Zimna Plazma

Plazma: 4. stan skupienia materii

Plazma, znana jako czwarty stan skupienia materii, występuje obok stanu stałego, ciekłego i gazowego. Jest to zjonizowany gaz, w którym swobodnie poruszają się jony. Jonizacja może zachodzić na skutek wzrostu temperatury lub silnych zmian elektromagnetycznych.

Błyskawice i zorze polarne to przykłady plazmy atmosferycznej, które możemy zaobserwować w naturze.
Inne przykłady zastosowania plazmy w życiu codziennym to lampy fluorescencyjne lub telewizory plazmowe.

TERAPIA ZIMNĄ PLAZMĄ ATMOSFERYCZNĄ (CAP)

Zimna plazma atmosferyczna to częściowo zjonizowany gaz o temperaturze poniżej 40°C, charakteryzujący się wysoką przewodnością elektryczną. W medycynie najczęściej stosowaną technologią jest DBD (Dielectric Barrier Discharge), w której elektroda jest zabezpieczona warstwą izolacyjną z dielektrycznego szkła, a pacjent pełni rolę przeciwnej elektrody.

Pierwotna plazma generuje napięcie na powierzchni dielektryka, natomiast wtórna plazma powstaje w wyniku wyładowań pomiędzy urządzeniem a pacjentem (przewodzącą powierzchnią). To właśnie te wyładowania wywołują biologiczne i terapeutyczne efekty zimnej plazmy. Dzięki prądom elektrycznym o niskim napięciu oraz temperaturze poniżej 40°C technologia ta może być bezpiecznie stosowana na żywych tkankach i jest powszechnie akceptowana przez pacjentów.

Zasady i mechanizmy działania

Różnorodne efekty biologiczne CAP opierają się na synergicznym działaniu składników plazmy.

Zimna plazma terapeutyczna składa się między innymi z jonów, elektronów, reaktywnych form tlenu i azotu (ROS i RNS), promieniowania UV i pól elektromagnetycznych.

Pierwszy poziom: Terapia zimną plazmą

Skuteczność do skóry właściwej i przyległych tkanek do 1 cm.

Antyseptyka

Reaktywne formy tlenu i azotu wykazują silne działanie antyseptyczne, które zachodzi zarówno na powierzchni, jak i w głębszych warstwach tkanki. Mechanizm ten nie jest podatny na problemy związane z opornością drobnoustrojów, a jego skuteczność sięga aż do skóry właściwej. W rezultacie możliwa jest efektywna eliminacja bakterii wielolekoopornych oraz biofilmu.

Bezpośrednia aktywacja komórkowa

Stymulowane komórki wykazują zwiększoną proliferację i lepszą komunikację międzykomórkową, co korzystnie wpływa na stany zapalne i procesy gojenia.

Angiogeneza

Następuje natychmiastowa i trwała hiperemia z tworzeniem nowych naczyń krwionośnych, poprawą utlenowania i intensyfikacją mikrokrążenia. Blizny zostają zrewitalizowane i zredukowane dzięki lepszemu krążeniu krwi i poprawie ich struktury komórkowej.

Stymulacja układu odpornościowego

Cytokiny lokalnie przyciągają makrofagi i inne komórki odpornościowe.

Regulacja stanu zapalnego

Dzięki redukcji cytokin prozapalnych, zahamowaniu aktywacji komórek odpornościowych, regulacji stresu oksydacyjnego oraz modulacji procesu zapalnego.

Obniżenie pH

pH obniża się do zakresu bardziej sprzyjającego gojeniu ran.

Oczyszczanie ran

Uszkodzone komórki są szybciej eliminowane przy pomocy makrofagów, ponieważ ich DNA jest bardziej wrażliwe na działanie CAP.

Drugi poziom: Impulsy o wysokiej częstotliwości (elektroterapia)

Penetracja tkanek na głębokość ponad 1 cm.
Silne pole elektromagnetyczne może być terapeutycznie wykorzystywane ze względu na swój wpływ na tkankę mięśniową i nerwową.
Źródłem powinno być urządzenie DBD z możliwością regulacji częstotliwości impulsu (Hz), idealnie działające w zakresie od 10 do 40 Hz. Takie parametry pozwalają na zniesienie blokady mięśni, wspierają regenerację i stymulację po uszkodzeniu nerwów oraz zapobiegają odnerwieniu mięśni powiązanych.

Bibliografia

Działanie przeciwdrobnoustrojowe: Bakterie

Brun P, Bernabè G, Marchiori C, Scarpa M, Zuin M, Cavazzana R, Zaniol B, Martines E. Antibacterial efficacy and mechanisms of action of low power atmospheric pressure cold plasma: membrane permeability, biofilm penetration and antimicrobial sensitization. J Appl Microbiol. 2018 Aug;125(2):398-408. PMID: 29655267. doi: 10.1111/jam.13780
Haghighi L, Azizi A, Vatanpour M, Ramezani G. Antibacterial Efficacy of Cold Atmospheric Plasma, Photodynamic Therapy with Two Photosensitizers, and Diode Laser on Primary Mandibular Second Molar Root Canals Infected with Enterococcus faecalis: An in Vitro Study. Int J Dent. 2023 Apr 21:2023:5514829. PMID: 37123349. doi: 10.1155/2023/5514829

Działanie przeciwdrobnoustrojowe: Wirusy

Alekseev O, Donovan K, Limonnik V, Azizkhan-Clifford J. Nonthermal Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Suppresses Herpes Simplex Virus Type 1 (HSV-1) Replication in Corneal Epithelium. Transl Vis Sci Technol. 2014 Mar 27;3(2):2. PMID: 24757592. doi: 10.10.1167/tvst.3.2.2
Bunz O, Mese K, Zhang W, Piwowarczyk A, Ehrhardt A. Effect of cold atmospheric plasma (CAP) on human adenoviruses is adenovirus type-dependent. PLoS One. 2018 Oct 26;13 (10):e0202352. PMID: 30365500. doi: 10.1371/journal.pone.0202352
Aboubakr HA, Mor SK, Higgins LA, Armien A, Youssef MM, Bruggeman PJ, Goyal SM. Cold argon-oxygen plasma species oxidize and disintegrate capsid protein of feline calicivirus. PLoS One. 2018 Mar 22;13(3):e0194618. PMID: 29566061. doi: 10.1371/journal.pone.0194618

Działanie przeciwdrobnoustrojowe: Grzyby

Lee T-H, Hyun J-E, Kang Y-H, Baek S-J, Hwang C-Y. In vitro antifungal activity of cold atmospheric microwave plasma and synergistic activity against Malassezia pachydermatis when combined with chlorhexidine gluconate. Vet Med Sci. 2022 Mar;8(2):524-529. PMID: 35089639. doi: 10.1002/vms3.719
Šimončicová J, Kaliňáková B, Medvecká V, Lakatoš B, Kryštofová S, Hoppanová L, Palušková V, Hudecová D, Ďurina P, Zahoranová A. Cold plasma treatment triggers antioxidative defense system and induces changes in hyphal surface and subcellular structures of Aspergillus flavus. Appl Microbiol Biotechnol. 2018 Aug;102(15):6647-6658. PMID: 29858953. doi: 10.1007/s00253-018-9118-y
Gnat S, Lagowski D, Dylag M, Zielinski J, Studzinski M, Nowakiewicz A. Cold atmospheric pressure plasma (CAPP) as a new alternative treatment method for onychomycosis caused by Trichophyton verrucosum: in vitro studies. 2021 Dec;49(6):1233-1240. PMID: 34499324. doi: 10.1007/s15010-021-01691-w

