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Der Einsatz von atmosphärischem Niedertemperaturplasma zur Behandlung chronischer Wunden stellt eine erfolgversprechende, in Entwicklung befindliche Therapieoption dar. Dabei wird von der Hypothese ausgegangen, dass chronische Wunden durch die Stimulation mittels Plasma aktiviert werden können, wodurch die über die Stufe der resorptiven Inflammation die physiologische Heilung wieder in Gang gesetzt werden kann. Daher wurde zur Identifizierung des Reiz- und Inflammationspotential des Plasmas und zur Ableitung geeigneter Behandlungsparameter Plasma im HET-CAM geprüft. Zunächst wurden mit einem Atmosphärendruck Plasma-Jet unter Verwendung von Argongas und einer Dielectric-Barrier Discharge (DBD)-Plasmaquelle die Reizwirkungen an der CAM durch mäanderförmige Plasmabehandlung und punktuelle Anwendung getestet. Dabei wurden neben mäanderförmigen und punktuellen Applikationsmustern unterschiedliche Anwendungsfrequenzen und damit unterschiedliche Plasmadosen untersucht. Die Temperatur des Plasmas nahm v. a. bei längeren Behandlungszeiten Einfluss und führte zu einer Wirkungsverstärkung bis hin zu thermischen Schädigungen. Der Gasfluss erwies sich als limitierend für das geprüfte Modell. Der gepulste Modus war bei mäanderförmiger Anwendung am verträglichsten. Die Überprüfung auf Reversibilität der Effekte ergab, dass geringe Reizungen vollständig reversibel waren, währen schwere Reizungen zu nicht reversiblen Koagulationen führten. Aufgrund der unbefriedigenden Ergebnisse mit sehr schneller Bildung von Thrombosen, geringem Arbeitsabstand und fehlender Potentialfreiheit wurde die DBD-Elektrode von der weiteren Untersuchung ausgenommen und der kINPen09 als Weiterentwicklung des Plasma-Jets mit geringerer Plasmatemperatur auf inflammatorische Wirkung bei punktueller Anwendung mit verschiedenen Expositionszeiten im kontinuierlichen Modus und im gepulsten Modus mit Argon als Trägergas, sowie im kontinuierlichen Modus unter Zusatz von 0,1 % Sauerstoff, getestet. In dieser Testreihe war ebenfalls das gepulste Plasma am verträglichsten, das mit Sauerstoff angereicherte Plasma führte zu den schwersten Inflammationen. Alle Reaktionen wurden durch die kombinierte Anwendung mit Hydrocortison deutlich abgeschwächt. Mit der Inflammationsinduktion konnten Gewebeprozesse in Form von Kontraktion, Koagulation und inflammationsassoziierter Angiogenese auf der CAM erzeugt werden, die für Aktivierung der sekundären Wundheilung relevant sein dürften. Ableitend aus den Untersuchungen kann für die Anwendung an chronischen Wunden eine Behandlungszeit von maximal 5 s pro qcm Wundfläche für den kontinuierlichen Modus empfohlen werden. Dabei sollte wegen der besseren Verträglichkeit der mäanderförmigen Behandlung gegenüber der punktuellen Anwendung der Vorzug gegeben werden. Unter Berücksichtigung der vorliegenden Untersuchung zur Reiz- und Inflammationswirkung von Plasma im HET-CAM und weiteren Prüfungen zur Wirksamkeit und Verträglichkeit in vivo und in vitro erweist sich die Plasmaapplikation mit dem kINPen09 als vielversprechende Option zur Behandlung chronischer Wunden.
