Grundlagen der Plasmamedizin

Principles of plasma medicine

Zusammenfassung

Hintergrund

Das neue Gebiet der Plasmamedizin beschäftigt sich mit der medizinischen Anwendung physikalischer, kalter Atmosphärendruckplasmen („cold atmospheric plasma“, CAP).

Fragestellung

Darstellung der wissenschaftlichen Grundlagen der Plasmamedizin und gegenwärtiger sowie potenzieller medizinischer Anwendungsmöglichkeiten.

Material und Methode

Zusammenfassung des aktuellen Stands der präklinischen und der klinischen Forschung unter besonderer Berücksichtigung der CAP-Plasmajet-Quelle kINPen®.

Ergebnisse

Physikalisches Plasma wird auch als 4. Aggregatzustand der Materie bezeichnet. Mit CAP ist es möglich, ein breites Spektrum an Mikroorganismen, einschließlich multiresistenter Bakterien, sehr effektiv zu inaktivieren, sowie die Regeneration verletzten Gewebes zu stimulieren. Darüber hinaus wurde die Möglichkeit der Induktion des programmierten Zelltods (Apoptose) auch und v. a. in Krebszellen experimentell nachgewiesen. Kalte Atmosphärendruckplasmen beeinflussen insbesondere über temporär und lokal erhöhte Konzentrationen von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies in der flüssigen Zellumgebung die zelluläre Redoxbalance. Die Anwendung von CAP am oder im menschlichen Körper birgt bei bestimmungsgemäßer Anwendung keine erhöhten Risiken. Gegenwärtiger Anwendungsschwerpunkt von CAP sind v. a. die Wundheilung und die Behandlung infektiöser Hauterkrankungen. An Einsatzmöglichkeiten in der Krebsbehandlung wird intensiv geforscht.

Schlussfolgerungen

Die Plasmamedizin steht am Anfang eines sehr erfolgversprechenden Wegs in die klinische Anwendung. Das Besondere und Einzigartige der CAP liegt darin, dass die Wirkkomponenten lokal am Ort und nur für die erforderliche Zeit der Anwendung primär durch einen physikalischen Prozess generiert werden.

Abstract

Background

The new field of plasma medicine is concerned with the medical application of physical cold atmospheric plasma (CAP).

Objective

Presentation of the scientific basis of plasma medicine, the current and potential medical applications.

Methods

Review of the present state of preclinical and clinical research with particular focus on the CAP plasma jet source “kINPen®”.

Results

Physical plasma is characterized as the fourth state of matter. Using CAP a broad spectrum of microorganisms including multidrug-resistant pathogens can be inactivated and the regeneration of injured tissue can be stimulated. Furthermore, induction of programmed cell death (apoptosis) by plasma treatment was experimentally demonstrated, particularly in cancer cells. By locally and temporally increased concentrations of reactive oxygen and nitrogen species in the liquid environment of cells, CAP can influence the cellular redox balance. There is no increased risk on or in the human body resulting from normal application of CAP. At present, medical plasma application is utilized mainly in the field of wound healing and treatment of infectious skin diseases. Applications in cancer treatment is a subject of intensive research.

Conclusion

Plasma medicine is at the beginning of a promising path towards clinical application. It is the special and unique characteristic of CAP that the active components are generated locally on-site and only for the required time of treatment primarily by a physical process.

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Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4

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Danksagung

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, dem Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur sowie dem Ministerium für Wirtschaft, Bau und Tourismus des Landes Mecklenburg-Vorpommern und der Europäischen Union/Europäischer Sozialfonds für die umfangreiche Unterstützung der plasmamedizinischen Forschung.

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Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Prof. Dr. T. von Woedtke.

Ethics declarations

Interessenkonflikt

T. von Woedtke und K.-D. Weltmann geben an, an der Forschung und Entwicklung des durch die Fa. neoplas tools GmbH Greifswald hergestellten und vertriebenen Medizinprodukts kINPen® MED vorwettbewerblich beteiligt zu sein sowie das Unternehmen gelegentlich bei wissenschaftlichen und technologischen Fragestellungen zu beraten.

Dieser Beitrag beinhaltet keine von den Autoren durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.

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Redaktion

H.R. Metelmann, Greifswald

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von Woedtke, T., Weltmann, K. Grundlagen der Plasmamedizin. MKG-Chirurg 9, 246–254 (2016). https://doi.org/10.1007/s12285-016-0075-0

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Schlüsselwörter

  • Kaltes Atmosphärendruckplasma
  • Reaktive Sauerstoffspezies
  • Reaktive Stickstoffspezies
  • Wundheilung
  • Apoptose

Keywords

  • Non-thermal atmospheric plasma
  • Reactive oxygen species
  • Reactive nitrogen species
  • Wound healing
  • Apoptosis