In vitro биохимические особенности применения холодной плазмы в клетках экспериментального рака молочной железы MCF-7
А. Б. Зиннурова, 
К. П. Воробьев,
О. В. Бакина,
Е. И. Сенькина,
Л. В. Спирина,
О. Л. Носарева,
Т. В. Жаворонок
К. П. Воробьев,
О. В. Бакина,
Е. И. Сенькина,
Л. В. Спирина,
О. Л. Носарева,
Т. В. Жаворонок https://doi.org/10.21294/1814-4861-2024-23-6-89-96
- Р Р‡.МессенРТвЂВВВВВВВВжер
- РћРТвЂВВВВВВВВнокласснРСвЂВВВВВВВВРєРСвЂВВВВВВВВ
- LiveJournal
- Telegram
- ВКонтакте
- РЎРєРѕРїРСвЂВВВВВВВВровать ссылку
Полный текст:
Аннотация
Введение. Низкотемпературная плазма в настоящее время находит применение в медицине, в том числе в терапии опухолей. Активированные плазмой биологические растворы предложены в качестве потенциальных реагентов для лечения рака. Однако биологические эффекты в клетках, вызываемые воздействием холодной плазмы, остаются неизученными. Исследование молекулярных механизмов воздействия холодной плазмы на клетки имеет важное значение для ее клинического применения. Целью исследования явилась оценка влияния воздействия холодной плазмы на особенности изменения жизнеспособности, активности каталазы, содержания малонового диальдегида в культурах клеток рака молочной железы MCF-7 по сравнению с нормальными клетками фибробластов подкожно-соединительной ткани мыши 3T3. Материал и методы. В качестве объектов исследования использовали клетки эпителия молочной железы млекопитающих MCF-7, в качестве сравнения − клетки эмбриональных фибробластов мыши NIH/3T3. Обработку клеточных суспензий проводили при помощи низкотемпературной плазмы атмосферного разряда с убегающими электронами. Для количественной оценки жизнеспособности клеточных линий использовали аннексин V и пропидия йодид. Содержание малонового диальдегида определяли по развивающейся окраске его раствора с 2-тиобарбитуровой кислотой при высокой температуре в кислой среде. Активность каталазы оценивали по скорости разложения перекиси водорода за определенное время инкубации смеси. Результаты. Облучение плазмой клеточной культуры MCF-7 приводило к увеличению содержания малонового диальдегида − основного продукта перекисного окисления липидов. Увеличение данного параметра является показателем повреждения мембран клеток и окислительного стресса, вызванного облучением. Кроме того, при одном режиме облучения холодная плазма проявляла стимулирующий эффект на культуре клеток 3Т3, а на культуре MCF-7, наоборот, стимулировала гибель клеток. Заключение. Установлено, что холодная плазма воздействует на опухолевые и нормальные клетки по-разному. Активность каталазы и МДА являются значимыми маркерами в оценке интенсивности окислительного стресса.
Ключевые слова
холодная плазма,
клетки рака молочной железы MCF-7,
перекисное окисление липидов,
каталаза,
малоновый диальдегид
При поддержке: Разработка методики плазменной обработки и обработка клеточных культур выполнены в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема FWRW-2022-0002.
Об авторах
А. Б. Зиннурова
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия
Россия
Зиннурова Алина Борисовна - лаборант-исследователь кафедры биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики.
634050, Томск, Московский тракт, 2
Researcher ID (WOS) KGK-6645-2024
К. П. Воробьев
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия
Россия
Воробьев Кирилл Павлович – аспирант.
634050, Томск, Московский тракт, 2
О. В. Бакина
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России; ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Бакина Ольга Владимировна - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБУН «ИФПМ» СО РАН; доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики, ФГБОУ ВО «СибГМУ» Минздрава России.
634050, Томск, Московский тракт, 2; 634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Researcher ID (WOS) A-3184-2014, Author ID (Scopus) 57200860509
Е. И. Сенькина
ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Сенькина Елена Ивановна - младший научный сотрудник.
634055, Томск, пр. Академический, 2/4
Researcher ID (WOS) AGN-2441-2022, Author ID (Scopus) 57657672100
Л. В. Спирина
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия
Россия
Спирина Людмила Викторовна - доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики.
634050, Томск, Московский тракт, 2
Researcher ID (WOS) A-7760-2012, Author ID (Scopus) 36960462500
О. Л. Носарева
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия
Россия
Носарева Ольга Леонидовна - доктор медицинских наук, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики.
634050, Томск, Московский тракт, 2
Researcher ID (WOS) E-7153-2016, Author ID (Scopus) 22955735900
Т. В. Жаворонок
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия
Россия
Жаворонок Татьяна Васильевна - доктор медицинских наук, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики.
