In der vorliegenden Arbeit wurde die Argon Plasma Quelle „MiniJet-R“ von HHF-Elektronik, Aachen, auf ihre Eignung als medizinischer CAP-Generator und ihre Emission von UVC-Strahlung und NO2 untersucht. Dabei wurde die Emission von UVC-Strahlung auf ihre Abstandsabhängigkeit und ihre Winkelverteilung vermessen. Die UVC-Intensität nimmt im für Entfernungen bis ca. einer Plasmaflammenlänge weniger schnell als 1/r² ab. Erst ab Entfernungen die ca. zwei Plasmaflammenlängen entsprechen nimmt die UVC-Intensität mit 1/r² ab. Die Intensität ist über alle Winkel gleich verteilt, bis eine durch den apparativen Aufbau der Quelle bedingte Abschattung bei Winkeln ab 85° einsetzt. Weiter wurde die Abhängigkeit der UVC-Intensität von den Betriebsparametern Argon Gasdurchfluss und Power Level untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass die UVC-Intensität mit steigendem Gasdurchfluss abnimmt. Bei der Charakterisierung der Power Level – Abhängigkeit zeigte sich, dass die UVC-Intensität bei Power Level 3 ein Minimum hat. Zur näheren Bestimmung der UVC-Strahlung des Plasmas wurde das Spektrum des Plasmas von 168nm bis 275nm aufgenommen. Durch den Vergleich des gemessenen Spektrums und eines berechneten NO-Spektrums konnte NO als Hauptquelle der UVC-Strahlung nachgewiesen werden. Mittels Chemilumineszens-Messung konnte außerhalb des Plasmas NO2 als verbleibende Komponente identifiziert werden, während NO nur in vernachlässigbaren Konzentrationen außerhalb des Plasmas nachweisbar war. In weiteren Messungen wurde die NO2-Erzeugung des Plasmas in Abhängigkeit der Betriebsparameter Gasdurchfluss und Powerlevel sowie die NO2-Konzentration in der Raumluft in Abhängigkeit vom Abstand und von der Richtung zum Plasma bestimmt. Dabei wurde nachgewiesen, dass bei ausreichendem Abstand zum Plasma die NO2-Konzentration unterhalb des Arbeitsplatzgrenzwertes liegt. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen und in unmittelbarer Umgebung konnten allerdings auch erheblich höhere Konzentrationen festgestellt werden. Die gemessenen UVC-Intensitäten und NO2-Konzentrationen werden mit den geltenden Maximalwerten unter dem Aspekt der Arbeitsplatzsicherheit verglichen. Abschließend erfolgt eine Beurteilung der CAP-Quelle „Minijet-R“ und eine Beschreibung einer idealen CAP-Quelle.
In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von atmosphärendruckplasmaaktivierten Natriumchloridlösungen (NaCl-Lösungen), unter Anwendung von nass-chemischen und mikrobiologischen Analysenverfahren, untersucht. Es zeigte sich, dass plasmaaktivierte NaCl-Lösungen sowohl mit kurzzeitigen als auch mit langzeitigen antimikrobiellen Effekten generiert werden können. Diese Effekte korrelieren mit einer Änderung der chemischen Zusammensetzung der flüssigen Phase. Molekularbiologische Untersuchungen zeigten, dass die antimikrobiellen Effekte auf unterschiedlichen Wirkmechanismen, vor allem auf oxidativem und nitrosativem Stress, beruhen. Anwendungsorientierte Untersuchungen haben gezeigt, dass plasmaaktivierte NaCl-Lösungen über ein enges Wirkspektrum (grampositive und gramnegative Erreger) verfügen, sich keine schnellen Resistenzen gegen den Testorganismus ausbilden und eine Kombination mit handelsüblichen Antibiotika ein vielversprechender Ansatz für eine Wirkungssteigerung der verwendeten Antibiotika ist.
