisse führt, in dessen
Folge über spezifische Redoxsignalwege
apoptotische Kaskaden aktiviert werden.
Fazit für die Praxis
4In Zusammenschau der aufgeführten
Ergebnisse eröffnet der Einsatz von
CAP neue und vielversprechende
Möglichkeiten für die uroonkologi-
sche Chirurgie. Hierbei spielen v. a.
die antineoplastischen Effekte von
CAP eine wichtige Rolle. Aber auch
andere bisher charakterisierte Eigen-
schaften von CAP wie antiseptisches
Potenzial, verbesserte Wundhei-
lung und günstigerer Verlauf der
Narbenbildung prädestinieren die
CAP-Behandlung als Option für die
urologische Chirurgie.
4Sowohl seine intraoperative An-
wendung an urologischen Tumor-
geweben, als auch die potentielle
Zusatzoption einer CAP-Behandlung
von Wund- und Resektionsränder
bietet Erfolg versprechende Einsatz-
möglichkeiten.
Korrespondenzadresse
N. Gelbrich
Klinik und Poliklinik für Urologie, Universitäts-
medizin Greifswald
17475 Greifswald, Deutschland
nadine.gelbrich@uni-greifswald.de
Einhaltung ethischer Richtlinien
Interessenkonflikt. N.Gelbrich,M.B.Stopeund
M. Burchardtgeben an, dass kein Interessenkonflikt
besteht.
Dieser Beitrag beinhaltetkeine von den Autoren
durchgeführten Studien an Menschenoder Tieren.
Literatur
1. Wiegand C, Elsner P (2017) Plasma medicine – cold
plasma for treatment of skin infections. Aktuelle
Derm43:339–345
2. Gümbel D,Daeschlein G, EkkernkampA etal (2017)
Cold atmospheric plasma in orthopaedic and
urologic tumor therapy. Gms Hyg Infect Control
12:Doc10
3. Weiss M, Gümbel D, Hanschmann E et al (2015)
Cold atmospheric plasma treatmentinduces anti-
proliferative effects in prostate cancer cells by
redoxand apoptoticsignalingpathways.PLoSONE
10:e130350
4. Kramer A, Bekeschus S, Matthes R et al (2015)
Cold physical plasmas in the field of hygiene –
relevance, significance, and future applications.
PlasmaProcessPolym12:1410–1422
5. Brand CU, Blum A, Schlegel A et al (1998)
Application of argon plasma coagulation in skin
surgery.Dermatology(Basel)197:152–157
6. Canard JM, Védrenne B (2001) Clinical application
of argon plasma coagulation in gastrointestinal
endoscopy:hasthetimecometoreplacethe laser?
Endoscopy33:353–357
7. Rehman MU, Jawaid P, Uchiyama H et al (2016)
Comparison of free radicals formation induced by
coldatmospheric plasma, ultrasound, and ionizing
radiation.Arch Biochem Biophys605:19–25
8. Bender C, Stope MB, Kramer A (2018) Application
in veterinarian medicine. In: Metelmann HR, von
Woedtke T, Weltmann KD (Hrsg) Comprehensive
clinical plasma medicine – treating with cold
physical plasma. Springer, Berlin, Heidel berg.ISB N
978-3319676265
9. Li X, Li Y, Zhang P et al (2016) Improved
performance of a barrier-discharge plasma jet
biasedby a direct-current voltage.SciRep 6:35653
10. McKay K, Salter TL, Bowfield A et al (2014)
Comparison of three plasma s ources for ambient
desorption/ionization mass spectrometry. J Am
SocMass Spectrom 25(9):1528–1537
11. Stoffels E, Kieft IE, Sladek REJ et al (2006) Plasma
needle for in vivo medical treatment: recent
developments and perspectives. Plasma Sources
Sci Technol 15(4):S169–S180. https://doi.org/10.
1088/0963-0252/15/4/S03
12. Bekeschus S, Iséni S, Reuter S et al (2015) Nitrogen
shielding of an Argon plasma jet and its effects
on human immune cells. IEEE Trans Plasma Sci
43:776–781
13. KalghatgiS,KellyCM,CercharEetal(2011)Eects
of non-thermal plasma on mammalian cells. PLoS
ONE 6(1):e16270
14. Bekeschus S, von Woedtke T, Kramer A et al
(2013)Coldphysical plasmatreatmentalters redox
balance in human immune cells. Plasma Med
3:267–278
15. Laroussi M (2002) Nonthermal decontamination
of biological media by atmospheric-pressure
plasmas:review,analysis,and prospects.Ieee Trans
PlasmaSci30:1409–1415
16. Bekeschus S, Kolata J, Winterbournet C et al (2014)
Hydrogen peroxide: a central player in physical
plasma-induced oxidative stress in human blood
cells.Free Radic Res 48:542–549
17. Schmidt A, Dietrich S, Steuer A et al (2015) Non-
thermal plasma activates humankeratinocytes by
stimulation of antioxidant and phase II pathways.
JBiolChem 290:6731–6750
18. Weiss M, Daeschlein G, Kramer A et al (2017)
Virucideproperties of cold atmospheric plasma for
futureclinical applications.JMedVirol 89:952–959
19. Gay-Mimbrera J, García MC, Isla-Tejera B et al
(2016) Clinical and biological principles of cold
atmosphericplasmaapplicationinskincancer.Adv
Ther33:894–909
20.HeinlinJ,IsbaryG,StolzWetal(2011)Plasma
applications in medicine with a special focus
on dermatology. J Eur Acad Dermatol Venereol
25:1–11
21. Bekeschus S, Rödder K, Schmidt A et al (2016)
Cold physical plasma selects for specific T helper
cell subsets with distinct cells surface markers
in a caspase-dependent and NF-κB-independent
manner.Plasma ProcessPolym13:1144–1150
22. Gümbel D, Bekeschus S, Gelbrich N et al (2017)
Cold atmospheric plasma in the treatment of
osteosarcoma.IntJMolSci 18:E2004
23. Graves DB (2014) Reactive species from cold
atmospheric plasma: implications for cancer
therapy.Plasma ProcessPolym 11:1120–1127
Der Urologe
Übersichten
24. Koensgen D, Besic I, Gümbel D et al (2017)Cold
atmospheric plasma (CAP) and CAP-Stimulated
cell culture media suppress ovarian cancer cell
growth – a putative treatment option in ovarian
cancertherapy. AnticancerRes37:6739–6744
25. Partecke LI, Evert K, Haugk J et al (2012) Tissue
tolerable plasma (TTP) induces apoptosis in
pancreatic cancer cells in vitro and in vivo. BMC
Cancer12:473
26. Liedtke KR, Bekeschus S, Käding A, Partecke LI
(2017) Non-thermal plasma- treated solution de-
monstrates antitumor activit y against pancreatic
cancer cells in vitro and in vivo. Sci Rep 7(1):8319.
https://doi.org/10.1038/s41598-017-08560-3
27. Bekeschus S, Schmidt A, Kramer A et al (2018)
High throughput image cytometry micronucleus
assay to investigate the presence or absence of
mutageniceffectsofcoldphysicalplasma. Environ
MolMutagen. https://doi.org/10.1002/em.22172
28. Kluge S, Bekeschus S, Bender C et al (2016)
Investigating the mutagenicity of a cold argon-
plasmajetinanHET-MNmodel.PLoSONE
11:e160667
29. Wende K, Bekeschus S, Schmidt A et al (2016) Risk
assessmentofa cold argonplasmajetin respect to
its mutagenicity.Mutat Res Genet Toxicol Environ
Mutagen798–799:48–54
30. Welz C, Emmert S, Canis M et al (2015) Cold
atmospheric plasma: a promising complementary
therapy for squamous head and neck cancer.PLoS
ONE10:e141827
31.AhnHJ,KimKI,KimGetal(2011)Atmospheric-
pressure plasma jet induces apoptosis involving
mitochondria via generation of free radicals. PLoS
ONE6:e28154
32. Arndt S, Wacker E, Li YF et al (2013) Cold
atmospheric plasma, a new strategy to induce
senescence in melanoma cells. Exp Dermatol
22:284–289
33. Zucker SN, Zirnheld J, Bagati A et al (2012)
Preferential induction of apoptotic cell death
in melanoma cells as compared with normal
keratinocytes using a non-thermal plasma torch.
CancerBiol Ther 13:1299–1306
34. Arndt S, Landthaler M, Zimmermann JL et al
(2015) Effects of cold atmospheric plasma (CAP)
on ß-defensins, inflammatory cytokines, and
apoptosis-related molecules in keratinocytes in
vitroand in vivo.PLoSONE 10:e120041
35. Claro T, Cahill OJ, O’Connor N et al (2015) Cold-air
atmospheric pressureplasma against clostridium
difficile spores: a potential alternative for the
decontamination of hospital inanimate surfaces.
InfectControlHospEpidemiol 36:742–744
36. Hoffmann C, Berganza C, Zhang J (2013) Cold
atmospheric plasma: methods of production and
applicationin dentistry and oncology. Med Gas Res
3:21
37. Daeschlein G, Hillmann A, Gümbel D et al
(2018) Enhanced anticancer efficacy by drug
chemotherapy and cold atmospheric plasma
against melanoma and glioblastoma cell lines in
vitro. IEEE TransRadiat Plasna Med Sci. https://doi.
org/10.1109/TRPMS.2018.2789659
38. GümbelD, Suchy B, Wien L et al (2017) Comparison
of cold atmospheric plasma devices’ efficacy on
osteosarcoma and fibroblastic in vitro cell models.
AnticancerRes 37:5407–5414
39. Gümbel D, Gelbrich N, Weiss M et al (2016) New
treatment options for osteosarcoma – inactivation
ofosteosarcomacells by cold atmospheric plasma.
AnticancerRes 36:5915–5922
40. GeorgescuN, Lupux AR (2010) Tumoraland normal
cells treatment with high-voltage pulsed cold
atmospheric plasma jets. IEEE Trans Plasma Sci
38(8):1949–1955. https://doi.org/10.1109/TPS.
2010.2041075
41. Zirnheld JL, Zucker SN, DiSanto TM et al (2010)
Nonthermal plasma needle: development and
targeting ofmelanoma cells. IEEE Trans Plasma Sci
38(4):948–952.https://doi.org/10.1109/TPS.2010.
2041470
42. Kim GJ, Kim W,Kim KT, Lee JK (2010) DNAdamage
and mitochondria dysfunction in cell apoptosis
induced by nonthermal air plasma. Appl P hysLett.
https://doi.org/10.1063/1.3292206
43. Yan D, Talbot A, Nourmohammadi N et al (2015)
Toward understanding the selective anticancer
capacity of cold atmospheric plasma – a model
based on aquaporins (Review). Biointerphases
10:40801
44. Ishaq M, Kumar S, Varinli H et al (2014) At-
mospheric gas plasma-induced ROS production
activates TNF-ASK1 pathway for the induction
of melanoma cancer cell apoptosis. Mol Biol Cell
25(9):1523–1531. https://doi.org/10.1091/mbc.
e13-10- 0590
45. IshaqM, Evans MD,Ostrikov KK(2014)Atmospheric
pressure gas plasma-induced colorectal cancer
cell death is mediated by Nox2-ASK1 apoptosis
pathways and oxidative stress is mitigated by Srx-
Nrf2 anti-oxidant system. Biochim Biophys Acta
1843(12):2827–28375
46. Kaushik N, Kumar N, Kim CH et al (2014) Dielectric
barrier discharge plasma efficiently delivers an
apoptotic response in human monocytic lympho-
ma.PlasmaProcess Polym11(12):1175–1187
47. Cairns RA, Harris IS, Mak T W (2011) Regulation of
cancercell metabolism. Nat Rev Cancer 11:85–95
48. Cairns RA, Harris IS, McCracken S, Mak TW (2011)
Cancer cell metabolism. Cold Spring Harb Symp
QuantBiol76:299–311
49. Metelmann HR, Vu TT, Do HT et al (2013)
Scar formation of laser skin lesions after cold
atmospheric pressure plasma (CAP) treatment:
a clinical long term observation. Clin PlasmaMed
1:30–35
50.KeidarM,WalkR,ShashurinAetal(2011)Cold
plasmaselectivityand the possibility ofaparadigm
shiftincancertherapy. Br J Cancer105:1295–1301
51. Mohades S, Barekzi N, Laroussi M (2014) Efficacy
of low temperature plasma against SCaBER cancer
cells.Plasma Process Polym11:1150–1155
52. Weiss M, Gümbel D, Gelbrich N et al (2015)
Inhibition of cell growth of the prostate cancer cell
model LNCaP by cold atmospheric plasma. In Vivo
(Brooklyn)29:611–616
53. Gümbel D, Gelbrich N, Napp M et al (2017)
Peroxiredoxin expressionof human osteosarcoma
cells is influenced by cold atmospheric plasma
treatment. Anticancer Res 37:1031–1038
54.HirstAM,SimmsMS,MannVMetal(2015)
Low-temperature plasma treatment induces DNA
damage leading to necrotic cell deathin primar y
prostateepithelialcells.Br J Cancer112:1536–1545
55. Hirst AM, Frame FM, Maitland NJ et al (2014) Low
temperature plasma causes double-strand break
DNA damage in primary epithelial cells cultured
from a human prostate tumour. IEEE Trans Plasma
Sci2:2740–2741
56. KogelschatzU (2003)Dielectric-barrierdischarges:
their history, discharge physics, and industrial
applications. Plasma Chem Plasma Process
1(23):1–46
57. Ananth A, Mok YS (2015) Dielectric barrier
discharge plasma-mediated synthesis of several
oxide nanomaterials and its characterization.
PowderTechnol269:259–266
58. Yamamori T, Yasui H, Yamazumi M et al (2012)
Ionizing radiation induces mitochondrial reactive
oxygen species production accompanied by
upregulation of mitochondrial electron transport
chainfunctionandmitochondrialcontentunder
control of the cell cycle checkpoint. Free Radic Biol
Med15:260–270
59. Finkel T (2011) Signal transduction by reactive
oxygenspecies. J CellBiol194:7–15
60. Bae YS, Oh H, Rhee SG, Yoo YD (2011) Regulation
of reactive oxygen species generation in cell
signaling.Mol Cells 32:491–509
61. Davis RJ (2000) Signal transduction by the JNK
groupof MAP kinases. Cell 103:239–252
62. Torres M (2003) Mitogen-activated protein
kinase pathways in redox signaling. Front Biosci
8:d369–391
63. Aoki H, Kang PM, Hampe J et al (2002) Direct
activation of mitochondrial apoptosis machiner y
byc-JunN-terminalkinaseinadultcardiac
myocytes.J BiolChem277:10244–10250
64. Bundscherer L, Wende K, Ottmüller K et al (2013)
Impactofnon-thermalplasmatreatmenton MAPK
signaling pathways of human immune cell lines.
Immunobiology218(10):1248–1255
65. Andreyev AY, Kushnareva YE, Starkov AA (2004)
Mitochondrial metabolism of reactive oxygen
species.Biochemistry 70(2):200–214
Der Urologe
... In the field of uro-oncology, investigations on the application of NIPP in prostate and bladder tumors have already been carried out [49,50]. In our current study, the previously discussed effects of activation of apoptosis cascades and impairment of membrane permeability are demonstrated for the first time in malignant renal cells. ...
Article
Full-text available
Renal cell carcinoma (RCC) is the third most common urological tumor and has an extremely poor prognosis after metastasis has occurred. Therapeutic options are highly restricted, primarily due to resistance to classical chemotherapeutics. The development of new, innovative therapeutic procedures is thus of great urgency. In the present study, the influence of non-invasive physical plasma (NIPP) on malignant and non-malignant renal cells is characterized. The biological efficacy of NIPP has been demonstrated in malignant renal cell lines (786-O, Caki-1) and non-malignant primary human renal epithelial cells (HREpC). The cell responses that were experimentally examined were cell growth (cell number determination, calculation of growth rate and doubling time), cell motility (scratch assay, invasiveness assay), membrane integrity (uptake of fluorescent dye, ATP release), and induction of apoptosis (TUNEL assay, caspase-3/7 assay, comet assay). A single NIPP treatment of the malignant cells significantly inhibited cell proliferation, invasiveness, and metastasis. This treatment has been attributed to the disruption of membrane functionality and the induction of apoptotic mechanisms. Comparison of NIPP sensitivity of malignant 786-O and Caki-1 cells with non-malignant HREpC cells showed significant differences. Our results suggest that renal cancer cells are significantly more sensitive to NIPP than non-malignant renal cells. Treatment with NIPP could represent a promising innovative option for the therapy of RCC and might supplement established Cancers 2023, 15, 481. https://doi.org/10.3390/cancers15020481 https://www.mdpi.com/journal/cancers Cancers 2023, 15, 481 2 of 18 treatment procedures. Of high clinical relevance would be the chemo-sensitizing properties of NIPP, which could potentially allow a combination of NIPP treatment with low-dose chemotherapy.
