| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Apoptóza nádorových buniek vyvolaná plazmou
Vladimír Scholtz
Apoptóza, programová smrť (samovražda) buniek, je mocným nástrojom živých organizmov. Každá bunka je schopná za určitých okolností spáchať apoptózu, a to či už priamo alebo asistovanú tým, že zmení svoje vonkajšie antigény (vonkajšiu štruktúru) a nechá sa zlikvidovať imunitným systémom. Napríklad pri raste embrya sa prsty vyvíjajú ako jedna plocha a až neskôr sa apoptózou, ktorú spáchajú vybrané bunky, navzájom oddelia. Iným príkladom môže byť opadávanie listov, kde vybraná časť bunkového epitelu spácha apoptózu a oddelí tak list od zvyšku rastliny. V „bežnej prevádzke“ organizmov sa radovo konštantný počet buniek organizmu udržuje apoptózou starých buniek, ktorá vyrovnáva prírastok nových.
|
DNA – Deoxyribonucleic acid, deoxyribonukleová kyselina. Jde o nukleovou kyselinu, jejíž cukernou složkou je 2'-deoxyribóza. Báze jsou tvořeny především čtveřicí adenin, thymin, guanin a cytosin; vzájemně komplementární jsou nukleotidy s adeninem a thyminem, a nukleotidy s cytosinem a guaninem. DNA vytváří dvoušroubovici z navzájem komplementárních opačně orientovaných řetězců, pracovního a paměťového. Její hlavní funkcí je uchovávání genetické informace. Plazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází elektricky nabité částice. Kladné a záporné náboje se navzájem kompenzují, takže celek je elektricky neutrální. Částice jsou schopné reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, jiskry, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. Pro plazma jsou typické silně nelineární jevy a nestability. Přes 99 % atomární látky ve vesmíru je v plazmatickém skupenství. Melanom – zhoubný nádor melanocytů, pigmentových buněk nacházejících se převážně na kůži, v menším počtu ve střevě a v oku. |
Ďalším z dôležitých významov apoptózy je samolikvidácia poškodených buniek. K poškodeniu buniek dochádza v telách živých organizmov často a pokiaľ toto poškodenie bunky sami rozpoznajú a spáchajú apoptózu, je všetko v poriadku. Ak však svoje poškodenie bunka nespozná, môže sa začať nekontrolovane deliť, tkanivo bujnie a dochádza k vzniku nádoru.
V posledných niekoľkých rokoch došlo vďaka objavu mikrobicídnych účinkov nízkoteplotnej plazmy (viď napr. [1]) k širokému výskumu jej ďalších vlastností v oblasti medicíny. Práce [2-6] popisujú schopnosť elektrického poľa a generovanej nízkoteplotnej plazmy indukovať apoptózu v rakovinových bunkách, čo predstavuje potenciálnu alternatívu k súčasným možnostiam liečby.
Za všetky práce som vybral prácu [2], ktorá túto skutočnosť demonštruje. Na nasledujúcom obrázku (prevzatý z [2]) je fotografia použitého zariadenia pri expozícii pokožky pokusnej bezsrstej myši v narkóze. Elektrický výboj horí medzi dvoma paralelnými platňami, medzi ktoré je vložené exponované tkanivo. Jedna expozícia pozostávala so 100 pulzov s dĺžkou 300 ns a napätím 4÷8 kV, ktoré boli privádzané s periódou 2 s.
Obr. 1. Bezsrstá myš pri experimente. Zdroj: [2].
Medzi týmito platňami vznikalo pulzné elektrické pole kolmé na obe elektródy, ktoré zároveň medzi elektródami a živým tkanivom indukovalo dielektrický bariérový výboj. Toto elektrické pole spolu s produktmi výboja (kyslíkové reaktívne častice, voľné radikály, nabité častice, UV žiarenie...) pôsobilo na exponovanú pokožku s melanómom (kožným nádorom) pokusných myší, kde indukovalo apoptózu buniek melanómu. Expozícia prebehla 0. deň v 3 dávkach a následne 4. deň v 1 dávke, následkom čoho sa začal objem nádoru postupne zmenšovať a po dvoch týždňoch klesol na 10 % svojej pôvodnej veľkosti. Po tomto čase však začali nádory na všetkých pokusných myšiach opäť rásť.