Zusammenfassung
Die Wundheilung stellt einen komplexen und sensiblen Prozess dar, wobei neben Keratinozyten auch besonders Immunzellen eine wesentliche Rolle spielen. Besonders in der Medizin ist die Behandlung von Wunden eine zentrale Aufgabe und erfordert immer mehr Techniken, um diesen Prozess effizienter ablaufen zu lassen. Seit einigen Jahren steht die Behandlung von Wunden mittels Niedertemperatur Plasma immer mehr im Fokus der Wissenschaft. Dabei besteht Plasma aus zahlreichen Komponenten, wobei jede Komponente die Zelle unterschiedlich beeinflussen kann. Da auch jede Wunde einzigartig im Hinblick auf Beschaffenheit und Erregerspektrum ist, sollte dies auch mit einer individuellen Abstimmung der Plasamkomponenten einhergehen um so die Wundheilung noch effizienter zu gestallten. Ziel dieser Arbeit ist die Modifizierung der Plasma-Komponenten durch einen Gasmantel, um herauszufinden, welche Modifizierung am effektivsten auf Immunzellen und somit auch auf die Wundheilung wirkt.Dafür wurde in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen von fünf Gaszumischungen im Mantelgas eines argonbetriebenen kalten Atmosphärendruckplasmajets (kINPen 11) auf die Generierung von reaktiven Spezies in Flüssigkeiten und auf Monozyten in vitro untersucht. Der kINPen (ein Gerät der Firma neoplas,zur Erzeugung von Niedertemperatur-Plasma) war dabei auf 5slm(Standardliter pro Minute Argon) und Burstmodus eingestellt. Die Gaszusammensetzung variiert von 100% Stickstoff (N2) und 0% Sauerstoff (O2) in 25íger Schritten zu 100% O2 und 0% N2. Dabei entstehen abhängig von der O2- und N2-Zufuhr im Gasmantel unterschiedliche reaktive Spezies. Als repräsentativ für die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) wird Wasserstoffperoxid (H2O2) und für reaktiven Stickstoffspezies (RNS) werden Nitrit (NO2–) und Nitrat (NO3–) erfasst. Die Experimente wurden nach Flüssigkeitsanalytik und zellphysiologischen Aspekten gegliedert. Es wurde die THP-1-Monozytenzelllinie verwendet. Zu den Methoden der Flüssigkeitsanalytik gehören die Bestimmung des pH-Werts, die Detektion der NO2–-, NO3–- und H2O2-Konzentration. Zellphysiologisch wurde die Zellviabillität,die Apoptoserate,der Wachstumsfaktor HB-EGF,sowie die Zytokinsekretion detektiert. Zudem wurde die direkte und indirekte Plasma-Behandlung verglichen.Bei derdirekten Plasma-Behandlung stehen die Zellen mit dem Plasmaeffluenten im direkten, kontinuierlich Kontakt, wohingegen bei der indirekten Behandlung nur das Zellkulturmedium behandelt wird und anschließend auf die Zellen gelangt. Die Zellen haben keinen Kontakt mit dem Plasmaeffluenten. Zu der Flüssigkeitsanalytik gehört die gezielte Messung der durch das Plasma entstehenden ROS und RNS in phosphatgepufferte Salzlösung (PBS) und Zellkulturmedium (RPMI-Medium, Roswell Park Memorial Institute). Es konnten keine pH-Wert-Veränderungen durch die Plasma-Behandlung gemessen werden, aber mit Zunahme der Behandlungszeit stieg die Menge an reaktiven Spezies. Der Gasmantel hat besonders Auswirkungen auf den Gehalt der Flüssigkeiten an reaktiven Spezies. Die niedrigsten Nitrat-Anion (NO3–)- und Nitrit-Anion (NO2–)-Konzentrationen ergaben sich bei der 100% und 0%N2-Mantelgaszumischung. Die75%N2-Mantelgaszumischung zeigte die höchste NO3–-Konzentration in PBS. Die H2O2-Konzentration nahm mit dem Anteil an O2 im Mantelgas zu und erreicht ihr Maximum bei Mantelgaszumischung gezeigt werden. Alle anderen Mantelgaszumischungen zeigten zwar bei der Flüssigkeitsanalytik deutliche Unterschiede, doch durch die Anwesenheit von THP-1-Zellen wurde der Einfluss deutlich geringer. Die Gaszumischungen hatten trotz unterschiedlicher Bildung von reaktiven Stickstoff- und Sauerstoffspezies keinen großen Effekt auf die Zelltoxizität. Die 50%-N2-Mantelgaszumischung bewirkte die höchsten Konzentrationen an reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS), was mit einer erhöhten frühen und späten Apoptose einherging und mit niedrigen IL-8-Werten. Die 100% N2-Mantelgaszumischung zeigte die größten Effekte auf die Zytokinsekretion. Die IL-6-Konzentration sank sowohl bei den direkt als auch indirekt mit Plasma behandelten und mit Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierten Proben. Gleichzeitig wurde für die unstimulierte, indirekte Plasma-Behandlung ein deutlicher Anstieg der IL-8-Konzentration gemessen. Neben den erwähnten Ergebnissen konnten weitere zelluläre Effekte unabhängig von den Mantelgaszumischungen gemessen werden. Zum Einen zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen der direkten und indirekten Plasma-Behandlung. Die indirekte Plasma-Behandlung,d.h.diePlasma-Behandlung von Zellkulturmedium und die anschließende Inkubation der Zellen, zeigte eine starke Erhöhung der IL-8-Konzentration, die mit der N2-Konzentration im Mantelgas anstieg. Auch für die IL-6- und IL-8-Konzentrationen nach LPS-Stimulation zeigten sich Unterschiede zwischen der direkten und indirekten Behandlung. Die indirekte Plasma-Behandlung zeigte eine stark reduzierte Zellviabilität gegenüber der direkten Plasma-Behandlung (1 min), die eher aktivierend wirkte. Zum Zweiten zeigte sich nach der Plasma-Behandlung, dass die Zellen im Durchflusszytometer eine Erhöhung des Volumens und der Granularität nach langen Behandlungszeiten aufwiesen und scheinbar erhöhte Zellviabilität. Eine Detektion des Wachstumsfaktors HB-EGF mit Hilfe der FACS-Analyse konnte nicht gezeigt werden. Drittens, konnte durch Zugabe von Katalase ein Anstieg der NO2–-Konzentration im RPMI im Vergleich zur Behandlung ohne Katalase gezeigt werden. Somit spiegelt die Flüssigkeitsanalytik nicht die Stituation in Gegenwart von Zellen in vitro wieder. Erstmalig konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Modifizierung der Umgebungsgase bei der Plasma-Behandlung einen Einfluss auf die Bildung von ROS, RNS und Zytokinen hat. Besonders die 50% N2-Mantelgaszumischung hat mit der Reduktion der IL-8-Konzentration und damit der Reduktion eines für die Angionese relevanten Faktors möglicherweise einen negativen Effekt auf die Wundheilung. Im Gegensatz dazu bewirkt die 100% N2-Mantelgaszumischung durch Abnahme von IL-6 eine Verringerung der Entzündungsmediatoren und durch die Erhöhung von IL-8 eine Zunahme eines für die Angiogenese in Wunden wichtigen Parameters. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass der Einfluss durch die Behandlungszeit und der direkten und indirekten Behandlung einen weitaus größeren Effekt auf Monozyten haben könnte als bisher angenommen. Somit leistet diese Arbeit einen zusätzlichen Beitrag für das weitere Verständnis bei der Aufklärung der zellulären Effekte durch die Plasma-Behandlung. Es kamen aber auch neue Fragen auf, die noch nicht hinreichend geklärt wurden: Erstens, welcher Mechanismus steht hinter der Zunahme der Granularität und des Volumens nach langen Plasma-Behandlungen. Zweitens, in wie weit sind die ohne Katalase-Behandlung gemessenen NO2–-Konzentrationen aussagekräftig. Drittens, haben die indirekte und direkte Plasma-Behandlung den gleichen Effekt in vivo wie in vitro. Um diese Fragen weiter zu klären ist weitere Forschung nötig.
Die Händedesinfektion als keimzahlreduzierendes Verfahren wird im medizinischen Bereich von einer großen Personenezahl genutzt, um die Übertragung von nosokomialen Infektionen per Handkontakt zu minimieren. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, inwiefern bei der Durchführung der alkoholischen Händesdesinfektion die Möglichkeit einer dermalen Resorption der Wirkstoffe besteht, und ob bei einer Permeation durch die Haut ein gesundheitliches Risiko zu erwarten ist. Da bisher nur wenige realitätsnahe in-vivo Untersuchungen zur Resorption der Wirkstoffe aus alkoholischen Desinfektionsmitteln durchgeführt worden sind, haben wir in einer Studie mit 12 Probanden und fünf verschiedenen Desinfektionsmitteln die Bedingungen der hygieneischen und der chirurgischen Händedesinfektion simuliert, um anschließend mit geeigneten Blutuntersuchungen die Resorption und den Metabolismus der Alkohole Ethanol, Propan-1-ol und Propan-2-ol darzustellen. Bei jedem Probanden und für alle fünf Präparate ist die Resoprtion der Wirkstoffe reproduzierbar gezeigt worden. Die median erreichten Ethanolkonzentrationen liegen für die hygienische Händedesinfektion je nach verwendetem Präparat zwischen 6,9 mg/l und 20,9 mg/l und für die chirurgische Händedesinfektion zwischen 8,8 mg/l und 30,1 mg/l. Propan-1-ol erreicht bei der hygienischen Händedesinfektion Medianwerte von 6,5 mg/l bzw. 9,2 mg/l. Bei der chirurgischen Händedesinfektion erreicht Propan-1-ol mediane Konzentrationen von 3,2 mg/l bzw. 18,0 mg/l. Die medianen Propan-2-ol-Konzentrationen erreichen bei der hygienischen Händedesinfektion 4,9 mg/l bzw. 5,3 mg/l und bei der chirurgischen Händedesinfektion 5,8 mg/l bzw. 10,0 mg/l. Dabei ist anteilig inkeinem der Fälle mehr als ¼ der auf die Haut aufgetragenen Alkoholmenge resorbiert worden. Im Ergebnis eines Risk Assessment läßt sich schlußfolgern, dass bei bedachtem Einsatz alkoholischer Händedesinfektionsmittel zu keinem Zeitpunkt eine toxische Gefährdung besteht und die Gefahr gesundheitlicher Schäden bei vorschriftsmäßiger anwendung durch den gesunden Nutzer gerin ist.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Reaktion primärer dermaler Fibroblasten, die für die Versuche aus SKH1-Mäusen isoliert wurden, auf eine Kaltplasma-Behandlung mittels des Argon-betriebenen Plasmajets „kINPen MED“ hinsichtlich ihrer Reaktion auf oxidativen Stress, ihrer interzellulären Kommunikation über Gap Junctions (GJ) und der Organisation ihres Aktin-Zytoskeletts untersucht werden. Die Plasmabehandlung erfolgte dabei stets indirekt, also durch die Behandlung von Zellkulturmedium, in dem die Zellen anschließend inkubiert wurden. Es ergab sich für die angewendeten Versuchsmodalitäten keine signifikante Induktion von Apoptose durch die indirekte Plasmabehandlung von 20 s bis 180 s, wohingegen die metabolische Aktivität der Zellen bei längeren Behandlungszeiten bis 72 h nach der Plasmabehandlung signifikant reduziert wurde. Dies zeigt die von der Behandlungszeit abhängige Beanspruchung der Fibroblasten durch die Plasmabehandlung und gleichzeitig ihre Kompensationsfähigkeit, die die Zellen auch bei 180 s Behandlungszeit vor dem vermehrten Auftreten von Apoptose schützen konnte.
Nach einer Plasmabehandlung konnte die Aktivierung des Nrf2-Signalwegs nachgewiesen werden, der als zellulärer Schutzmechanismus gegen oxidativen Stress fungiert. So wurde sowohl in den Fibroblasten als auch im Primärgewebe eine Translozierung des Nrf2 in den Zellkern gezeigt. Hierbei wurde auch die Aktivierung des Redox-Sensors Keap1 nachgewiesen, der unter physiologischen Bedingungen Nrf2 bindet und dessen Abbau im Proteasom vermittelt.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag in der Untersuchung der Zell-Zell-Kommunikation, die vor allem über funktionale GJ-Kanäle erfolgt. Dabei wurde in einem SLDT Assay die Zunahme funktionaler GJ-Kanäle in plasmabehandelten Fibroblasten festgestellt. Außerdem ergab sich eine Tendenz zum Anstieg der Gen- und Proteinexpression von Connexin 43, was unter physiologischen Bedingungen in dermalen Fibroblasten während der Frühphase der Wundheilung beschrieben wurde.
Die Plasmabehandlungen induzierten außerdem strukturelle Veränderungen am Aktin-Zytoskelett in den dermalen Fibroblasten. Solche dynamischen Veränderungen des Zytoskeletts sind während der Wundheilung ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie die interzelluläre Adhäsion und damit die Migration von Fibroblasten ermöglichen.
Die hier beobachteten Veränderungen zeigten sich vor allem bei kürzeren Behandlungs- und Inkubationszeiten, während gleichzeitig keine signifikante Zunahme apoptotischer Zellen festgestellt wurde. Dies legt nahe, dass durch kurze Plasmabehandlungszeiten in primären Fibroblasten ein Hormesis-Effekt induziert wird, also dass die zeitlich begrenzte Aktivierung zellulärer Schutzmechanismen als Reaktion auf den Stress einer Plasmabehandlung (Radikalbildung, UV-Strahlung) günstige, die Wundheilung fördernde Effekte bewirkt.
Postoperative Wundinfektionen (surgical site infections: SSI) stellen in Deutschland derzeit die häufigste nosokomiale Infektion dar. In der heutigen Zeit sind die Standards zur Prävention von SSI sehr komplex und effizient. Mit der Absicht der weiteren Reduktion von SSI’s wurde der mikrobielle Hautversiegler InteguSeal® entwickelt. Ergänzend zu den bereits veröffentlichten Studien zur Wirksamkeit des Versieglers untersuchten wir die Haut von 128 Patienten, die sich zu geplanten traumatologischen Eingriffen in der Universitätsmedizin Greifswald einfanden. Die Patienten wurden in zwei Gruppen (Kontrollgruppe und Verumgruppe) aufgeteilt. Wir überprüften Koloniezahlen und Erregerspezies von Wundgrund, Wundrand und Wundnaht im Verlauf von operativen Eingriffen an der Wirbelsäule und an den Extremitäten. Im Vergleich mit der Kontrollgruppe ohne Versiegleranwendung konnten bei den Patienten, die der Verumgruppe mit Versiegleranwendung angehörten, an allen drei untersuchten Arealen weniger Koloniezahlen detektiert werden. Statistische Signifikanz wurde aber lediglich an der Wundnaht erreicht. Schlussfolgernd konnten wir zwar einen Trend zu Gunsten des sogenannten Sealings herausarbeiten, zur zukünftigen Integration der Versieglertechnik in die Standards zur präoperativen Vorbereitung zwecks Reduktion der Wundkontamination bzw. von Wundinfektionen müssen allerdings weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
Desinfektionslösungen basierend auf Guanidinthiocyanat zur Prionendekontamination von Oberflächen endodontischer NiTi-Instrumente sind derzeit nur unzureichend untersucht. In der Arbeit sollte daher die Wirkung von Guanidinthiocyanat auf Nickel-Titan-Wurzelkanalinstrumente hinsichtlich der Torsionsfestigkeit und Biegesteifigkeit untersucht werden. Die Studie zeigt, dass die Verwendung von Guanidinthiocyanat nach den empfohlenen Richtlinien keine signifikanten Auswirkungen auf die Torsionsfestigkeit und Biegesteifigkeit von NiTi-Wurzelkanalinstrumenten hat. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Ergebnisse ist der Einsatz der 6-molaren Guanidinthiocyanatlösung nach RKI-Vorgaben zur Dekontamination von Nickel-Titan-Feilen möglich.
Hintergrund: Es sollte die mikrobiozide Wirksamkeit von Octenidin-Wundgelen in niedrigeren als den handelsüblichen Konzentrationen (0,005 % - 0,1 %) ermittelt werden. Da niedrigere Konzentrationen eine geringere Zytotoxizität aufweisen, kann so die Anwendbarkeit von Octenidin in der Therapie chronischer Wunden abgeschätzt werden. Zum Vergleich wurde ein Wundgel mit 0,02 % Polihexanidgehalt geprüft. Material und Methoden: Für die Studie wurde ein praxisnaher Prüfkörpertest (Phase 2 / Stufe 2) etabliert. Als Prüforganismen fanden S. aureus, S. epidermidis, E. faecium, P. aeruginosa, S. marcescens und C. albicans Verwendung. Die Testungen erfolgten ohne Belastung sowie mit einer dem physiologischen Wundsekret nahekommenden Belastung (MEM + 10 % FBS). Es wurden Einwirkzeiten zwischen 5 min – 24 h gewählt. Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im praxisnahen Test zeigte sich, dass höhere Konzentrationen und längere Einwirkzeiten des antiseptischen Wirkstoffs notwendig sind, als aus Ergebnissen des quantitativen Suspensionstests hervorgeht. Octenidin 0,02 % erreichte unter wundsekretähnlicher Belastung nach 24 h eine ausreichende antiseptische Wirksamkeit (Reduktionsfaktor > 3 lg) gegen alle Testorganismen und übertraf Polihexanid 0,02 % deutlich an Effektivität (keine ausreichende Erregerreduktion von C. albicans, E. faecium). Mit dieser niedrigen Octenidinkonzentration wäre die Gewebeverträglichkeit bei der Wundbehandlung erheblich verbessert. Produkte auf Basis von 0,02 % Octenidin könnten somit in der Zukunft eine Alternative zur Behandlung chronischer Wunden darstellen.
Die chirurgische Händedesinfektion stellt eine der am meisten akzeptierten hygienischen Maßnahmen im Gesundheitswesen dar. Die regelmäßige Anwendung von Händedesinfektionsmitteln birgt jedoch die Gefahr, die Haut der Hände nachhaltig zu schädigen. Zur persönlichen Schutzausrüstung eines Chirurgen sollte demzufolge die regelmäßige Anwendung von Hautschutz- und Hautpflegepräparaten gehören, um die Haut zu schützen und zu pflegen. Ziel der online durchgeführten Fragebogenerhebung war die Ermittlung repräsentativer Angaben zur Compliance von Hautschutz und Hautpflege im Alltag des deutschen Chirurgen. 1433 Datensätze wurden in die Auswertung einbezogen. 57 % der antwortenden Chirurgen gaben an, dass Ihnen der Unterschied zwischen Hautschutz- und Hautpflegecreme bekannt sei. 5,2% wenden zu Arbeitsbeginn ein Hautschutzpräparat und 13,7% eine Hautpflegecreme an. 77,8% setzen keines der beiden Produkte zu Arbeitsbeginn ein. Als Gründe für eine Nichtanwendung wurde in 23,9% der Arbeitsstress, in 27,6% unangenehmes Gefühl und in 10,2% Zweifel an der Nichtbeeinträchtigung der Wirksamkeit der chirurgischen Händedesinfektion genannt. 46 % der Chirurgen gaben an, unter mindestens einer Hautveränderung zu leiden. Aus dieser Datenerhebung ergibt sich die Notwendigkeit, chirurgisches Personal zur Anwendung von Hautschutz- und Hautpflegepräparaten zu motivieren und aufzuklären. Da der Einfluss von Hautschutz- und Hautpflegepräparaten auf die chirurgische Händedesinfektion bisher nicht praxisrelevant untersucht wurde, nahmen wir die bestehenden Zweifel der Befragten zum Anlass, diese Fragestellung in einer Anwendungsstudie zu überprüfen. An der Studie nahmen 26 freiwillige Teilnehmer teil. Sie fand über einen Zeitraum von 18 d im cross-over Verfahren statt. Die Wirksamkeitsprüfung der chirurgischen Händedesinfektion ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen der Gruppe, die Hautschutz- und Hautpflegepräparate anwendete und der Gruppe, die auf diese Produkte verzichtete. Erwartungsgemäß war die Hautfeuchte nach der Pflegephase signifikant höher als in der Phase ohne Anwendung von Hautschutz und Hautpflege. Die Ergebnisse zeigen, dass Hautschutz und Hautpflege wie in der hier gewählten Prüfkonstellation auch während des Arbeitsalltags des Chirurgen ohne Beeinträchtigung der Händedesinfektionswirkung möglich ist.
Cold physical plasmas, especially noble gas driven plasma jets, emit considerable amounts of ultraviolet radiation (UV). Given that a noble gas channel is present, even the energetic vacuum UV can reach the treated target. The relevance of UV radiation for antimicrobial effects is generally accepted. It remains to be clarified if this radiation is relevant for other biomedical application of plasmas, e.g., in wound care or cancer remediation. In this work, the role of (vacuum) ultraviolet radiation generated by the argon plasma jet kINPen for cysteine modifications was investigated in aqueous solutions and porcine skin. To differentiate the effects of photons of different wavelength and complete plasma discharge, a micro chamber equipped with a MgF2, Suprasil, or Borosilicate glass window was used. In liquid phase, plasma-derived VUV radiation was effective and led to the formation of cysteine oxidation products and molecule breakdown products, yielding sulfite, sulfate, and hydrogen sulfide. At the boundary layer, the impact of VUV photons led to water molecule photolysis and formation of hydroxyl radicals and hydrogen peroxide. In addition, photolytic cleavage of the weak carbon-sulfur bond initiated the formation of sulfur oxy ions. In the intact skin model, protein thiol modification was rare even if a VUV transparent MgF2 window was used. Presumably, the plasma-derived VUV radiation played a limited role since reactions at the boundary layer are less frequent and the dense biomolecules layers block it effectively, inhibiting significant penetration. This result further emphasizes the safety of physical plasmas in biomedical applications.
Das maligne Melanom ist eine der häufigsten malignen Erkrankungen in Deutschland. Vor allem in fortgeschrittenen Stadien ist es mit einer hohen Letalität verbunden. Die aktuell vorhandenen Therapiemöglichkeiten bergen ein hohes Nebenwirkungspotenzial und weisen bei dem häufig mutierenden Karzinom eine begrenzte Wirksamkeit auf. Daher sind unterstützende oder neue Therapieansätze essenziell. Kaltes nicht-thermisches Plasma hat in der Krebsforschung in den letzten Jahren zunehmend Aufmerksamkeit erhalten, da sich gute Effekte auf Tumorzellen zeigen ließen. Durch den in dieser Arbeit gewählten 3D-Aufbau der Zellkultur konnten Zell-Zell-Interaktionen, unterschiedliche Zellzyklus-Stadien, Nährstoffgradienten innerhalb des Zellverbandes und daraus resultierende Effekte auf die Wirksamkeit des Therapieansatzes simuliert werden. In der präklinischen Forschung zur Plasmamedizin könnte die Verwendung von Sphäroiden ein nützliches Modell darstellen, um die Wirkweise des Plasmas besser zu verstehen und später die Anwendung am Patienten zu ermöglichen. Zudem kann die Sensibilität unterschiedlicher maligner Zellen mit diesem Modell eingeschätzt werden. Zum Einsatz kamen Zellen eines Primärmelanoms (SK_MEL-28) und einer Lymphknotenmetastase eines Melanoms (MNT-1). Es konnte eine signifikante Reduktion des Wachstums der Sphäroide beider gewählter Melanom-Zellreihen nach indirekter und direkter Plasmabehandlung mit dem kalten Atmosphärendruck-Plasmajet kINPenMed festgestellt werden. Zudem konnte auch eine reduzierte Vitalität der Sphäroide nach Plasmabehandlung gezeigt werden. Eine Veränderung im Nachweis von proliferierenden oder apoptotischen Zellen innerhalb des Sphäroids mit immunhistologischen Färbungen konnte nicht gezeigt werden. Auch nach Plasmabehandlung zeigte sich lediglich ein Proliferationsgradient von außen nach innen an den Sphäroiden aller Behandlungsgruppen. Nach Platzierung der plasmabehandelten Sphäroide in einem Kollagen 1-Gel konnte ein vermehrtes Auswachsen von Zellen bei den indirekt behandelten Sphäroiden beobachtet werden. Die Ergebnisse der immunhistologischen Färbungen und die Migration im Gel stehen im Gegensatz zu den in der Literatur beschriebenen Effekten der Plasmabehandlung und bedürfen einer weiteren Evaluation. In der Proteomanalyse zeigten sich ebenfalls Proteine vermehrt exprimiert, die an der Reaktion auf RONS, an Migration und Adhäsion sowie am Zellzyklus beteiligt sind. Dabei unterstützen die Daten aus der Proteomanalyse viele der zuvor genannten Ergebnisse.