Article
Full-text available
Radiation dermatitis (RD) is the most common acute side effect of breast irradiation. More than a century following the therapeutic utilisation of X-rays, potent preventative and therapeutic options are still lacking. Non-invasive physical plasma (NIPP) is an emerging approach towards treatment of various dermatological disorders. In this study, we sought to determine the safety and feasibility of a NIPP device on RD. Thirty patients undergoing hypofractionated whole-breast irradiation were included. Parallel to radiation treatment, the irradiated breast was treated with NIPP with different application regimens. RD was assessed during and after NIPP/radiation, using clinician-and patient-reported outcomes. Additionally, safety and feasibility features were recorded. None of the patients was prescribed topical corticosteroids and none considered the treatment to be unpleasant. RD was less frequent and milder in comparison with standard skin care. Neither NIPP-related adverse events nor side effects were reported. This proven safety and feasibility profile of a topical NIPP device in the prevention and treatment of RD will be used as the framework for a larger intrapatient-randomised double-blind placebo-controlled trial, using objective and patient-reported outcome measures as an endpoint.
Article
Full-text available
Vulvar cancer (VC) is a specific form of malignancy accounting for 5-6% of all gynaecologic malignancies. Although VC occurs most commonly in women after 60 years of age, disease incidence has risen progressively in premenopausal women in recent decades. VC demonstrates particular features requiring well-adapted therapeutic approaches to avoid potential treatment-related complications. Significant improvements in disease-free survival and overall survival rates for patients diagnosed with post-stage I disease have been achieved by implementing a combination therapy consisting of radical surgical resection, systemic chemotherapy and/or radiotherapy. Achieving local control remains challenging. However, mostly due to specific anatomical conditions, the need for comprehensive surgical reconstruction and frequent post-operative healing complications. Novel therapeutic tools better adapted to VC particularities are essential for improving individual outcomes. To this end, cold atmospheric plasma (CAP) treatment is a promising option for VC, and is particularly appropriate for the local treatment of dysplastic lesions, early intraepithelial cancer, and invasive tumours. In addition, CAP also helps reduce inflammatory complications and improve wound healing. The application of CAP may realise either directly or indirectly utilising nanoparticle technologies. CAP has demonstrated remarkable treatment benefits for several malignant conditions, and has created new medical fields, such as "plasma medicine" and "plasma oncology". This article highlights the benefits of CAP for the Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7988 2 of 44 treatment of VC, VC pre-stages, and postsurgical wound complications. There has not yet been a published report of CAP on vulvar cancer cells, and so this review summarises the progress made in gynaecological oncology and in other cancers, and promotes an important, understudied area for future research. The paradigm shift from reactive to predictive, preventive and personalised medical approaches in overall VC management is also considered.
Article
Full-text available
Cold atmospheric plasma (CAP) interacting with tumor cells and finally leading to selective cell death has opened new horizons in cancer therapy. Despite significant progress in modern cancer treatment using immunologic and targeted therapies melanoma and glioblastoma presenting as brain metastases or primary tumor with poor prognosis are still a therapeutic challenge. The aim of the current study was to evaluate the potential of CAP (indirect treatment) in combination with the chemotherapeutics bleomycin, paclitaxel and dacarbazine to inhibit proliferation on human melanoma and glioblastoma cells in vitro. Cell lines of mouse melanoma (B16) were exposed for 1, 4, 12, 24 and 48 h, and of human melanoma (A375) and glioblastoma (A172) for 24 h to bleomycin, dacarbazine and paclitaxel together with plasma activated PBS. Directly after exposure cell proliferation after single (CAP, chemotherapeutic) or combined (CAP plus chemotherapeutic) treatment was assessed by cytotoxicity assay. Indirect CAP treatment of cell lines of glioblastoma and melanoma was followed by a strong reduction of proliferation most prominent after 24 h and 48 h exposure. With all drugs maximal reduction was achieved when drug-CAP combinations were used. Combination with CAP treating B16 melanoma cells reached 98% (48 h, combined with paclitaxel), A375 melanoma cells 82% (24 h, combined with bleomycin) and glioblastoma cells 96% (24 h, combined with paclitaxel). The combination of chemotherapy with CAP as indirect treatment may be beneficial in therapy of melanoma and glioblastoma by enhanced tumor reduction and less drug toxicity of chemotherapeutics.
