Medicina de plasma: uma revisão introdutória



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Medicina de plasma: uma revisão introdutória

MG Kong 1 , G Kroesen 2 , G Morfill 3,5 , T Nosenko 3,4 , T Shimizu 3 , J van Dijk 2 eJL Zimmermann 3,4

Publicado em 26 de novembro de 2009 • IOP Publishing e Deutsche Physikalische Gesellschaft New Journal of Physics , Volume 11 , novembro de 2009Focus on Plasma Medicine

Abstrato


Esta revisão introdutória sobre os cuidados de saúde no plasma destina-se a fornecer ao leitor interessado um resumo do status atual deste campo emergente, seu escopo e sua ampla abordagem interdisciplinar, que vão desde física, química e tecnologia de plasma, até microbiologia, bioquímica, biofísica , medicina e higiene. Além dos processos básicos de plasma e das restrições e requisitos estabelecidos pelos padrões internacionais de saúde, a revisão se concentra na interação plasmática com células procarióticas (bactérias), células eucarióticas (células de mamíferos), membranas celulares, DNA, etc. Ao fazê-lo, alguns dos terminologia desconhecida - um subproduto inevitável da pesquisa interdisciplinar - é abordada e explicada. Os cuidados de saúde por plasma podem proporcionar um novo e rápido e eficiente caminho para higiene eficaz (e outros edifícios públicos) - ajudando a prevenir e conter doenças que continuamente ganham terreno à medida que a resistência de agentes patogênicos a antibióticos cresce. A entrega de "substâncias" medicamente ativas no nível molecular ou iónico é outro tópico emocionante de pesquisa através de efeitos nas paredes celulares (permeabilização), excitação celular (ação paracrina) e a introdução de espécies reativas no citoplasma celular. Os campos elétricos, o carregamento de superfícies, os fluxos de corrente, etc., também podem afetar o tecido de forma controlada. O campo é jovem e as esperanças são altas. É apropriado cobrir os começos em no nível molecular ou iónico é outro tópico emocionante de pesquisa através de efeitos nas paredes celulares (permeabilização), excitação celular (ação paracrina) e a introdução de espécies reativas no citoplasma celular. Os campos elétricos, o carregamento de superfícies, os fluxos de corrente, etc., também podem afetar o tecido de forma controlada. O campo é jovem e as esperanças são altas. É apropriado cobrir os começos em no nível molecular ou iónico é outro tópico emocionante de pesquisa através de efeitos nas paredes celulares (permeabilização), excitação celular (ação paracrina) e a introdução de espécies reativas no citoplasma celular. Os campos elétricos, o carregamento de superfícies, os fluxos de corrente, etc., também podem afetar o tecido de forma controlada. O campo é jovem e as esperanças são altas. É apropriado cobrir os começos emNew Journal of Physics , uma vez que é a física (e química de não equilíbrio) de plasmas de pressão atmosférica à temperatura ambiente que tornaram possível este desenvolvimento de cuidados de saúde no plasma.

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1. Introdução

Os plasmas foram usados ​​há muito tempo para a esterilização de equipamentos médicos, embalagens na indústria alimentar, implantes, coagulação sanguínea, etc. [ 1 ] - [ 8 ]. Isto é em parte devido à sua alta eficácia bactericida e em parte devido ao seu fácil acesso em espaços estreitos e confinados [ 9 ] - [ 14 ]. Nos últimos anos, frio - menos de 40 ° CNo ponto de aplicação, foram desenvolvidas fontes de plasma atmosférico (CAP) que (em princípio) fornecem a possibilidade de estender o tratamento com plasma ao tecido vivo. Isso abre novos horizontes. Não só existe a visão de esterilização rápida e livre de contato, que pode acessar até pequenos poros e aberturas microscópicas, mas também pode-se considerar novas possibilidades de entrega de fármaco no nível molecular, novos efeitos bio-médicos devido a íons e, no futuro distante, talvez até novos desenvolvimentos de fármacos de plasma operando no nível celular que possam agir de forma seletiva e / ou regenerativa. Grande parte disso dependerá da capacidade de "conceber" plasmas quimicamente, produzir, transportar e aplicar plasmas fisicamente e determinar os efeitos do tecido plasmático quantitativamente usando células e microbiologia, seguidos de estudos médicos.

Os plasmas podem ser produzidos por vários meios, por exemplo, freqüência de rádio, freqüências de microondas, alta tensão ac ou dc, etc. Durante os processos não quíricos, podem ser produzidas espécies excitadas e gases reativos (assim como íons e elétrons) e são esses espécies que merecem especial atenção para os cuidados de saúde.

O campo, em geral, de cuidados de saúde no plasma , é um campo emergente que tem suas raízes, naturalmente, na ciência do plasma. Cresceu rapidamente, no entanto, e agora é objeto de um amplo trabalho de pesquisa interdisciplinar envolvendo medicina, biologia, física, química e engenharia. Neste "Problema de foco" do New Journal of Physics, resumimos as contribuições das últimas atividades de pesquisa em todas essas disciplinas. Para apresentar o tópico e familiarizar o leitor interessado com algumas das terminologias utilizadas, consideramos oportuno incluir esta revisão introdutória.

No decorrer deste "Problema de foco", haverá publicações sobre fontes e projetos de plasma , declarações sobre limites de segurança (sempre importantes para novos dispositivos e aplicações médicas), química de não equilíbrio iniciada por interações plasmáticas , diagnósticos de plasma , etc.

A partir da microbiologia , haverá investigações com bactérias (gram-positivas e gram-negativas, que são tipos comuns com diferentes estruturas de parede celular), fungos, esporos e vírus, que podem ser destruídos utilizando plasmas com diferentes graus de eficácia.

Na biologia celular , será discutida a diferença entre "células procarióticas" (bactérias) e "células eucarióticas" (por exemplo, fibroblastos da pele ou células epiteliais), assim como o ciclo celular com suas diferentes fases, incluindo replicação de DNA e divisão celular. A morte celular (apoptose), a proliferação celular, a prisão das fases do ciclo celular desempenham um papel nas aplicações biológicas - por que e como será brevemente discutido.

Da área médica há um relatório inicial [ 15 ] sobre o uso de plasma Ar na cirurgia da pele. Para o tratamento de feridas crônicas com plasma Ar, até agora apenas um estudo clínico foi iniciado [ 16 ,  17 ] e a Fase II está quase concluída com mais de 1000 tratamentos já realizados. Os dispositivos de plasma de ar também foram utilizados na prática médica como fonte de óxido nítrico gasoso. Os resultados de estudos em animais e ensaios clínicos mostraram que o gás contendo NO gerado pelo plasma é eficaz na desinfecção de tecidos e na regulação de processos inflamatórios associados a feridas agudas e crônicas [ 18 ] - [ 20 ] e problemas respiratórios [ 21 ].

Em particular, apontamos o leitor para as seguintes publicações nesta edição [ 22 ] - [ 32 ]:



  • Remoção e esterilização de biofilmes e bactérias planctônicas por plasma de argônio induzido por microondas à pressão atmosférica [ 22 ].

  • Permeabilização celular utilizando um plasma não-térmico [ 23 ].

  • Mecanismos de geração e transporte de espécies químicas por um fluxo pós-descarga para inativação de bactérias [ 24 ].

  • Projetando plasmas para desinfecção crônica de feridas [ 25 ].

  • Descarga de plasma de baixa pressão para esterilização e descontaminação de superfícies [ 26 ].

  • Fatores de inativação de bactérias formadoras de esporos usando plasmas de microondas de baixa pressão na mistura de gases N 2 e O 2 [ 27 ].

  • Aplicação da varredura de epifluorescência para monitorar a eficácia da remoção de proteínas por descontaminação de gás-plasma RF [ 28 ].

  • Uma nova fonte de plasma para esterilização de tecidos vivos [ 29 ].

  • O efeito do plasma de baixa temperatura em bactérias observado pela imagem AFM repetida [ 30 ].

  • Mecanismos físicos e biológicos de interação direta do plasma com tecido vivo [ 31 ].

  • Infecções nosocomiais - uma nova abordagem para a medicina preventiva usando plasmas [ 32 ].

  • A tocha portátil de plasma de ar contribui para a rápida coagulação sanguínea como método de prevenção de sangramento [ 33 ].

  • Acidificação de superfícies de película lipídica por DBD não-térmico à pressão atmosférica no ar [ 34 ].

  • Degradação de moléculas de adesão de células de melanoma G361 por um microplasma de pressão atmosférica não-atmosférica [ 35 ].

  • Redução e degradação dos agregados amilóides através de um pulso atmosférico pulsado de rádio atmosférico pulsado pulsado [ 36 ].

  • Uma matriz de jato de plasma atmosférico frio bidimensional para o tratamento uniforme de superfícies de grande área para medicamentos plasmáticos [ 37 ].

Entre os aplicativos previstos estão
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