$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
In deze studie werd een gestroomlijnde workflow beschreven voor medisch onderzoek naar de effecten van plasma. De multidisciplinaire aanpak gebruikt hier analyseert het fundamentele optische emissie-Profiel van de plasma-jet, de belangrijkste reactieve componenten in de vloeistof, en de biologische reacties van cellen behandeld met plasma (Figuur 1).
Een aantal onderdelen nodig waren om uit te voeren deze workflow, correct instellen van de plasma-bron (Figuur 2). De verschillende gassen (hier voornamelijk argon, zuurstof en stikstof) werden geleverd aan en gecontroleerd door verschillende massastroom controllers. Een centrale paneel werd gebruikt voor het digitaal aanpassen de massastroom controllers aan vooraf bepaalde grondstof gas fluxen. Om specifieke grondstof gas composities, waren de gassen fysiek gemengd gebruik makend van een panel van kleppen die gecombineerd van gassen uit verschillende massastroom controllers(Figuur 2). Het bronpakket plasma was ingeschakeld en het plasma effluent opgericht voor een USB-spectrofotometer (Figuur 2B) met een optisch bereik van 200 nm tot 1.000 nm. Voor behandeling van vloeistoffen en cellen, werd een efficiënte workflow beschreven met behulp van 96-wells-platen. Multi goed gerechten werden gehouden in plaats met behulp van een plastic frame frame dat is vastgesteld op de grondplaat met ingevoegde afgestemd op haar ingeprinte gaten (Figuur 2C). De volledige opstelling werd geplaatst onder de motorkap van een laminaire flow (Figuur 2D). Deze opstelling opgenomen een xyz-tabel waarnaar de hand-held stuk van de plasma-jet werd gemonteerd. De motorische controle-elementen bevinden zich buiten de Bank, als de laatste beschikt over voldoende grote kabel poorten van en naar de xyz-tabel. Nog belangrijker is, de tafel was computergestuurde en kan worden geprogrammeerd om de jet zweven boven het midden van elk putje met een micrometer nauwkeurigheid voor de gewenste hoeveelheid tijd. Bovendien was de startpositie (zoals in onze opstelling, goed A1) vrij gekozen(Figuur 2). Samen met de houder van de kunststof plaat hierdoor voor een reproduceerbare plasma behandeling met dagelijkse wijzigingen uitsluitend gerelateerde aan de opstelling van de vloeibare en biologische experimenten.
Emissie van optische spectroscopie (OES) werd gebruikt om de verschillende toppen gekoppeld aan reactieve plasma onderdelen in verschillende grondstof gas voorwaarden (Figuur 3A) volgen. Bijvoorbeeld, de tweede positieve stelsel van stikstof met pieken van 330 nm tot 380 nm vertegenwoordigd reactieve stikstof soorten, en de piek op 309 nm vertegenwoordigd hydroxyl radicalen (pijl in Figuur 3A). In vergelijking met argon gas alleen, de aanwezigheid van stikstof soorten verhoogd met een mengsel van stikstof in de grondstof gas, terwijl de toevoeging van zuurstof of vochtigheid verminderd of verminderd, respectievelijk. Daarentegen was de aanwezigheid van hydroxyl radicalen daalde met zuurstof of stikstof maar aanzienlijk verhoogd als bevochtigde argon werd gebruikt als grondstof gas. Voor plasma behandeling van vloeistoffen, de verdamping veroorzaakt door de argon gas en argon plasma werd bepaald eerste (Figuur 3B). Nog belangrijker is, opbrengst beide voorwaarden niet vergelijkbare resultaten omdat plasma ook effecten op temperatuur oefent. In overeenstemming met de resultaten van de OES van hydroxyl radicalen, waterstofperoxide afzetting aanzienlijk daalde met zuurstof of stikstof vermenging maar verhoogd met bevochtigde grondstof gas (Figuur 3C). Bovendien, de toevoeging van stikstof aan de grondstof gas geleid tot aanzienlijk hogere concentraties van nitriet in vergelijking met argon plasma-behandelde vloeistoffen (Figuur 3D). Deze werkstroom kan ook worden aangewend om te onderzoeken van het effect van plasma op vloeistoffen met verschillende composities. Bijvoorbeeld, leek waterstofperoxide concentraties te zijn onafhankelijk van de aanwezigheid van foetaal kalfsserum in PBS en RPMI1640 cel kweekmedium (Figuur 3E). De aanwezigheid van serum daalde in de dezelfde monsters, nitriet concentratie in PBS en cel kweekmedium in vergelijking met hun niet-serum met tegenhangers (Figuur 3F). Meeste superoxide werd geproduceerd in de droge argon gas voorwaarden met zuurstof en/of stikstof betonsamenstelling aanzienlijk blussen superoxide generatie, met uitzondering van de bevochtigde argon-zuurstof plasma (Figuur 3G).
Voor plasma behandeling van cellen in meerdere goed gerechten, de plaat met cellen eergisteren ontpit was verwijderd uit de incubator en toegevoegd aan de kunststof houder. Het patroon van een geprogrammeerde behandeling werd toegepast, werd gecompenseerd door verdamping en de plaat stond weer in de incubator voor 20 h. opmerking dat na deze incubatie, cel cultuur supernatant kon zijn verzameld in een nieuwe, lege 96-wells-plaat en opgeslagen bij- 80 ° C voor de beoordeling van proteïnen van belang. Resazurin is vervolgens de cellen van elk putje toegevoegd. Omzet van niet-belichting fluorescerende resazurin aan fluorescerende resorufin alleen werd vergemakkelijkt door actieve NADPH genererende enzymen en was gecorreleerd met algemene metabole activiteit (Figuur 4A). Intensiteit van de fluorescentie vergelijkbaar waren met de visuele perceptie van de plaat en cytotoxische effecten van langdurige plasma behandeling (Figuur 4B) aangegeven. Bevochtigde gas voorwaarden waren schadelijker dan droog gas voorwaarden. Dezelfde cellen in de plaat werden gebruikt voor verder stroomafwaarts testen. Cellen in de plaat microscopisch werden onderzocht (Figuur 4C). Met behulp van beeldbewerkingssoftware, werden diverse putjes van de plaat onderzocht voor kwalitatieve vergelijking (Figuur 4D). Software kon de kwantificering van de totale oppervlakte vallende cellen binnen het gezichtsveld verworven in elk putje en de resulterende gegevens werden genormaliseerd naar respectieve controles (Figuur 4E). Een daling van de cel totaal gebied werd gezien in de plasma behandeling monsters, vooral met de bevochtigde grondstof gas-voorwaarden. Na imaging, werden de cellen gewassen, gekleurd met anti-muis calreticulin antilichamen, vrijstaand en geanalyseerd met stroom cytometry (Figuur 4F). Fluorescentie intensiteiten van calreticulin vlekken in levensvatbare cellen (Figuur 4G) werden berekend en vergeleken tussen de monsters (Figuur 4H) betekenen. Plasma behandeling geïnduceerde een opregulatie van calreticulin op het celoppervlak lymfkliertest melanoom, die overeenkwam met de plasma behandeltijd met droge grondstof gas voorwaarden toegepast. Voor bevochtigde grondstof gas voorwaarden, 20 s en 40 s van behandeling geïnduceerde een sterkere blootstelling van de calreticulin ten opzichte van de dodelijker 60 s behandeltijd. Dit suggereert dat er was een niet-lineaire regulering van calreticulin blootstelling met betrekking tot de hoeveelheid oxidanten ingevoerd om de cellen.

Figuur 1 : Workflow van medisch onderzoek van plasma uit de natuurkunde naar de biologie. De reactieve soorten output van de atmosferische druk argon plasma jet is afgestemd door het moduleren van de grondstof gas. Geselecteerde moleculen in de gasfase plasma worden gecontroleerd met behulp van spectroscopie. Het plasma wordt gebruikt voor het behandelen van vloeistoffen en onderzoeken oxidant afzetting. Cellen gekweekt in microplates zijn plasma-behandeld, en biologische uitlezingen worden uitgevoerd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2 : Installatie van de plasma onderzoek Bank. (A) verschillende gassen in roestvrij stalen buizen in verschillende massastroom controllers die worden beheerd via een centrale paneel zijn gedreven. De individuele feed gassamenstelling is gemengd daarna met behulp van een panel van kleppen. (B) sommige reactieve componenten van het plasma kunnen worden gecontroleerd met behulp van optische emissie spectroscopie te onderzoeken van de verschillen tussen de verschillende samenstellingen van de grondstof gas. (C) voor de plasma high-throughput onderzoek, 96-Wells-microplates worden gebruikt. Om ervoor te zorgen een constante vertrekpunt voor programmeerbare en geautomatiseerde plasma behandeling, wordt de plaat toegevoegd aan een frame garanderen van de dezelfde absolute positie van platen van dag tot dag. (D) de plasma-jet is bevestigd aan een computergestuurde xyz-tabel bevindt zich onder de motorkap van een laminaire flow. Alle 96 exacte locaties en de nadruktijd van het plasma over elk is goed geschreven in een programmabestand te begeleiden van het verkeer van de plasma-bron. De belangrijkste behuizing van het apparaat plasma straal evenals de motor besturingselementen bevinden zich in de nabijheid. (E) geautomatiseerd plasma behandeling van een 96-wells-plaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 3 : Plasma jet en vloeistof analyse. (A) optische spectroscopie van de emissie van verschillende grondstof gas voorwaarden wordt