Article
Full-text available
Background/aim: Ovarian cancer (OC) is a gynecologic tumor with poor prognosis. Despite radical cytoreductive surgery and platinum-based adjuvant systemic treatment, OC will relapse in the majority of the cases. Thus, cold atmospheric plasma (CAP), a highly reactive physical state bearing diverse biological activities being suited for anticancer therapy, may be a promising option in OC therapy. Materials and methods: OC cell lines were exposed either directly to the CAP or to cell culture medium previously exposed to CAP. Cell proliferation and cell motility was measured. Results: The data demonstrated, that even a single application of a short-term CAP treatment led to an attenuation of OC cell growth and motility. Moreover, incubation with CAP-treated cell culture medium gave similar effects. Results were consistent in four OC cell lines. Conclusion: In summary, the CAP application in oncological surgery leads to strong anti-proliferative effects and opens up novel opportunities for the OC treatment.
Article
Full-text available
Background/aim: Cold atmospheric plasma (CAP) attenuates tumor cell proliferation and induces apoptosis in various cell lines. While exerting marginal effects on non-neoplastic cells this unfolds promising applications in cancer therapy. The aim of the study was to analyse the effects of different CAP sources and application times on osteosarcoma (OS) cells and non-malignant fibroblast cell proliferation. Materials and methods: U2-OS and 3-T-3 fibroblasts were treated with three different approved medical devices. Carrier gas-treated cells served as controls. Cell proliferation was determined by viable cell count at different time points after treatment. Results: Control exposed U2-OS and 3-T-3 cells exhibited characteristic cell growth. CAP application of U2-OS and 3-T-3 cells attenuated proliferation rates up to 98%. Attenuation rates varied between cell lines, plasma sources and application times. Conclusion: CAP treatment attenuates cell proliferation of OS cancer cells and fibroblasts in a treatment time-dependent manner, whereby U2-OS cells appeared more sensitive to CAP treatment as 3T3 fibroblasts after 10 sec of treatment.
Article
Full-text available
Human osteosarcoma (OS) is the most common primary malignant bone tumor occurring most commonly in adolescents and young adults. Major improvements in disease-free survival have been achieved by implementing a combination therapy consisting of radical surgical resection of the tumor and systemic multi-agent chemotherapy. However, long-term survival remains poor, so novel targeted therapies to improve outcomes for patients with osteosarcoma remains an area of active research. This includes immunotherapy, photodynamic therapy, or treatment with nanoparticles. Cold atmospheric plasma (CAP), a highly reactive (partially) ionized physical state, has been shown to inherit a significant anticancer capacity, leading to a new field in medicine called “plasma oncology.” The current article summarizes the potential of CAP in the treatment of human OS and reviews the underlying molecular mode of action.
Article
Full-text available
Cold atmospheric plasma (CAP) is a highly reactive ionized physical state thereby provoking divers biological effects. In medical applications, CAP treatment promotes wound healing, provokes immunostimulation, and is antiseptically active. Moreover, CAP interacts with antiproliferative mechanisms suggesting CAP treatment as a promising anticancer strategy. Here we review the current state of science concerning the so far investigated CAP effects on different cancer entities in orthopaedic and urologic oncology.