Prvých päť dní experimentu na niekoľkých pokusných myšiach dokumentuje nasledujúca séria obrázkov (prevzaté z [2]). V stĺpcoch sú postupne uvedené fotografie kontrolných vzoriek exponovanej zdravej pokožky (A-F), neexponovaného voľne rastúceho melanómu (H-M) a exponovanému melanómu (O-T).
Obr. 2: Prvých päť dní experimentu na pokusných
myšiach. Ľavý obrázok z dvojice je
fotografia pri podsvietení zospodu, pravý obrázok pri vrchnom osvetlení. Zdroj: [2].
V prípade, že prebehli viac ako dve série expozíc, došlo vo všetkých prípadoch k úplnému odstráneniu nádoru. Nasledujúci obrázok ukazuje reakciu melanónu na trojicu expozíc v 0., 1. a 2. dni opakovanú následne v 21., 22. a 23. dni. Na poslednom snímku (prevzaté z [2]) je vidieť, že skutočne došlo k úplnej remisii nádoru.
Obr. 3: Reakcia melanónu na trojicu expozíc v 0., 1. a 2. dni opakovanú následne v 21., 22. a 23. dni. Po 65 dňoch došlo k remisii nádoru. Ľavý obrázok z dvojice je fotografia pri podsvietení zospodu, pravý obrázok pri vrchnom osvetlení. Zdroj [2].
Uvedené výsledky dokumentujú schopnosť pulzného elektrického poľa v kombinácii s elektrickým výbojom likvidovať melanómy pokusných myší, čo môže predstavovať nový vhodný typ terapie pre niektoré druhy nádorov. Ako sa uvádza v prácach [2] a [3], na popísanú terapiu reagovali testované bunky melanómu a nádoru pečene. V názoroch na to, čo túto apoptózu spôsobuje, sa jednotlivé práce rozchádzajú. Zatiaľ čo práca [3] uvádza, že apoptózu indukuje samotné elektrické pole, pričom prípadný výboj nemá na účinnosť liečby vplyv, tak naopak práca [4] uvádza ako hlavnú príčinu indukcie apoptózy reaktívne kyslíková častice produkované v elektrickom výboji. Toto tvrdenie podporuje aj práca [5], ktorá sa zároveň pokúša vysvetliť tento mechanizmus poškodzovaním mitochondrií. Práca [6] k reaktívnym kyslíkovým časticiam pridáva ešte OH radikál a ako príčinu apoptózy označuje masívne poškodenie bunečnej DNA.
Článok vznikol s podporou grantu ČVUT SGS10/266/OHK3/3T/13
Odkazy
- K. Oehmigen et al.: Estimation of Possible Mechanisms of Escherichia coli Inactivation by Plasma Treated Sodium Chloride Solution; Plasma Processes and Polymers (2011) 904–913, doi: 10.1002/ppap.201000099
- R. Nuccitelli et al.: Nanosecond pulsed electric fields cause melanomas to self-destruct; Biochem. Biophys. Res. Commun. 343/2 (2006), 351-360
-
J. F. Kolb et al.: Tumor treatment with nanosecond pulsed electric
fields; Proc. 17th IEEE International Pulsed Power Conference, June
29 –
July 2, 2009, Washington, DC, 880. doi:10.1109/PPC.2009.5386378 -
R. Sensenig et al.: Non-thermal Plasma Induces Apoptosis in Melanoma
Cells via Production of Intracellular Reactive Oxygen Species;
Annals of Biomedical Engineering 39/2 (2011) 674–687 - H. J. Ahn et al.: Atmospheric-Pressure Plasma Jet Induces Apoptosis Involving Mitochondria via Generation of Free Radicals; PLoS ONE 6/11 (2011) e28154, doi:10.1371/journal.pone.0028154
- J. Huang et al.: Dielectric barrier discharge plasma in Ar/O2 promoting apoptosis behavior in A549 cancer cells; Appl. Phys. Lett. 99 (2011) 253701; doi: 10.1063/1.3666819
