Плазменная медицина
Плазменная медицина - это развивающаяся область, которая сочетает в себе физику плазмы, науки о жизни и клиническую медицину. Он изучается в дезинфекции, заживлении и раке. большая часть исследований проводится < wbr>in vitro и на животных моделях.
Оно использует ионизированный газ (физическую плазму) для медицинских целей или зубоврачебных применений. плазма, часто называемая четвертым состоянием вещества, представляет собой ионизированный газ, содержащий положительные ионы и отрицательные ионы или электроны, но в целом является приблизительно нейтральным зарядом. Плазменные источники, используемые для плазменной медицины, как правило, низкотемпературные плазмы, и они генерируют ионы, химически активные атомы и молекулы, а также УФ-фотоны. Эти плазм-произведенные активные виды полезны для нескольких биомедицинских применений как стерилизация имплантатов и хирургических инструментов так же, как дорабатывать свойства поверхности биоматериала. Чувствительные применения плазмы, такие как подвергание человеческого тела или внутренних органов плазменной обработке в медицинских целях, также возможны. Эта возможность активно исследуется исследовательскими группами по всему миру в рамках высокодисциплинарной области исследований, называемой "плазменной медициной".
Источники плазмы[править]
Плазменные источники, используемые в плазменной медицине, как правило, являются" низкотемпературными " плазменными источниками, работающими при атмосферном давлении. В этом контексте низкая температура относится к температурам, аналогичным комнатной температуре, обычно немного выше. Существует строгий верхний предел 50 °C при обработке тканей, чтобы избежать ожогов. Плазма только частично ионизирована, причем менее 1 ppm газа являются заряженными видами, а остальные состоят из нейтрального газа.
Диэлектрические барьерные разряды[править]
Диэлектрически-барьерные разряды - это тип источника плазмы, который ограничивает ток с помощью диэлектрика, покрывающего один или оба электрода. Обычное ДБД-устройство содержит два плоских электрода, по крайней мере один из которых покрыт диэлектриком, и электроды разделены небольшим зазором, который называется разрядным промежутком. Дбд обычно приводятся в действие высокими переменными напряжениями с частотами в диапазоне кГц. Для использования источников питания постоянного тока и частотой 50/60 Гц исследователи разработали резистивный Барьерный разряд (РБД). Однако для медицинского применения устройств DBD само человеческое тело может служить одним из двух электродов, что делает достаточным создание источников плазмы, состоящих только из одного электрода, покрытого диэлектриком, таким как оксид алюминия или кварц. В настоящее время изучаются ДБД для медицинских применений, таких как инактивация бактерий,[5] для лечения кожных заболеваний и ран, лечение опухолей и дезинфекция поверхности кожи. Лечение обычно проходит на воздухе помещения. Они обычно питаются от нескольких киловольт смещения с использованием либо переменного тока, либо импульсных источников питания.
Плазменные струи атмосферного давления[править]
Плазменные струи атмосферного давления (Аппд) представляют собой совокупность источников плазмы, которые используют поток газа для доставки реактивных веществ, образующихся в плазме, к ткани или образцу. Используемый газ обычно представляет собой гелий или аргон, иногда с небольшим количеством (<5%)O2 , H2Oили N2 смешанный внутри для увеличения продукции химически реактивных атомов и молекул. Использование благородного газа поддерживает низкие температуры и упрощает получение стабильного разряда. Газовый поток также служит для создания области, где воздух помещения контактирует с благородным газом и диффундирует в него, где образуется большая часть реакционноспособных веществ.
Существует большое разнообразие конструкций реактивных двигателей, используемых в экспериментах. Многие Appj используют диэлектрик для ограничения тока, как и в DBD, но не все это делают. Те, которые используют диэлектрик для ограничения тока, обычно состоят из трубки, сделанной из кварца или оксида алюминия, с высоковольтным электродом, обернутым вокруг внешней стороны. Также может быть заземленный электрод, обернутый вокруг внешней стороны диэлектрической трубки. Конструкции, в которых не используется диэлектрик для ограничения тока, используют высоковольтный штыревой электрод в центре кварцевой трубки. Все эти устройства генерируют ионизационные волны, которые начинаются внутри струи и распространяются наружу, смешиваясь с окружающим воздухом. Несмотря на то, что плазма может выглядеть непрерывной, на самом деле это серия ионизационных волн или "плазменных пуль". Эта волна ионизации может лечить или не лечить обрабатываемую ткань. Прямой контакт плазмы с тканью или образцом может привести к тому, что в образец будет доставлено значительно большее количество реактивных частиц, заряженных частиц и фотонов.]
Один тип конструкции, который не использует диэлектрик для ограничения тока, - это два плоских электрода с газовым потоком, проходящим между ними. В этом случае плазма не выходит из струи, а в образец попадают только нейтральные атомы, молекулы и фотоны.