Article
Full-text available
Pancreatic cancer is associated with a high mortality rate. In advanced stage, patients often experience peritoneal carcinomatosis. Using a syngeneic murine pancreatic cancer cell tumor model, the effect of non-thermal plasma (NTP) on peritoneal metastatic lesions was studied. NTP generates reactive species of several kinds which have been proven to be of relevance in cancer. In vitro, exposure to both plasma and plasma-treated solution significantly decreased cell viability and proliferation of 6606PDA cancer cells, whereas mouse fibroblasts were less affected. Repeated intraperitoneal treatment of NTP- conditioned medium decreased tumor growth in vivo as determined by magnetic resonance imaging, leading to reduced tumor mass and improved median survival (61 vs 52 days; p < 0.024). Tumor nodes treated by NTP-conditioned medium demonstrated large areas of apoptosis with strongly inhibited cell proliferation. Contemporaneously, no systemic effects were found. Apoptosis was neither present in the liver nor in the gut. Also, the concentration of different cytokines in splenocytes or blood plasma as well as the distribution of various hematological parameters remained unchanged following treatment with NTP-conditioned medium. These results suggest an anticancer role of NTP-treated solutions with little to no systemic side effects being present, making NTP-treated solutions a potential complementary therapeutic option for advanced tumors.
Book
This book presents the state of the art in clinical plasma medicine and outlines translational research strategies. Written by an international group of authors, it is divided into four parts. Part I is a detailed introduction and includes basic and recent research information on plasma sciences, plasma devices and mechanisms of biological plasma effects. Parts II and III provide valuable clinical insights f.e. into the treatment of superficial contaminations, ulcerations, wounds, treatment of cells in cancer, special indications like in heart surgery, dentistry, palliative treatment in head and neck cancer or the use of plasma in hygiene. Part IV offers information on how and where to qualify in plasma medicine and which companies produce and supply medical devices and is thus of particular interest to medical practitioners. This comprehensive book offers a sciences based practical to the clinical use of plasma and includes an extended selection of scien tific medical data and translational literature.
Article
Promising cold physical plasma sources have been developed in the field of plasma medicine. An important prerequisite to their clinical use is lack of genotoxic effects in cells. During optimization of one or even different plasma sources for a specific application, large numbers of samples need to be analyzed. There are soft and easy-to-assess markers for genotoxic stress such as phosphorylation of histone H2AX (γH2AX) but only few tests are accredited by the OECD with regard to mutagenicity detection. The micronucleus (MN) assay is among them but often requires manual counting of many thousands of cells per sample under the microscope. A high-throughput MN assay is presented using image flow cytometry and image analysis software. A human lymphocyte cell line was treated with plasma generated with ten different feed gas conditions corresponding to distinct reactive species patterns that were investigated for their genotoxic potential. Several millions of cells were automatically analyzed by a MN quantification strategy outlined in detail in this work. Our data demonstrates the absence of newly formed MN in any feed gas condition using the atmospheric pressure plasma jet kINPen. As positive control, ionizing radiation gave a significant 5-fold increase in micronucleus frequency. Thus, this assay is suitable to assess the genotoxic potential in large sample sets of cells exposed chemical or physical agents including plasmas in an efficient, reliable, and semiautomated manner. Environ. Mol. Mutagen., 2018.
Article
Zusammenfassung Plasma, der vierte Aggregatzustand der Materie, ist ein ionisiertes Gas und kann technisch aus Gasen wie Argon, Helium, Stickstoff, Sauerstoff oder Luft bei Normaldruck und niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Dieses „kalte atmosphärische Plasma“ (KAP) besteht dann aus einer Mischung von reaktiven Spezies wie angeregten Molekülen, geladenen Partikeln, reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies sowie UV-Strahlung. Diese Komponenten tragen zur antimikrobiellen Wirkung des Plasmas bei, vermitteln aber auch Effekte gegen Parasiten, Phagen und Viren sowie gegen Malignomzellen. KAPs können daher zur Sterilisation von Oberflächen, zur Dekontamination von Lebensmitteln, in der Dermatologie und der Zahnheilkunde eingesetzt werden. KAPs haben darüber hinaus als alternative antiseptische Therapie zur Anwendung von lokalen Antibiotika bei nicht-systemischen Infektionen rapide an Bedeutung gewonnen. Aufgrund des vielseitigen Wirkprinzips ist die Entwicklung bakterieller Resistenzen gegen KAP unwahrscheinlich.