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大气压常温等离子体(Atmospheric Pressure Room Temperature Plasma Jets,APRTP-Js),不仅具有成本低、操作灵活和含有丰富的化学活性粒子等诸多的优点,而且等离子体温度约300 K,接近室温,使其适合应用于热敏感仪器或生物材料如内窥镜,细胞和活组织。除此之外,由于等离子体可以在开放的空间中产生,从而打破了被处理的物体受空间大小的限制,因此,大气压常温等离子体射流在生物医学中有着十分广泛的应用前景。微等离子体虽然被限制在一个尺度为毫米量级的有限空间范围内,但是它仍然具有一些常规等离子体的特性,如可以释放许多不同的化学活性粒子,主要是活性氧(ROS)和活性氮(RNS)。由于微等离子体能够在大气压下工作,其温度接近室温,使被处理的生物材料避免了热和电场造成的损伤。此外,微等离子体定位精度高,可以精准的对单个细胞进行操作。癌症和神经系统疾病的治疗已成为目前医学研究的重点。癌症的病死率仅次于心血管疾病,是造成人类死亡的第二大疾病。目前治疗癌症常规的方法有放疗、化疗和手术疗法,这些方法都有明显的副作用。而神经系统疾病也已经对人们的生活质量造成了很大的威胁。目前为止,虽然可以通过移植治疗、基因治疗和药物治疗等方法在一定程度上治疗神经系统疾病,但这些方法都存在一些不足。因此,探究治疗癌症和神经系统疾病的新方法已经成为研究的热点。本研究针对癌症治疗和神经系统疾病治疗,探讨微等离子体对单个癌细胞凋亡的有效诱导和对神经干细胞分化调控。同时,本研究在等离子体与神经干细胞之间的作用机理方面也进行了一定的研究。主要研究内容和主要结果如下:(1)研究了单细胞水平的微等离子体处理与HepG2细胞凋亡的关系:通过减小微电极尖端直径至1-2μm,以实现在单细胞水平精准地处理细胞。研究结果表明,单细胞水平的微等离子体可以诱导HepG2细胞凋亡,但对正常的肝细胞L-02的损伤较小,这一结果对微等离子体的临床应用提供了依据。(2)研究了ROS和RNS与微等离子体诱导HepG2细胞凋亡的关系:用光谱仪分析微等离子体中的化学活性粒子发现,微等离子体中的化学活性粒子主要是活性氧和活性氮;分别用没有被石蜡包被的微电极(产生微等离子体,有活性氧和活性氮的产生)和被石蜡包被的微电极(不产生微等离子体,无活性氧和活性氮的产生)随机处理4个HepG2细胞,发现没有被石蜡包被的微电极处理的HepG2细胞发生了凋亡,这一结果说明微等离子体诱导单细胞水平的HepG2细胞凋亡与其产生的化学活性粒子有关。(3)实现了等离子体对小鼠C17.2-NSCs神经干细胞分化的有效调控:优化了大气压常温等离子体的放电参数,并用MTT法确定了等离子体对小鼠C17.2-NSCs无细胞毒作用的能量密度;通过调节等离子体处理时间30 s,45 s和60 s,调控小鼠C17.2-NSCs的分化,结果表明,等离子体处理60 s,可明显促进小鼠C17.2-NSCs向神经元的分化。(4)研究了NO与等离子体促进小鼠C17.2-NSCs分化的关系:用光谱仪分析了等离子体在275-290 nm波长的发射光谱,发现本研究放电产生的等离子体主要活性成分为NO;进一步研究NO与等离子体促进小鼠C17.2-NSCs分化的关系发现,等离子体处理可以导致小鼠C17.2-NSCs细胞外培养基中NO浓度的升高并诱导细胞内iNOS表达。以上研究结果表明,NO参与了等离子体促进小鼠C17.2-NSCs的分化。(5)研究了等离子体与神经干细胞分化相关的神经营养因子之间的关系:Western Blot和ELISA结果均显示,等离子体处理组中NGF、BDNF和GDNF的表达较未处理组呈上调趋势,表明等离子体通过上调NGF、BDNF和GDNF的表达促进了C17.2-NSCs细胞向神经元方向的分化。