Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2020
Идентификатор DOI: 10.23946/2500-0764-2020-5-4-104-115
Ключевые слова: atmospheric non-thermal plasma, reactive oxygen species, Reactive nitrogen species, hydrogen peroxide, Redox balance, mitochondria, peroxisomes, неравновесная холодная плазма, активные формы кислорода, активные формы азота, перекись водорода, редокс-баланс, митохондрии, пероксисомы
Аннотация: Холодная плазма (ХП) в воздухе над поверхностью суспензий клеток или биологических тканей рассматривается как генератор активных форм кислорода и азота, ионов, сольватированных/акватированных электронов. В обзоре литературы проанализированы современные представления о реализации эффектов ХП в живых системах (с акцентом на роль свобПоказать полностьюодных радикалов и других частиц, генерируемых ХП, в химической модификации биомакромолекул и регуляции сигнальной трансдукции в клетках). Обобщены данные о влиянии продуктов ХП на внутриклеточный окислительно-восстановительный баланс, митохондриальный биогенез, а также клеточные мембраны и органеллы. Обсуждаются ключевые механизмы транспорта продуктов ХП через биологические мембраны с участием механизмов активного транспорта и диффузии. Предполагается, что экспрессия различных транспортных систем будет существенным образом отличаться в клетках на разных стадиях развития, с разным пролиферативным потенциалом, а также в условиях патологии, что определяет важность экспериментальных исследований на разнообразных модельных клеточных системах для оценки того, насколько данная популяция клеток чувствительна к эффектам продуктов, генерируемых ХП. Обсуждаются варианты распространения эффектов ХП вглубь ткани, если генерируемые ХП короткоживущие частицы действуют на клетки ткани с ее поверхности. Приведены данные о том, что воздействие ХП на ткань может быть осуществлено не только непосредственно разрядом, но и растворами, обработанными ХП (фосфатный буфер, раствор Рингера, питательная среда), состав и рН которых после обработки ХП будут существенно различаться, что определяет новые возможности применения самой ХП и растворов, обработанных ХП, в медицине. Изучение молекулярных механизмов действия ХП на биологические системы включает анализ событий, связанных с генерацией и аккумуляцией активных форм кислорода, нейтральных соединений, сольватированных электронов, идентификацию новых клеточных мишеней их действия, что обеспечит создание эффективных и безопасных протоколов применения ХП в биологии и медицине. Non-thermal plasma (NTP) in the air around the cell layer or biological tissues is considered as a generator of reactive oxygen and nitrogen species, ions, and solvated/aquated electrons. This review covers current understanding on the effects of NTP in living systems, with the focus on the role of free radicals and other NTP-generated particles in the chemical modification of biomacromolecules and regulation of signal transduction. We summarise recent data on the impact of NTP-originated products on intracellular redox balance, mitochondrial biogenesis, cell membranes and organelles. In addition, we discuss the transport of NTP products across the biological membranes. Since the expression of numerous transporter systems differs at various stages of development, distinct cell lines, and in pathological conditions, experiments on NTP effects should be designed in various models for the assessment of cell- and tissue-specific response. Notably, NTP effects are observed throughout the whole tissue even when particles are generated at the surface. Special attention is paid to the NTP-treated solutions (phosphate buffered saline, Ringer's solution, cell culture medium) as their composition and pH can be significantly altered. However, these data also suggest novel opportunities for the application of NTP and NTP-treated solutions in biomedicine. Studies on the mechanisms of NTP action on biological systems should contain analysis of events coupled to generation and accumulation of reactive oxygen and nitrogen species, neutral compounds, solvated electrons, and detection of new cellular targets of their action. This would allow developing of efficient and safe protocols for NTP applications in biology and medicine.
Журнал: Фундаментальная и клиническая медицина
Выпуск журнала: Т. 5, № 4
Номера страниц: 104-116
ISSN журнала: 25000764
Место издания: Кемерово
Издатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации