Низкотемпературная плазменная струя для разработки подходов противоопухолевой терапии

В настоящее время разработка новых подходов и методов лечения злокачественных образований у человека сохраняет свою актуальность. Онкология является второй из основных причин заболеваемости и смертности в мире, от которой в 2020 г. умерло порядка 10 млн человек (по данным Всемирной организации здравохранения). Такие методы как хирургическое удаление опухолей, химиотерапия, лучевая, таргетная и гормональная терапия, а также иммунотерапия широко применяются для лечения рака. Главнымпреимуществом плазменной терапии, разрабатываемой в данном проекте, является селективность воздействия, при котором подавляется жизнеспособность именно раковых клеток, не оказывая заметного влияния на здоровые ткани. Селективность воздействия обнаружена экспериментально на культурах клеток in vitro и на животных-опухоленосителей in vivo при воздействии плазменной струей в ряде научных исследований. Кроме того, применение комбинированного лечение рака, включающего химиотерапию и обработку опухолей холодной плазменной струей помогает значительно в разы уменьшить дозу токсичного химиотерапевтического препарата и усилить эффект лечения. Плазменная струя, состоящая из последовательности стримеров, при обработки био мишеней, доставляет к поверхности большие электрические поля, высокоэнергетичные электроны и ионы, в также образует активные химические радикалы. Объяснение явления селективности основано на различных свойствах раковых и нераковых клеток, таких как различия в пористости мембран и количестве аквапариновых каналов, в концентрации кислородных радикалов и т.д., но в целом механизм селективности остается неизвестным. В продолжении проекта планируется усовершенствовать функциональные характеристики разработанных ранее плазменных источников, генерирующих низкотемпературную плазменную струю атмосферного давления, определить режимы максимального подавления роста опухолей у животных-опухоленосителей в рамках безопасного многоразового воздействия на различные типы опухолей. Провести исследования механизмов воздействия плазмы на раковые клетки путем анализа модификации генов и иммунного ответа у животных-опухоленосителей. Новые задачи, предлагаемые для решения в рамках Проекта 2022 являются логическим продолжением работ по развитию и оптимизации антираковой плазменной терапии. Эффективность подавления жизнеспособности раковых образований с использованием низкотемпературной плазменной струи атмосферного давления достоверно показана в экспериментах по облучению животных с опухолями и раковых клеток в среде. Разные типы раковых образований неодинаково чувствительны к воздействию плазменной струей, но в целом обнаружено, что плазма эффективно подавляет рост раковых образований, практически не влияя на здоровые клетки. Такая положительная селективность воздействия является неоспоримым преимуществом плазменной терапии по сравнению с химиотерапией, лучевой и гармональной схемами лечения. Поэтому трудно переоценить научную значимость, масштабность и новизну проводимых исследований по развитию плазменной антираковой терапии. В ходе выполнения проекта в 2022-2023 гг. предлагается дальнейшая модернизация плазменного источника для усовершенствования его функциональных характеристик и усиления эффекта воздействия плазмы на раковых образования. Результаты полученные в 2019-2021 гг. показали, что эффективность воздействия плазменной струей может быть значительно повышена при увеличении частоты и амплитуды рабочего синусоидального напряжения. Однако условия безопасности связанные с повышением температуры в зоне контакта плазмы с биотканью при этом часто нарушаются. Сочетание эффективного воздействия плазмы (при повышенных частоте и амплитуде напряжения) и поддержание температуры < 40 градусов в зоне контакта является основной задачей данного проекта. Для этого предлагается использовать импульсное напряжение с однополярной положительной формой импульса. Предварительные исследования показали, что нагрев поверхности можно уменьшить, изменяя форму и длительность импульса напряжения и дополнительно охлаждая рабочий газ гелий. Совершенствование функциональных характеристик плазменного источника, и в конечном итоге, стандартизация процедуры облучения животных с раковыми опухолями будет проводиться в совместных био-физических экспериментах и расчетно-теоретических исследованиях.31947