23.10.2018

Wirksamkeit plasmamedizinischer Kombinationsbehandlung nachgewiesen

Gepulste elektrische Felder verstärken Effekte.

Das Leibniz-Institut für Plasma­for­schung und Tech­no­logie (INP) gehört welt­weit zu den Weg­berei­tern der Plas­ma­me­dizin. Ein Team von Wissen­schaftlern hat dort in den ver­gangenen Monaten unter­sucht, welche zusätzliche Wirk­ung der Einsatz von gepuls­ten elek­trischen Feldern – in Kombi­nation mit kaltem Plasma – ent­faltet.

Abb.: Eigen­gefer­tigte Elek­troden­an­ord­nung (links) für die An­wen­dung ge­puls­ter elek­tri­scher Felder (PEF) in Kom­bi­nation mit kalten Atmo­sphären­druck­plasmen (CAP) auf eine Mono­lage der ausgewählten Zell­kultur (rechts), die mit deutlich stärkerer Atmungs­aktivität im be­han­delten Bereich rea­giert (dunk­lerer Bereich zwischen frühe­ren Elek­troden­positionen (weiße Pfeile). (Bild: INP / 2018 Steuer et al.)

Unter einem Dach untersuchen Physiker, Bio­chemiker, Biologen, Mediziner und Pharma­zeuten am INP die Wechsel­wirkungen von physi­kali­schen Plasmen und Zellen. Der am INP entwickelte Plasma­jet kINPen gehört mittler­weile zum Instru­men­tarium vieler Kliniken und wird erfolgreich bei der Be­hand­lung chronisch infizierter Wunden sowie Haut­er­kran­kun­gen eingesetzt. Derzeit er­for­schen INP-Wissen­schaftler zudem die Wirkung von Plasma auf Krebszellen. Mit der Studie „Cell stimulation versus cell death induced by sequential treatments with pulsed electric fields and cold atmospheric pressure plasma“ hat ein Forscher­team des Instituts jetzt neue wichtige Erkennt­nisse in diesem Bereich gewonnen und in der aktuellen Au­sgabe von PloS one publiziert.

Innerhalb der Studie wurden zwei Techno­logien für die medi­zinische An­wendung kombiniert: gepulste elek­trische Felder (PEF) sowie kaltes Atmo­sphären­druckplasma (CAP). Während mit PEFs die Poren­bildung in Zell­mem­branen indu­ziert werden kann und somit die Auf­nahme von Mole­külen er­leich­tert wird, wirkt CAP haupt­sächlich über die Bil­dung reaktiver Spezies, die in einer flüs­sigen Um­gebung erzeugt werden. Das INP-Forscher­team hat jetzt unter­sucht, ob die Kom­bination von PEFs mit plasma­behan­del­tem Zell­kulturen die Lebens­fähigkeit von Säuge­tierzellen erhöht. Hierbei wurden Experi­mente mit Ratten-Leber­epithel-WBF344-Zellen und tumorigenen WB-ras für einen direkten Vergleich von nicht-tumo­rigenen und tumo­rigenen Zellen des­selben Ur­sprungs durch­geführt.

Abb.: Bilder einer WB-F344- (links) und einer WB-ras-Monolage (rechts) nach An­wen­dung einer einminütigen PTM-Be­hand­lung und acht an­schließenden 100-μs Impulsen mit jeweils 1 kV/cm. Die Tumor­zellen rea­gie­rten auch in weite­rer Ent­fernung von den Elek­tro­den em­pfind­licher auf die Be­hand­lung und starben eher ab (Die vita­len Zel­len zeigen im MTT-Test eine bläu­liche Fär­bung.). (Bild: INP / 2018 Steuer et al.)

Eine erste Erkenn­tnis war, dass WB-ras-Zellen em­pfind­licher auf die Behand­lungen als nicht tumor­bildende WBF344-Zellen rea­gierten, wobei die Lebens­fähigkeit stark vom Zelltyp und der an­gewan­dten Feld­stärke abhing. Darüber hinaus spielt die Reihen­folge der Be­hand­lung eine wichtige Rolle: Mehr Zellen wurden ab­ge­tötet, wenn zuerst Plas­ma und dann ein PEF mit 100 μs an­gewandt wurde. Die Ergeb­nisse legen nahe, dass nicht nur die Poren­bildung, sondern auch andere Mecha­nis­men dazu bei­getragen haben, dass beide Meth­oden eine sich gegen­seitig ver­stärkende Wir­kung auf­wiesen.

Diese Forschungs­arbeit wurde vom Bundes­minis­teri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) finan­ziell unter­stützt. (Förderkennzeichen 13N13960).

INP / LK

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