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Ex-vivo-Untersuchung zum Einfluss der Plasmabehandlung von menschlicher Haut mittels Atmosphärendruck-Plasmajet kINPen® MED auf molekularer Ebene

  • Die Anwendung von Niedrigtemperatur-Atmosphärendruckplasmen im Bereich der Wundversorgung gewinnt stetig an Bedeutung und so steigt das Interesse an den damit ausgelösten biologischen Vorgängen im Organismus. Es bestehen zahlreiche Studien zum Einfluss von Plasma auf verschiedene Zellen in Kultur. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Plasma auf einen intakten Zellverband, der menschlichen Haut, umfangreich molekularbiologisch untersucht. Es wurde der Atmosphärendruck-Plasmajet kINPen® MED verwendet, um ex-vivo Hautproben von insgesamt 9 Patienten zu behandeln. Mittels Fluoreszenzmikroskopie wurden die Hautbiopsien hinsichtlich Differenzierung, Proliferation, Apoptose und DNA 24 Stunden nach Plasmaexposition beurteilt. Weiterhin wurde die Sekretion von Zytokinen mittels ELISA erforscht. Die Dauer der punktuellen Plasmabehandlungen betrug 1 Minute, 3 Minuten und 5 Minuten. Die größten Limitationen im Studiendesign waren der geringe Probenumfang sowie die Inhomogenität der Versuchsgruppen. Es konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen behandelter und unbehandelter Hautprobe nachgewiesen werden. Trotz allem wurden wichtige Tendenzen beobachtet. Die Anwendung des Plasmas scheint das grundsätzliche Differenzierungsmuster der Epidermis kaum zu beeinflussen. Bei längerer Behandlung bis 5 Minuten stieg die Anzahl basaler apoptotischer Zellen, während es kaum Änderungen im Auftreten von DNA Doppelstrangbrüchen sowie der Sekretion von IL6 oder IL8 gab. Die Anzahl proliferativer basaler Zellen stieg bis zu einer Plasmaexposition von 3 Minuten. Möglicherweise wirken kurzzeitige Plasmabehandlungen proliferationsfördernd auf Keratinozyten. Dies könnte eine weitere Erklärung für den positiven Einfluss von Plasma auf die Heilung von Wunden sein. Längere Behandlungen lösen womöglich Apoptosen aus, jedoch ohne DNA Schäden herbeizuführen. Um Nebenwirkungen zu minimieren, bedeutet dies für die klinische Praxis, möglichst kurze Expositionszeiten einzuhalten. Um eine optimale therapeutische Anwendung unterschiedlicher Plasmaquellen, die sich in Zusammensetzung und Intensität unterscheiden, zu ermöglichen, sind weitere Studien bezüglich Behandlungszeit und entsprechender biologischer Wirkung notwendig. Wichtige Ergebnisse dieser Arbeit sind in die Publikation von Hasse et al. eingeflossen (Hasse et al. 2016).
  • The application of low-temperature atmospheric pressure plasmas in the field of wound care is steadily gaining in importance and so the interest in the triggered biological processes in the organism is increasing. There are numerous studies on the influence of plasma on different cells in culture. In the present work we investigated the effect of plasma on an intact cell structure, the human skin on the molecular level. The atmospheric pressure plasma device KINPen® MED was used to treat skin samples ex vivo from a total of 9 patients. Using fluorescence microscopy the skin biopsies where evaluated for differentiation, proliferation, apoptosis and DNA double strang breaks 24 hours assessed after plasma exposure. Furthermore, the secretion of cytokines by ELISA were explored. The duration of the punctual plasma treatments was 1 minute, 3 minutes and 5 Minutes. The biggest limitations in the study design were the small sample size and the inhomogenecity of the experimental groups. There were no significant differences between treated and untreated skin sample. Despite that were observed important tendencies. The application of the plasma seems not to change the differentiation pattern of the epidermis. The longer treatment up to 5 minutes increased the number of basal apoptotic cells, while there were no changes in the DNA double-strand breakage and secretion of IL6 or IL8. The number of proliferative basal cells increased to a plasma exposure of 3 minutes. Short-term plasma treatments may promote the proliferation of keratinocytes. This could be another explanation for the positive influence of plasma on to be the healing of wounds. Longer treatments may trigger apoptosis without coursing DNA damage. This means for the clinical practice to have as short as possible exposure times to minimize side effects. Regarding the optimal therapeutic use of different plasma sources, which differ in composition and intensity, further studies regarding treatment time and the influence on specific biological effects, are necessary. Important results of this work can be found in the publication by Hasse et al. incorporated (Hasse et al., 2016).

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Metadaten
Author: Thao Duong Tran
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-30397
Title Additional (German):Ex vivo study on the influence of plasma treatment of human skin using atmospheric pressure plasma kINPen® MED at the molecular level
Referee:Prof. Dr. Thomas von Woedtke, Prof. Dr. med. Steffen Emmert
Advisor:Prof. Dr. Thomas von Woedtke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2016
Date of first Publication:2019/09/25
Granting Institution:Universität Greifswald, Universitätsmedizin
Date of final exam:2019/07/18
Release Date:2019/09/25
GND Keyword:Plasma, Wundheilung
Pagenumber:64
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Hygiene und Umweltmedizin
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit