氦氩冷等离子体：乳腺癌治疗新希望 ——4T1 癌细胞及三阴小鼠模型研究

《Scientific Reports》：Helium and argon cold plasma effects on the 4T1 cancer cells and a triple negative mouse model of breast cancer

为解决乳腺癌现有治疗手段的局限性问题，研究人员开展了氦和氩冷大气等离子体（CAP）对 4T1 癌细胞及三阴小鼠乳腺癌模型影响的研究。结果表明 CAP 能诱导癌细胞凋亡、减小肿瘤大小等。这为乳腺癌治疗提供了新方向。

　　乳腺癌是全球女性中最常见的癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。2020 年，全球有 230 万女性被诊断出患有乳腺癌，68.5 万人因此失去生命。目前，乳腺癌的治疗手段主要包括手术、放疗、化疗、免疫治疗和激素治疗等。手术虽然副作用和并发症较少，但难以完全清除癌细胞，残留的癌细胞可能导致局部复发。而化疗和放疗由于缺乏选择性，在杀死癌细胞的同时，也会对正常细胞造成损害，引发诸多副作用，如器官损伤、生活质量下降等。此外，肿瘤细胞对这些治疗方法还可能产生固有或获得性耐药性，尤其是在侵袭性较强的三阴性乳腺癌分子亚型中，治疗效果往往不佳。因此，寻找更有效、副作用更小的治疗策略迫在眉睫。

在此背景下，伊朗核科学与技术研究院等离子体物理与核聚变研究学院等机构的研究人员开展了一项关于氦和氩冷大气等离子体（Cold Atmospheric Plasma，CAP）对 4T1 癌细胞及三阴性小鼠乳腺癌模型影响的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为乳腺癌的治疗带来了新的希望。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验装置方面，使用了伊朗等离子体技术开发公司生产的氦和氩等离子体射流装置，该装置由手持部件、电源和气体气瓶组成，通过精确控制各种参数来产生稳定的等离子体。在测量分析技术上，运用光学发射光谱（Optical Emission Spectroscopy，OES）测量等离子体射流的光谱，以此确定等离子体中产生的物质；采用 MTT 法评估细胞活力，计算半数抑制浓度（IC₅₀）来确定最佳暴露时间；利用流式细胞术分析细胞凋亡和细胞周期；通过铁离子还原抗氧化能力（Ferric Ion Reducing Antioxidant Power，FRAP）测定总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，TAC），并使用荧光分光光度计评估活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）水平。在动物实验中，构建了 4T1 小鼠乳腺癌模型，对实验动物进行分组处理后，进行等离子体治疗，并对肿瘤大小、小鼠体重进行监测，对肿瘤组织进行组织学评估。

研究结果如下：

1. OES 评估 CAP 射流：通过 OES 分析发现，氦和氩等离子体射流中存在多种活性物质，如对应氦原子、氩原子激发的发射线，还有羟基（OH）化合物、氮分子、原子氧、氮氧化物（NO）等相关峰，这表明等离子体环境中产生了多种活性物质，为后续的细胞作用机制研究提供了基础。
2. 氦和氩等离子体对 4T1 肿瘤细胞活力的影响：MTT 实验结果显示，细胞死亡率受等离子体暴露时间和培养时间的影响。根据计算得到的 IC₅₀值，确定了不同处理方式下的最佳暴露时间，如直接氦等离子体在处理 24 小时后的最佳暴露时间为 66.52 秒。直接氦等离子体作用起效更快，能在更短的暴露时间内诱导细胞死亡。
3. 评估 4T1 细胞暴露于各种 CAP 后的早期、晚期凋亡和坏死情况：通过流式细胞术检测发现，所有 CAP 处理组的 4T1 细胞凋亡率均显著高于对照组。其中，直接氦和直接氩 CAP 诱导的总凋亡率更高，分别为（54.96±2.55）和（43.73±3.89），而等离子体对坏死细胞死亡率无显著影响。同时，研究还发现细胞凋亡增加与亚 G1 期细胞百分比上升相关，且 CAP 治疗显著降低了 G1 期的 DNA 含量，表明其能阻止细胞进入细胞周期和分裂。
4. 不同 CAP 组中总抗氧化能力和活性氧水平评估：研究表明，等离子体治疗显著增加了细胞内 ROS 的浓度，同时使 TAC 水平显著下降。直接氦 CAP 和直接氩 CAP 组中 ROS 增加最多，TAC 下降最大，这与它们较高的细胞毒性和凋亡率相关。
5. 等离子体治疗对不同组肿瘤大小的影响：在体内实验中，对照组肿瘤在第 7 天显著增大，而单次 CAP 治疗能有效抑制所有治疗组的乳腺肿瘤生长，尤其是直接氦和直接氩 CAP 组，肿瘤大小分别为（687.25±118.88）和（505.5±18.07）。
6. 等离子体射流对动物体重的影响：实验数据显示，对照组动物在第 7 天体重显著下降，而等离子体治疗能防止所有研究组的体重减轻，表明该治疗方法对动物体重有积极影响。
7. 等离子体射流对动物生存能力的影响：Kaplan-Meier 分析表明，等离子体治疗显著提高了动物的中位生存期。直接氦和直接氩 CAP 组的生存率最高，分别为（56±0）和（50.33±5.67），相比之下，对照组仅为（30.17±5.90）。
8. H&E 染色的肿瘤组织：H&E 染色结果显示，对照组肿瘤细胞增殖活跃，而 CAP 治疗组细胞增殖率下降。等离子体治疗使 Nottingham 组织学评分显著降低，其中直接氦和直接氩组降低最为明显，同时治疗组的血管生成和血液供应也减少。

综合研究结果和讨论部分，该研究首次评估并比较了氦和氩等离子体对 4T1 癌细胞和三阴性小鼠乳腺癌模型的最佳暴露时间及方向依赖性细胞效应。研究发现直接氦等离子体治疗能在较短时间内显著增强 4T1 癌细胞的凋亡，使更多细胞停滞在亚 G1 期。同时，在动物实验中，等离子体治疗不仅减小了肿瘤大小，还延长了动物的生存期。这一研究结果为冷大气等离子体在乳腺癌临床治疗中的应用提供了理论依据和实践支持，有望成为一种新的乳腺癌治疗方法，单独或与现有治疗方案联合使用，为乳腺癌患者带来新的希望。然而，目前冷大气等离子体医学在临床应用中仍面临一些挑战，如安全性验证和大规模临床试验等，需要进一步的研究来推动其临床应用。