Проект Plasma Health

прорыв в области плазменной медицины

 

Плазменная медицина является новой междисциплинарной областью исследований, которая включает физику, химию, биологию и медицину.

В настоящее время плазмохимические технологии представляют огромный интерес для современной медицины, биологии и биотехнологии и являются перспективными методами решения целого ряда актуальных проблем: стерилизации, стимулирования клеточной регенерации, лечения воспалительных заболеваний, обработки ран и др. Основным видом плазмы, применяемым для решения биомедицинских задач, является плазма газовых разрядов (холодная плазма).

Проект Plasma Health, продвигаемый компанией IPLASMA, нацелен на масштабное внедрение прорывных технологий плазменной медицины в таких областях как дерматология, хирургия, онкология, стоматология, гинекология, оториноларингология и др.

Воздействие холодной плазмы и её компонентов на биологические объекты.

При применении «холодной плазмы» в медицинских целях на биологический объект воздействует сразу целый комплекс химически активных частиц, фотонов, а также заряженные частицы и электрическое поле.

Каждый из вышеуказанных компонентов может оказывать бактерицидное действие или приводить к стимуляции эукариотических клеток, важную роль во всех типах взаимодействий плазмы с биологическими объектами играют реактивные кислородные и азотные частицы:

  • reactive oxygen species - ROS
  • reactive nitrogen species - RNS

Синергизм действия компонентов плазменного факела является особенностью холодной плазмы, что важно для ее медицинского применения. Каждый компонент присутствует в сравнительно низких концентрациях и не токсичен, но взаимодействие нескольких таких воздействий может усиливать эффект и поражать одну и ту же мишень. Наиболее перспективными кандидатами для синергичного действия, имеющего биологически важные последствия, являются ROS и RNS, они играют важную роль в процессах инактивации бактерий под действием низкотемпературной холодной плазмы.

Проведение многочисленных экспериментов в естественных условиях доказывает, что холодная плазма обладает довольно ценными свойствами с большим потенциалом применения в медицине - бактерицидным, фунгицидным и противовирусным действием, разрушает биопленки, влияет на свертываемость крови, иммунную систему, на пролиферацию и апоптоз раковых клеток.

В результате взаимодействия холодной плазмы с живыми системами образуется ряд действующих агентов: нейтральный газ, заряженные частицы, возбужденные атомы и молекулы, активные молекулы (NO, O3, OH-, O2-, H2O2), электрическое поле, тепло, ультрафиолетовое излучение. Из всех возможных факторов, генерируемых плазмой, в биологических эффектах в основном участвуют долгоживущие радикалы и моноксид азота(NO), они напрямую взаимодействуют с биологическими субстратами.

 

Плазма может существовать во множестве форм и может быть создана по-разному. Во многих технологических приложениях плазма существует при низких давлениях газа. Важно различать тепловую (thermal) и нетепловую плазму (nonthermal plasma).

Примером тепловой плазмы атмосферного давления является молния. В нетепловой плазме охлаждение ионов и незаряженных молекул более эффективное, чем энергетическая передача от электронов, и плазма сохраняет низкую температуру (25-40°С), поэтому нетепловую плазму также называют неравновесной плазмой.

Мы концентрируется, главным образом, на новых нетепловых эффектах и на возможных нетепловых механизмах взаимодействия между плазмой и живыми организмами. Лечение при использовании нетепловых плазменных эффектов в медицине разделено на две категории: это - прямое плазменное лечение и косвенное плазменное лечение. В прямом плазменном лечении живая ткань (или орган) играет роль одного из электродов между которыми образуется плазма.

Прямое плазменное воздействие (один из электродов – обрабатываемая поверхность кожи)

 

Недостатки - через ткань может протекать некоторый ток (слабый ток проводимости, ток смещения или и тот, и другой). Трудность обработки неплоских поверхностей.

В косвенном лечении активные элементы (электроны, положительно заряженные ионы, радикалы, и т.д.) поставляются на поверхность биологического объекта через поток плазмообразующего газа и через плазменную область. Возможность обрабатывать сложные криволинейные поверхности.

Косвенное плазменное воздействие

 

Недостатки – относительно малая обрабатываемая площадь; высокая температура плазменного потока; дорогостоящие источники плазмы.

Основные факторы воздействия низкотемпературной плазмы

  • Электромагнитные поля
  • УФ излучение (особенно 240 – 320 нм)
  • Заряженные частицы – электроны и ионы
  • Радикалы: кислородосодержащие (ROS: O, O2-, O3, H2O2). Влияние на метаболизм клеток, клеточные мембраны, окисление липидов, протеинов, ДНК.
  • Радикалы: азотосодержащие (RNS: N, NO, NO2, NO3, N2O5). Влияние на клетки, клеточная сигнализация.
  • Плазма генерирует коктейль из активных частиц, радикалов, ионов – важных для биомедицинских приложений. Именно этот коктейль повышает проницаемость клеточных мембран, увеличивая эффективность любой лекарственной терапии.

Кроме того, при оптимальном режиме плазма способна избирательно воздействовать на пораженные участки кожи, уничтожая патогенные прокариотические организмы. Ее обеззараживающее действие основано на способности ионов и электронов пробивать оболочку клетки и уничтожать незащищенную структуру бактерий. Более защищенные эукариоты дольше способны противодействовать плазменной атаке — именно эта разница во времени и дает врачам возможность уничтожать бактерии, не нанося вреда клеткам организма. Холодная плазма атмосферного давления безопасна и может быть эффективно применена непосредственно к человеческому телу.

Способы получения холодной плазмы

Чтобы получить плазму необходимо каким-либо способом доставить энергию в газ, чтобы могло произойти перестроение электронных структур молекул и атомов, а также создание возбуждённых состояний и ионов. Этой энергией может быть электрическая, тепловая, электромагнитная энергии. Для большинства случаев применяется электрическая энергия. При этом основная часть энергии передаётся электронам, которые взаимодействуют с нейтральными частицами путём упругих и неупругих взаимодействий. Упругое изменяет кинетическую энергию нейтральной частицы в сторону увеличения, а неупругое приводит к ионизации, а также возникновению возбуждённых состояний (при условии передачи достаточного количества энергии). Также очень важна частота возбуждающего поля, ведь она определяет, как будут двигаться заряженные частицы. Если мы имеем дело с низкими частотами, то заряженные частицы успевают за изменениями поля, а с ростом частоты ионы из-за их большой массы начинают реагировать уже на среднее значение электрического поля.

Одним из основополагающих методов получения плазмы был искровой разряд. При атмосферном давлении газы почти не содержат заряженных частиц, для того чтобы инициировать пробой, необходимо сперва ионизировать газ.

Этой цели может послужить всего один электрон, который, ускоряясь в электрическом поле, может выбивать электроны из нейтральных молекул и атомов, а так как после выбивания имеется уже 2 электрона, процесс начинает активно распространяться по всему объёму газа. При этом стоит помнить, что наравне с процессом ионизации имеет место быть и процесс рекомбинации. Для ионизации газа и получения холодной плазмы используются несколько типов электрических разрядов:

  • Коронный разряд
  • Искровой разряд
  • Барьерный разряд
  • Радиочастотный
  • Микроволновый
  • Наносекундный

В существующих аппаратах холодной плазмы, используемых в медицинских целях, наиболее часто применяют барьерный и микроволновый разряды.

Микроволновый разряд - ионизация газа мощным СВЧ электрическим полем, рабочие частоты порядка 2-5 ГГц (GHz). Разряд высокой частоты и высокого напряжения 1-13МГц (MHz).

Барьерный разряд - разряд между двумя электродами разделенными слоем диэлектрика.

В 70% аппаратов, генерирующих холодную плазму, используется именно этот тип разряда. В качестве плазмообразующего газа в настоящее время в медицинских аппаратах холодной плазмы используются благородные газы, такие как, гелий и аргон в силу гораздо меньших энергетических затрат на их ионизацию.

Компанией IPLASMA разработана принципиально новая технология получения холодной плазмы наносекундного разряда, которая позволяет исключить присутствующие на сегодня недостатки косвенного метода воздействия холодной плазмой.

Технология Plasma Health обладает бесспорным приоритетом на территории РФ. Компанией IPLASMA на основе технологии Plasma Health разрабатывается линейка медицинских аппаратов для обработки холодной плазмой в различных областях медицины и косметологии.