Open Access

Nils Rodenburger

• In dieser Arbeit sollte die Möglichkeit der Anwendung von kaltem atmosphärischen Plasma (CAP) bei der Therapie von Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereichs (HNSCC) evaluiert werden. Dazu wurden in vitro HNO97- und HNO41-Karzinomzellen mit Argon-CAP bzw. Helium-CAP durch den kINPen 09 bzw. einen Prototyp behandelt und einer Epithelzelllinie gegenübergestellt, um quellgasbedingte Unterschiede herauszuarbeiten. Durch die Verwendung von fetalem Kälberserum (FCS) und Panexin NTA (NTA) konnten zwei unterschiedliche Mediumzusätze verglichen werden. In Wachstumskinetiken wurde eine Reduktion der Zellzahl von Karzinom- und Epithelzellen nach CAP-Behandlung erzielt. Daran schloss sich eine Proteomanalyse durch 2D-DIGE mit mas- senspektrometrischer Identifikation von in ihrer Menge veränderten Proteinen im Vergleich zu korrespondierenden Gaskontrollen an. Durch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) regu- lierter Proteine konnten die behandelten Proben in Cluster aufgeteilt werden. Die Auftrennung war in absteigender Effektgröße abhängig vom verwendeten Serum, Quellgas und der CAP-Behandlung. Mit Hilfe von Ingenuity Pathway Analysen (IPA) wurden Regulatorproteine und molekulare Funktionen identifiziert. So ließ sich die Regulation von p53, HSF1 und TGF-b und eine damit verbundene Beeinflussung der Stressantwort auf ungefaltete Proteine, der mitochondrialen Membranpermeabilität und der Apoptose nachweisen. Durch Darstellung der regulierten Proteine in Netzwerken konnte der Einfluss von CAP auf den MAPK-ERK-Pathway als zentraler Bestandteil der Wirkung identifiziert werden. Nach Analyse der Proteinveränderungen wurde explizit eine mögliche Beeinflussung von Hit- zeschockprotein 27 (HSP27) und Glycerinaldehyd-3-phosphat Dehydrogenase (GAPDH) mittels Immunoblotassay untersucht. HSP27 dient u.a. der Reduktion von oxidativem Stress. GAPDH ist in Abhängigkeit vom Oxidationsstatus Bestandteil der Glykolyse oder an der Apoptose beteiligt. Es zeigte sich eine Reduktion der Proteinmenge von HSP27 durch CAP in Karzinomzellen, die unter Verwendung von NTA größer ausfiel als unter FCS. Die Proteinmenge von GAPDH änderte sich nicht, es ließ sich lediglich eine Modifikation des Proteins vermuten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Karzinomzellen an oxidativen Stress nur bedingt anpassungsfähig sind und CAP somit eine geeignete Therapieoption darstellt. Die Effektivität des CAP wird dabei durch das Quellgas, die Behandlungsdauer sowie extra- und intrazelluläre Scavengersysteme beeinflusst.
• The aim of this work was to evaluate the possibility of using cold atmospheric plasma (CAP) for the therapy of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). For this purpose, in vitro HNO97 and HNO41 carcinoma cells were treated with argon-CAP or helium-CAP by the kINPen 09 or a prototype and compared to an epithelial cell line in order to work out source gas-related differences. By using fetal calf serum (FCS) and Panexin NTA (NTA), two different medium additives were compared. In growth kinetics, a reduction in the number of carcinoma and epithelial cells after CAP treatment was shown. This was followed by a proteomic analysis by 2D-DIGE with mass spectrometric identification of proteins with altered amounts compared to corresponding gas controls. The treated samples were divided into clusters by a principal component analysis (PCA) of regulated proteins. The separation was dependent on the serum used, source gas and CAP treatment in descending effect size. Regulatory proteins and molecular functions were identified using Ingenuity Pathway Analysis (IPA). The regulation of p53, HSF1 and TGF- b and the associated influence on the stress response to unfolded proteins, mitochondrial membrane permeability and apoptosis were demonstrated. By depicting the regulated proteins in networks, the influence of CAP on the MAPK-ERK pathway could be identified as a central component of the effect. After analyzing the protein changes, a possible influence on heat shock protein 27 (HSP27) and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) was investigated using an immunoblot assay. HSP27 serves, inter alia, to reduce oxidative stress. GAPDH is involved in glycolysis or apoptosis depending on the state of oxidation. There was a reduction of the amount of HSP27 protein by CAP in carcinoma cells, which was greater when using NTA than FCS. The protein quantity of GAPDH did not change, only a modification of the protein could be assumed. The results of this work show that carcinoma cells are only partially adaptable to oxidative stress and CAP is therefore a suitable therapeutic option. The effectiveness of CAP is influenced by the source gas, duration of treatment as well as extra- and intracellular scavenger systems.