634050, Томск, Московский тракт, 2
Researcher ID (WOS) P-1272-2016, Author ID (Scopus) 57156704300
Список литературы
1. Bernhardt T., Semmler M.L., Schäfer M., Bekeschus S., Emmert S., Boeckmann L. Plasma Medicine: Applications of Cold Atmospheric Pressure Plasma in Dermatology. Oxid Med Cell Longev. 2019. https://doi.org/10.1155/2019/3873928.
2. Gao L., Shi X., Wu X. Applications and challenges of low temperature plasma in pharmaceutical field. J Pharm Anal. 2021; 11(1): 28-36. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2020.05.001.
3. Babington P., Rajjoub K., Canady J., Siu A., Keidar M., Sherman J.H. Use of cold atmospheric plasma in the treatment of cancer. Biointerphases. 2015; 10(2). https://doi.org/10.1116/1.4915264.
4. Yan D., Cui H., Zhu W., Nourmohammadi N., Milberg J., Zhang L.G., Sherman J.H., Keidar M. The Specific Vulnerabilities of Cancer Cells to the Cold Atmospheric Plasma-Stimulated Solutions. Sci Rep. 2017; 7(1): 4479. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04770-x.
5. Tanaka H., Mizuno M., Ishikawa K., Nakamura K., Kajiyama H., Kano H., Kikkawa F., Hori M. Plasma-activated medium selectively kills glioblastoma brain tumor cells by down-regulating a survival signaling molecule, AKT kinase. Plasma Med. 2011; 1(3-4): 265-77. https://doi.org/10.1615/PlasmaMed.2012006275.
6. Utsumi F., Kajiyama H., Nakamura K., Tanaka H., Mizuno M., Ishikawa K., Kondo H., Kano H., Hori M., Kikkawa F. Effect of indirect nonequilibrium atmospheric pressure plasma on anti-proliferative activity against chronic chemo-resistant ovarian cancer cells in vitro and in vivo. PLoS One. 2013; 8(12). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0081576.
7. Hattori N., Yamada S., Torii K., Takeda S., Nakamura K., Tanaka H., Kajiyama H., Kanda M., Fujii T., Nakayama G., Sugimoto H., Koike M., Nomoto S., Fujiwara M., Mizuno M., Hori M., Kodera Y. Effectiveness of plasma treatment on pancreatic cancer cells. Int J Oncol. 2015; 47(5): 1655-62. https://doi.org/10.3892/ijo.2015.3149.
8. Jablonowski H., Schmidt-Bleker A., Weltmann K.D., von Woedtke T., Wende K. Non-touching plasma-liquid interaction - where is aqueous nitric oxide generated? Phys Chem Chem Phys. 2018; 20(39): 25387-98. https://doi.org/10.1039/c8cp02412j.
9. Takeda K., Ishikawa K., Tanaka H., Sekine M., Hori M. Spatial distributions of O, N, NO, OH and vacuum ultraviolet light along gas flow direction in an AC-excited atmospheric pressure Ar plasma jet generated in open air. J Physics D: Appl Physics. 2017; 50(19). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6555.
10. Lim K., Hieltjes M., van Eyssen A., Smits P. Cold plasma treatment. J Wound Care. 2021; 30(9): 680-3. https://doi.org/10.12968/jowc.2021.30.9.680.
11. Hirst A.M., Frame F.M., Arya M., Maitland N.J., O’Connell D. Low temperature plasmas as emerging cancer therapeutics: the state of play and thoughts for the future. Tumour Biol. 2016; 37(6): 7021-31. https://doi.org/10.1007/s13277-016-4911-7.
12. Ishikawa K., Hosoi Y., Tanaka H., Jiang L., Toyokuni S., Nakamura K., Kajiyama H., Kikkawa F., Mizuno M., Hori M. Non-thermal plasma-activated lactate solution kills U251SP glioblastoma cells in an innate reductive manner with altered metabolism. Arch Biochem Biophys. 2020; 688. https://doi.org/10.1016/j.abb.2020.108414.
13. Takahashi Yo., Taki Yu., Takeda K., Hashizume H., Tanaka H., Ishikawa K., Hori M. Reduced HeLa cell viability in methionine‐containing cell culture medium irradiated with microwave‐excited atmospheric-pressure plasma. Plasma Processes and Polymers. 2018; 15(3). https://doi.org/10.1002/ppap.201700200.
14. Liu Ya., Ishikawa K., Miron C., Hashizume H. Hydrogen peroxide in lactate solutions irradiated by non-equilibrium atmospheric pressure plasma. Plasma Sources Sci Technol. 2021; 30(4). https://doi.org/10.1088/1361-6595/abbbd4.