Das Osteosarkom (OS) ist der häufigste primäre maligne Knochentumor bei Adoleszenten sowie jungen Erwachsenen und betrifft hauptsächlich die Metaphysen langer Röhrenknochen, v. a. des distalen Femurs und der proximalen Tibia. Die leitliniengerechte Therapie des malignen OS setzt sich aus einer prä- und postoperativen Polychemotherapie sowie der radikalen Tumorresektion zusammen. Das funktionelle Endresultat der Therapie hängt vom Umfang der Tumorresektion ab. Die Extremitäten-erhaltende Resektion der betroffenen Knochenregion ist einer Amputation vorzuziehen, obgleich diese mit einem erhöhten Risiko für den Verbleib von Tumorzellen einhergeht.
In dieser Arbeit zeigte die Behandlung von OS-Zellen mit CAP eine Hemmung der Proliferation von OS-Zellen U-2-OS und MNNG/HOS. Die Zugabe von N-Acetylcystein (NAC) führte zur Neutralisierung des CAP-abhängigen antiproliferativen Effekts. Western-Blot-Analysen intrazellulärer Peroxiredoxine (Prx) demonstrierten die Induktion zellulärer Redox-Mechanismen, welche als antioxidative Schutzsysteme und wichtige Regulatoren von Signaltransduktionsprozessen und Apoptose fungieren. In der Folge konnte gezeigt werden, dass CAP zu einer Induktion von Apoptose führt, welche durch spezifische Veränderungen der Kernmorphologie nachgewiesen wurde. Hierbei wurden signifikante Unterschiede zwischen CAP- und Kontroll-behandelten OS-Zellen bezüglich Kernfläche, Kernumfang, max. und min. Kerndurchmessers sowie der Signalintensität pro Zellkern gezeigt. Des Weiteren bestätigten Western-Blot-Analysen des Apoptosefaktors p53 und seine Phosphorylierung eine Induktion von Apoptose CAP-behandelter U-2-OS- und MNNG/HOS-Zellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit demonstrieren neben der CAP-induzierten Wachstumshemmung und Induktion von Apoptose in Krebszellen auch eine erfolgsversprechende Anwendung von CAP in der Behandlung des malignen Osteosarkoms, in der eine kombinierte CAP-/ Polychemotherapie als potentielle Zusatzoption die aktuelle Therapie ergänzen könnte.
Für den zukünftigen Einsatz von Niedertemperaturplasma in Bereichen der Medizin müssen potentielle genotoxische Risiken von Plasma ausgeschlossen werden. Bisherige Risikoanalysen sind durch die unterschiedlich existierenden Plasmaquellen erschwert, die in den energetischen Einstellungen und Konzentrationen der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) variieren können. Zur Untersuchung des mutagenen Risikopotentials von Argonplasma, erzeugt mit den Plasma-Jets kINPen MED und kINPen 09, wurde auf dem Micronucleustest am angebrüteten Hühnerei (HET-MN), der eine Alternativmethode zwischen in-vitro und in-vivo Tests ist, zurückgegriffen. Die Plasmabehandlung mit Argongas erfolgte in unterschiedlichen Behandlungszeiten am 8. Bebrütungstag auf der inneren Membran des Hühnerembryos. Nach der Blutentnahme am 11. Tag, wurde das Blut im Blutausstrich auf das Vorhandensein von Micronuclei (MN) untersucht. Die gezählten MN der definitiven Erythrozyten (E II) dienten zur Bestimmung der Genotoxizität (MNE II). Die Ergebnisse der Plasmabehandlung mit dem kINPen MED ergaben in der Höchstdosis von einer Behandlungszeit von 10 min keine erhöhten MNE II Werte, obwohl die akute Toxizität bei > 40 % lag. Mit dem kINPen 09 konnten bei einer maximalen Behandlungsdauer von 2,5 min ebenfalls keine erhöhten MNE II Häufigkeiten ermittelt werden. Möglicherweise haben die im Hühnerembryo vorkommenden Abwehr- und Reparatursysteme gegenüber ROS das negative Ergebnis beeinflusst.