Большинство устройств этого типа производят тонкие (диаметром мм) плазменные струи, более крупные поверхности можно обрабатывать одновременно, соединяя множество таких струй или с помощью многоэлектродных систем. Можно обрабатывать значительно большие поверхности, чем с помощью индивидуальной струи. Кроме того, расстояние между устройством и кожей в определенной степени изменчиво, так как кожа не нужна в качестве плазменного электрода, что значительно упрощает использование на пациенте. Низкотемпературные плазменные струи использовались в различных биомедицинских приложениях-от инактивации бактерий до уничтожения раковых клеток.[10]
Приложения[править]
Плазменную медицину можно разделить на три основные области:
- Нетепловая прямая плазма атмосферного давления для медикаментозной терапии
- Плазменная модификация био-релевантных поверхностей
- Био-дезактивация и стерилизация на основе плазмы
Нетепловая плазма атмосферного давления[править]
Одной из проблем является нанесение нетепловой плазмы непосредственно на поверхность человеческого тела или на внутренние органы. В то время как для модификации поверхности и биологической дезактивации могут использоваться как плазмы низкого давления, так и плазмы атмосферного давления , для непосредственного терапевтического применения применимы только источники плазмы атмосферного давления.
Высокая реактивность плазмы является результатом действия различных компонентов плазмы: электромагнитного излучения (UV/VUV, видимого света, ИК, высокочастотных электромагнитных полей и т. д.), С одной стороны, и ионов, электронов и реакционноспособных химических форм, в первую очередь радикалов, с другой. Помимо хирургического применения плазмы, такого как аргоноплазменная коагуляция (APC),, которое основано на высокоинтенсивных смертельных плазменных эффектах, первое и спорадическое нетепловое терапевтическое применение плазмы задокументировано в литературе.] Однако основные представления о механизмах воздействия плазмы на различные компоненты живых систем находятся в самом начале. Особенно для области непосредственного терапевтического применения плазмы фундаментальное знание механизмов взаимодействия плазмы с живыми клетками и тканями имеет важное научное значение.
Плазменная Дерматология[править]
Кожа предлагает удобную мишень для плазменных аппликаций, что отчасти объясняет недавний бум в плазменной дерматологии.Первые успехи были достигнуты немецкими учеными, применявшими плазменную терапию для лечения хронических язв.эти исследования привели к разработке плазменных устройств, которые в настоящее время используются в клинической практике в Европейском Союзе.
В Соединенных Штатах совместная группа академических ученых Института плазмы Найхайма Университета Дрекселя и дерматолога-исследователя доктора Питера К. Фридмана впервые применила плазму для лечения предракового (актинического) кератоза и бородавок. Та же команда смогла показать многообещающие результаты в лечении выпадения волос (андрогенетической алопеции) с помощью модифицированного протокола, называемого непрямой плазменной терапией.
Успешное плазменное лечение актинического кератоза было повторено другой группой в Германии с использованием другого типа плазменного устройства,что еще больше продемонстрировало ценность этой технологии даже по сравнению с известными методами лечения, такими как топический диклофенак.]
В настоящее время проводятся клинические испытания в дерматологии для лечения акне, розацеа, выпадения волос , и других состояний. Понимание, полученное в результате изучения плазменного лечения кожных заболеваний, может также помочь разработать новые стратегии плазменной медицины для лечения внутренних органов.
Механизмы[править]
Хотя многие положительные результаты были замечены в экспериментах, неясно, каков доминирующий механизм действия для любых применений в плазменной медицине. Плазменная обработка генерирует активные формы кислорода и азота, которые включают свободные радикалы. Эти виды включают O, O3, OH, H2O2, HO2, NO, ONOOH и многие другие. Это увеличивает окислительный стресс на клетках, что может объяснить избирательное уничтожение раковых клеток, которые уже находятся в состоянии окислительного стресса. Кроме того, прокариотические клетки могут быть более чувствительны к окислительному стрессу, чем эукариотические клетки, что позволяет избирательно убивать бактерии.
Известно, что электрические поля могут влиять на клеточные мембраны из исследований электропорации . Электрические поля на клетках будучи обработанными двигателем плазмы могут быть достаточно высоки для произведения электропорации, которая может сразу повлиять на поведение клетки, или могут просто позволить более реактивному виду войти клетку. Известно, что как физические, так и химические свойства плазмы индуцируют поглощение наноматериалов в клетках. Например, поглощение наночастиц золота размером 20 нм можно стимулировать в раковых клетках с помощью нелетальных доз холодной плазмы. Механизмы поглощения включают как энергозависимый эндоцитоз, так и энергонезависимый транспорт через клеточные мембраны. Основным путем ускоренного эндоцитоза наночастиц после воздействия холодной плазмы является клатрин-зависимый путь репарации мембран, вызванный перекисным окислением липидов и повреждением клеточных мембран.
Роль иммунной системы в плазменной медицине в последнее время стала очень убедительной. Возможно, что реактивные формы, введенные плазмой, вызывают системный иммунный ответ.
См.также[править]
Пруф[править]
youtu.be/D1DEYt1D4FM Radii BABANU