Российские учёные из Московского физико-технического института (МФТИ), Объединённого института высоких температур РАН и Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи обнаружили, что облучение клеток холодной плазмой приводит к их регенерации и "омоложению". Этот результат, считают исследователи, может быть использован при разработке курса плазменной терапии незаживающих ран.

Незаживающие раны – настоящая проблема для медиков, так как они осложняют любое даже самое успешное лечение. Например, при сахарном диабете раны возникают из-за повреждённых 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 просто невозможно.

Оказалось, что решить проблему может холодная плазма атмосферного давления. Она представляет собой частично ионизированный газ (доля заряженных частиц в газе составляет около 1%) с температурой ниже 100 тысяч кельвинов. Её применение в области биологии и медицины стало возможным с момента появления генераторов, производящих плазму при температуре 30–40 °C.

Ранее учёными уже были выявлены бактерицидные свойства низкотемпературной плазмы и относительно высокое сопротивление клеток и тканей к её воздействию. При этом результаты плазменной обработки незаживающих ран человека варьировались от положительных до нейтральных. По результатам предыдущей работы возникла идея, что процесс заживления ран с использованием 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, участвующих в раневом процессе.

Схема эксперимента: одну группу клеток обрабатывали плазмой однократно (А), другая группа подвергалась двукратной обработке с интервалом 48 часов (В), третья группа √ трёхкратной обработке с интервалом 24 часа (С).
Схема эксперимента: одну группу клеток обрабатывали плазмой однократно (А), другая группа подвергалась двукратной обработке с интервалом 48 часов (В), третья группа √ трёхкратной обработке с интервалом 24 часа (С).
Иллюстрация МФТИ.

Учёные 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, российскими учёными не было обнаружено 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 трёх дней) пролиферация (деление) клеток уменьшилась на 29,1 % по сравнению с контрольной группой. У кератиноцитов различия в скорости пролиферации также были обнаружены, но они оказались незначительными.

Затем учёные измерили уровень старение-ассоциированной β-галактозидазы, 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 фазы роста может означать, что клетки фактически омоложиваются.

    "Положительные данные, наблюдаемые нами после плазменной обработки, могут быть связаны с активацией механизма аутофагии клеток. Он ведёт к тому, что из клетки удаляются повреждённые органеллы, что в конечном счёте 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, чтобы понять молекулярные механизмы воздействия плазмы на клетки, а также изучить эффективность такого лечения с учётом возраста пациента.

Работа российских учёных опубликована в издании Journal of Physics D: Applied Physics.

Ранее "Вести.Наука" рассказывали о том, как холодная плазма может помочь в борьбе с диареей.  https://nauka.vesti.ru/article/1044981 

Мунир Ларусси (Mounir Laroussi) и Синь Пэй Лу (Xin Pei Lu) из американского университета Old Dominion разработали портативное устройство для создания длинного пучка холодной плазмы.

Аппарат, немногим крупнее авторучки, генерирует острое плазменное перо длиной в пять сантиметров. Прежние устройства такого типа могли создавать выбросы холодной плазмы лишь в несколько миллиметров длиной.

Плазма на выходе имеет комнатную температуру, однако может использоваться для эффективного уничтожения бактерий, так как содержит активные атомы кислорода. Большую же часть потока составляет гелий.

Обычно при атмосферном давлении требуется высокая температура (тысячи градусов), чтобы создать плазму.

Но в новом устройстве эта же цель достигается без нагрева — за счёт действия высокого напряжения, которое прикладывается к двум медным кольцам, закреплённым с двух сторон стеклянного диска диаметром 2,5 сантиметра и толщиной порядка одного сантиметра.

В центре диска имеется маленькое отверстие, а вся конструкция помещена в цилиндрический корпус, куда подаётся газ.

Импульс тока на электроды выдаётся в течение нескольких микросекунд. В этот момент из «авторучки» вырывается плазменное перо. Оно может быть использовано для дезинфекции ран или полости в зубе при установке пломбы, а в перспективе — для обработки опухолей.

Читайте также о суперочистителе воздуха для больниц и о реактивном шприце, который разгоняет лекарство до 500 километров в час.