weergegeven. Het tweede positieve systeem van stikstof (330 nm tot en met 380 nm) werd verhoogd met vermenging van stikstof, afwezig bij de vermenging van zuurstof, en aanzienlijk verminderd met bevochtigde argon (links panelen). Het hoogtepunt van de hydroxyl radicalen op 309 nm (pijl) daalde in stikstof en zuurstof voorwaarden maar aanzienlijk verhoogd met bevochtigde argon in vergelijking met argon gas alleen. (B) Gas blootstelling van vloeistoffen tot verdamping leidt. Het bedrag van verdamping per putje in een plaat van de 96well op een behandeling met plasma en argon gas alleen werd bepaald door weging van de plaat voor en na behandeling met behulp van een mooie schaal. Verdamping in monsters van plasmatreated was hoger in vergelijking met die in argon gastreated monsters. (C) generatie van waterstofperoxide in plasmatreated vloeistoffen gecorreleerd tot op zekere hoogte met de 309 nm piek van hydroxyl radicalen in (A). Bevochtigde (5%) argon plasma verhoogd peroxide concentraties ongeveer 4fold. (D) nitriet werd verheven als stikstof werd toegevoegd aan de grondstof gas, en dit effect werd verhoogd met bevochtigde argon plasma. De toevoeging van zuurstof daalde nitriet generatie maar niet significant. (E, F) Waterstof peroxide en nitriet concentraties wordt weergegeven in verschillende soorten vloeistoffen, namelijk RPMI1640 cel kweekmedium met (R10F) en zonder (R0F) en PBS met en zonder foetaal kalfsserum (FCS). Peroxide niveau niet verschillen tussen verschillende media (E) Overwegende dat nitriet niveaus werden aanzienlijk verlaagd in aanwezigheid van serum. (G) Superoxide productie was het hoogst voor droge argon gas feed gas; vermenging van stikstof, zuurstof of bevochtigde argon gaf lagere superoxide afzetting in de vloeistof. Gegevensset die wordt getoond (B-G) zijn de gemiddelde + SEM van twee tot drie experimenten. Statistische analyse werd uitgevoerd (C, D) met behulp van one-way variantie-analyse vergelijken hele groep middelen van droge of vochtige grondstof gas voorwaarden tegen de respectieve controle (** p < 0,01; *** p < 0,001). Bovendien, argon gas-alleen plasma voorwaarden werden vergeleken met behulp van het gemiddelde van de hele groep en de t-test (### p < 0,001). Verdere statistische analyse (F) werd uitgevoerd met behulp van de t-testen vergelijken de waarden van elke plasma behandeling en middellange voorwaarde in de monsters met FCS en zonder FCS (* p < 0.05; ** p < 0.01); ook FCS of niet-FCS waarin oplossingen werden vergeleken binnen elke plasma behandeling tijd met behulp van de t-test (# p < 0.05; ## p < 0,001). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4 : Plasma behandeling en het effect ervan op cellen. (A) cellen werden blootgesteld aan plasma en resazurin was toegevoegd na 20u te beoordelen van de metabole activiteit. (B) activiteit werd aanzienlijk verlaagd in plasmatreated monsters in vergelijking met gas besturingselementen. Een duidelijke daling werd gezien met bevochtiging van de grondstof gas, overwegende dat de toevoeging van zuurstof en/of stikstof leidt tot toxiciteit in zowel droge en vochtige argon gas voorwaarden. (C) opslagmedium met propidium jodide (PI) is toegevoegd. (D) een overzicht wordt weergegeven van de putjes van de plaat met digitale fase contrast (oranje) vertegenwoordigen de cytosolische Fractie van elke cel en de PI (groen) dode cellen worden geïdentificeerd. Imaging tools toegestaan het kwantificeren van de totale oppervlakte binnen het gezichtsveld van elk goed bedekt met cellen. (F) cellen werden vervolgens gewassen en geïncubeerd met antilichamen of andere markeringen van de cel te karakteriseren van biologische plasma effecten met behulp van stroom cytometry. (G) Gating strategieën werkten en marker analyse werd uitgevoerd en vergeleken tussen de monsters. Gegevens (B, E, H) worden weergegeven, duiden de gemiddelde + SEM uit één vertegenwoordiger van drie onafhankelijke experimenten. Schaal bar = 200 µm (D). Statistische vergelijking werd uitgevoerd met behulp van twee richtingen analyse van varianties (B, H) vergelijken, voor elke voorwaarde die gas, elke plasma behandeling aan de respectieve gasbeheersing (* p < 0.05; ** p < 0,01; *** p < 0,001). Bovendien, de waarden voor elke voorwaarde van stikstof en/of zuurstof betonsamenstelling werden vergeleken met de waarden van argon gasplasma voor droge en vochtige omstandigheden afzonderlijk (twee richtingen analyse van varianties; ### p < 0,001). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.