Российские ученые из МФТИ, Объединенного института высоких температур РАН и Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи обнаружили, что облучение клеток холодной плазмой приводит к их регенерации и омоложению. Этот результат может быть использован при разработке курса плазменной терапии незаживающих ран. Работа опубликована в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.
Незаживающие раны — настоящая проблема для медиков, так как они осложняют успешное лечение. При сахарном диабете раны возникают из‑за поврежденных болезнью сосудов, при онкологии и ВИЧ — из‑за подавленного иммунитета, а в пожилом возрасте причиной является низкая скорость деления клеток. Лечение таких ран обычными методами очень проблематично, а иногда и невозможно.
Холодная плазма атмосферного давления представляет собой частично ионизированный газ (доля заряженных частиц в газе составляет около 1 %) с температурой ниже 100 000 К. Ее применение в области биологии и медицины стало возможным с момента появления генераторов, производящих плазму при температуре 30–40 °C.
Генератор низкотемпературной плазмы: А: 1 — поток газа, 2 — микроволновый электрод, 3 — плазменная струя, 4 — источник питания, 5 — заземление; Б: 6 — металлический корпус, 7 — питание, 8 — струя плазмы
Ранее уже были выявлены бактерицидные свойства низкотемпературной плазмы и относительно высокое сопротивление клеток и тканей к ее воздействию. Результаты плазменной обработки незаживающих ран у человека варьировались от положительных до нейтральных. По результатам предыдущей работы возникла идея, что процесс заживления ран при применении плазмы зависит от способа обработки клеток (интервала между облучениями и общего количества облучений).
Объектами исследования в данной работе являлись фибробласты (клетки соединительной ткани) и кератиноциты (клетки эпителиальной ткани). Это основные типы клеток, участвующие в раневом процессе.
Схема эксперимента: одну группу образцов (клеток) обрабатывали плазмой однократно (А), другая группа подвергалась двукратной обработке с интервалом 48 часов (В), третья группа — трехкратной обработке с интервалом 24 часа (С)
Ученые заметили, что облучение плазмой не прошло безрезультатно: в образцах фибробластов, обработанных однократно (А) и двукратно (В), количество клеток увеличилось на 42,6 % и 32,0 % соответственно по сравнению с контрольной группой клеток, не подвергавшихся облучению. Кроме того, не было никаких признаков разрывов ДНК сразу после обработки плазмой. При этом наблюдалось накопление клеток в активных фазах клеточного цикла и продление фазы роста до 30 часов. То есть воздействие плазмы несло регенерационный, а не разрушающий характер.
Для группы клеток С (ежедневная обработка в течение трех дней) пролиферация (деление) клеток уменьшилась на 29,1 % по сравнению с контролем. У кератиноцитов различия в скорости пролиферации были незначительными.
Ученые обратили внимание на уровень старение-ассоциированной β‑галактозидазы, которая измеряется при рН 6,0 и которая считается одним из маркеров старения. С возрастом концентрация этого фермента в клетке повышается. После обработки плазмой уровень содержания этого вещества был значительно снижен, что в совокупности с продлением экспоненциальной фазы роста исследуемой культуры может означать функциональную активацию клеток, другими словами, их омоложение.
«Положительные данные, наблюдаемые нами после плазменной обработки, могут быть связаны с активацией механизма аутофагии клеток, который ведет к тому, что из клетки удаляются поврежденные органеллы, что в конечном счете перезапускает обменные процессы в клетке», — говорит Елена Петерсен, соавтор исследования и заведующая Лаборатории клеточных и молекулярных технологий МФТИ.
В дальнейшем авторы планируют провести дополнительные исследования для понимания молекулярного механизма воздействия плазмы на клетки, а также изучить эффективность лечения с учетом возраста пациента.
4