15. Al Mamun A., Wu Y., Monalisa I., Jia C., Zhou K., Munir F., Xiao J. Role of pyroptosis in spinal cord injury and its therapeutic implications. J Adv Res. 2020; 28: 97-109. https://doi.org/10.1016/j.jare.2020.08.004.
16. Dubey S.K., Dabholkar N., Pal U.N., Singhvi G., Sharma N.K., Puri A., Kesharwani P. Emerging innovations in cold plasma therapy against cancer: A paradigm shift. Drug Discov Today. 2022; 27(9): 2425-39. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2022.05.014.
17. Wang Y., Mang X., Li X., Cai Z., Tan F. Cold atmospheric plasma induces apoptosis in human colon and lung cancer cells through modulating mitochondrial pathway. Front Cell Dev Biol. 2022; 10. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.915785.
18. Wang Y., Mang X., Li D., Chen Y., Cai Z., Tan F. Piezoeletric cold atmospheric plasma induces apoptosis and autophagy in human hepatocellular carcinoma cells through blocking glycolysis and AKT/mTOR/ HIF-1α pathway. Free Radic Biol Med. 2023; 208: 134-52. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2023.07.036.
19. Maltsev A.N. Dense gas discharge with runaway electrons as a new plasma source for surface modification and treatment. IEEE transactions on plasma science. 2006; 34(4): 1166-74.
20. Lozhkomoev A.S., Glazkova E.A., Khorobraya E.G., Lerner M.I., Mal'tsev A.N., Podkovyrov V.G. Modifikatsiya poverkhnosti polimernykh volokon DRE-plazmoi dlya adgezii chastits oksigidroksida alyuminiya. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. 2013; 56(4): 22-6.
21. Kumar V., Sharma N., Maitra S.S. In vitro and in vivo toxicity assessment of nanoparticles. Int Nano Lett. 2017; 7(4): 243-56. https://doi.org/10.1007/s40089-017-0221-3.
22. Hadwan M.H., Abed H.N. Data supporting the spectrophotometric method for the estimation of catalase activity. Data Brief. 2015; 6: 194-99. https://doi.org/10.1016/j.dib.2015.12.012.
23. GOST R ISO 10993.5. Izdeliya meditsinskie. Otsenka biologicheskogo deistviya meditsinskikh izdelii. Ch. 5. Issledovanie na tsitotoksichnost': metody in vitro
24. Shan K., Feng N., Zhu D., Qu H., Fu G., Li J., Cui J., Chen H., Wang R., Qi Y., Chen Y.Q. Free docosahexaenoic acid promotes ferroptotic cell death via lipoxygenase dependent and independent pathways in cancer cells. Eur J Nutr. 2022; 61(8): 4059-75. https://doi.org/10.1007/s00394-022-02940-w.
25. Wang Y., Mang X., Li D., Wang Z., Chen Y., Cai Z., Tan F. Cold atmospheric plasma sensitizes head and neck cancer to chemotherapy and immune checkpoint blockade therapy. Redox Biol. 2024; 69. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102991.
26. Dai X., Wu J., Lu L., Chen Y. Current Status and Future Trends of Cold Atmospheric Plasma as an Oncotherapy. Biomol Ther (Seoul). 2023; 31(5): 496-514. https://doi.org/10.4062/biomolther.2023.027.
27. Gay-Mimbrera J., García M.C., Isla-Tejera B., Rodero-Serrano A., García-Nieto A.V., Ruano J. Clinical and Biological Principles of Cold Atmospheric Plasma Application in Skin Cancer. Adv Ther. 2016; 33(6): 894-909. https://doi.org/10.1007/s12325-016-0338-1. Erratum in: Adv Ther. 2016.
Рецензия
Для цитирования:
Зиннурова А.Б., Воробьев К.П., Бакина О.В., Сенькина Е.И., Спирина Л.В., Носарева О.Л., Жаворонок Т.В. In vitro биохимические особенности применения холодной плазмы в клетках экспериментального рака молочной железы MCF-7. Сибирский онкологический журнал. 2024;23(6):89-96. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2024-23-6-89-96
For citation:
Zinnurova A.B., Vorobyev K.P., Bakina O.V., Senkina E.I., Spirina L.V., Nosareva O.L., Zhavoronok T.V. In vitro biochemical features of cold plasma application in MCF-7 experimental breast cancer cells. Siberian journal of oncology. 2024;23(6):89-96. (In Russ.) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2024-23-6-89-96
Просмотров:
955
ISSN 1814-4861 (Print)
ISSN 2312-3168 (Online)
ISSN 2312-3168 (Online)
Послать статью по эл. почте 