Działanie przeciwdrobnoustrojowe: Pasożyty

Ten Bosch L, Habedank B, Siebert D, Mrotzek J, Viöl W. Cold Atmospheric Pressure Plasma Comb – A Physical Approach for Pediculosis Treatment. Int J Environ Res Public Health 2018 Dec 21;16(1):19. PMID: 30577656. doi: 10.3390/ijerph16010019
Daeschlein G, Scholz S, Arnold A, von Woedtke T, Kindel E, Niggmeier M, Weltmann K-D, Jünger M. In Vitro Activity of Atmospheric Pressure Plasma Jet (APPJ) Plasma Against Clinical Isolates of Demodex Folliculorum. IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 38, No. 10, October 2010. doi: 10.1109/TPS.2010.2061870

Neowaskularyzacja i angiogeneza

Schmidt A, Liebelt G, Striesow J, Freund E, von Woedtke T, Wende K, Bekeschus S. The molecular and physiological consequences of cold plasma treatment in murine skin and its barrier function. Free Radic Biol Med. 2020 Dec: 161:32-49. PMID: 33011275. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.09.026
Chatraie M, Torkaman G, Khani M, Salehi H, Shokri B. In vivo study of non-invasive effects of non-thermal plasma in pressure ulcer treatment. Sci Rep. 2018 Apr 4;8(1):5621. PMID: 29618775. doi: 10.1038/s41598-018-24049-z
Schmidt A, Niessner F, von Woedtke Th, Bekeschus S. Hyperspectral Imaging of Wounds Reveals Augmented Tissue Oxygenation Following Cold Physical Plasma Treatment in Vivo. IEEE TRANSACTIONS ON RADIATION AND PLASMA MEDICAL SCIENCES, VOL. 5, NO. 3, MAY 2021
T. von Woedtke, A. Schmidt, S. Bekeschus, K. Wende, K.D. Weltmann, Plasma medicine: a field of applied redox biology, Vivo 33 (2019) 1011–1026, doi: 10.21873/invivo.11570

Modulacja cytokin zapalnych

Schmidt A, von Woedtke T, Vollmar B, Hasse S, Bekeschus S. Nrf2 signaling and inflammation are key events in physical plasma-spurred wound healing. Theranostics. 2019 Jan 30;9(4):1066-1084. PMID: 30867816. doi: 10.7150/thno.29754
Ding C, Huang P, Feng L, Jin T, Zhou Y, He Y, Wu Z, Liu Y. Immediate intervention effect of dielectric barrier discharge on acute inflammation in rabbit’s ear wound, AIP Advances 10. 2020, 025008. doi: 10.1063/1.5139953

Apoptoza komórkowa

Haertel B, von Woedtke T, Weltmann K-D, Lindequist U. Non-thermal atmosperic-pressure plasma possible application in wound healing. Biomol Ther (Seoul). 2014 Nov;22(6):477-90. PMID: 25489414. doi: 10.4062/biomolther.2014.105
Gay-Mimbrera J, Garcia MC, Isla-Tejera B, Rodero-Serrano A, Garcia-Nieto AV, Ruano J. Clinical and Biological Principles of Cold Atmospheric Plasma Application in Skin Cancer. Adv Ther. 2016 Jun;33(6):894-909. PMID: 27142848. doi: 10.1007/s12325-016-0338-1

Regeneracja nerwów

Lee S-T, Jang Y-S, Kim U-K, Kim H-J, Ryu M-H, Kim G-C, Hwang D-S. Non-thermal plasma application enhances the recovery of transected sciatic nerves in rats. Exp Biol Med (Maywood). 2021 Jun;246(11):1287-1296. PMID: 33653158. doi: 10.1177/1535370221996655
Ding C, Ni L, Liu Q, et al. Cold air plasma improving rheumatoid arthritis via mitochondrial apoptosis pathway. Bioeng Transl Med. 2023;8(1):e10366. doi:10.1002/btm2.10366
Faramarzi F, Zafari P, Alimohammadi M, et al. Inhibitory Effects of Cold Atmospheric Plasma on Inflammation and Tumor‑Like Feature of Fibroblast‑Like Syn