CAP ígéretes lehetőség a hatékonyabb tumorkezelésre. Azonban annak végső hatása a ráksejtekre igen érdekes. A ráksejtek nagyobb mennyiségű ROS és RNS előállításával rendelkeznek, és bár ez fokozza a proliferatív aktivitásukat, még magasabb szintek az apoptózist okozhatják. A CAP ezután ezt a szintet olyan magasra növeli, amely halálos a ráksejtek számára. Ennek a hatásnak oka a ráksejtek antioxidáns rendszerében bekövetkező változások és a kettős szálú szakadásokban keresendő, de az egészséges sejteknek el kell viselniük ezt az emelést. A tumor sejteknek több aquaporinja is van, ami megkönnyíti a ROS és RNS behatolását a sejtbe. Az ROS és RNS diffúziójának mértékét a membrán lipidszerkezete is befolyásolhatja. A ráksejtek általában alacsonyabb koleszterinszinttel rendelkeznek, ami növeli a sejtek érzékenységét a peroxidációval szemben. A membrán lipidek peroxidációja ezt követően a sejthártya több pórus kialakulásához vezet, hogy az ROS és RNS nagyobb mértékben tudjon diffundálni. Az eljárás alkalmazásának mechanizmusainak összefoglalása azt mutatja, hogy különböző sejtválaszokat indítanak be a CAP alkalmazásával a tumor sejtekben. Ennek a reaktív szerek növekedése az a fő indíték, amely elindítja a daganatsejtek halálát. A konkrét válaszok itt az apoptózis, a növekedés gátlása, a sejtciklus leállítása, a DNS- és mitokondriális károsodás, valamint az immunogén sejthalál. Az aktuális eredmény azonban dózisfüggő.
Keidar és munkatársai egy pilotkísérletet végeztek a CAP alkalmazásának tesztelésére a tumor kezelésében. Kezdetben azt tapasztalták, hogy a bőrmelanoma sejtvonalak leváltak a kultúraedényből a CAP alkalmazása után, és ez a számuk csökkenéséhez vezetett, míg az egészséges sejtvonalak ragaszkodtak. A szerzők tanulmányukban azt mutatták be, hogy a kis daganatok CAP alkalmazása után elpusztultak, és az előrehaladottabb tumorok mérete csökkent az egér alhasi vese tumorainak vizsgálata során. Kaushik és munkatársai bemutatták a ROS hatását a tumor sejtek elhalására a plazma kibocsátás hatásának értékelése során a T98G, A549, HEK293 és MRC5 sejtvonalakon. A szerzők kimutatták, hogy a HEK293 és MRC5 nem rosszindulatú sejtek életképességét minimálisan érintette a plazma kibocsátás, szemben a rák sejtvonalakkal. A plazma kibocsátás által létrehozott ROS és H2O2 megváltoztatta a mitokondriális membrán potenciálját. Ez elindította a belső apoptózis útvonalat, és eredményezte az összes pro-apoptotikus génexpresszió növekedését és az anti- apoptotikus génexpresszió csökkenését. Az ERK1/2/MAPK sejtsignalizációs aktivitásban is változás történt a fehérje szintjén. A létrejövő hatást ROS-elnyelőkkel lehet visszafordítani.
A ráksejtek a metabolikus szinten is különböznek az egészséges sejtektől. Itt a daganatsejtek metabolikus átprogramozása egyszerű szénhidrátokat alakít át makromolekulákba, különösen lipidbe, fehérjékbe és nukleinsav-makromolekulákba. Ez olyan köztes metabolitokat eredményez, amelyeket a tumoros sejtek a növekedéshez és a proliferációhoz használhatnak. Xu és munkatársai tanulmányozta a CAP hatásait a megváltozott daganatsejtek metabolikus aktivitására. KEGG és GC- TOFMS analíziseik rámutattak arra, hogy a leukémia sejtek más alanin, aszparaginsav és glutaminsav metabolizmussal rendelkeznek. A szerzők rögzítették a glutamináz tevékenység csökkenését is a CAP alkalmazása után a ráksejtekben. Ez csökkenti a glutamin átalakítását glutaminsavvá. A glutaminsav hiánya, egyidejűleg a glutamin felhalmozódásával a leukémia sejtekben a proliferáció gátlásához és akár a sejthalálhoz is vezethet.
A sejtvonalakon és állati modelleken végzett tanulmányok ismételten bizonyították a CAP eszközök előnyeit és az anti-tumor aktivitásukat. Egy tanulmány szerint a glioblasztóma sejtvonalak elvesztették életképességüket a plazmával történő kezelés után. Ezen tanulmány azt is kimutatta, hogy a korábban a temozolomid alkiláló szertől rezisztens sejtvonalak érzékennyé váltak rá. Ezenkívül több szerző is beszámolt arról, hogy a CAP expozíció elvesztést okozott az életképességben és indukált apoptózist más típusú agydaganat sejtvonalakban is.
A plazma kibocsátás után indukált apoptózist dokumentáltak a tüdőrák TC-1 sejtvonalakban. Ezt a fibroblaszt vonalakban is rögzítették, de sokkal kisebb mértékben. Az utolsó tanulmány legfontosabb előnye az volt, hogy a plazmaeszközök méretét minimalizálva lehetővé vált a CAP könnyebb alkalmazása mélyebb elváltozásokban és szerkezetekben. Az apoptosis indukcióját itt a 125-440 μm átmérőjű eszközökből származó plazma kibocsátás váltotta ki. A µCAP eszközöket közvetlenül egér agydaganatain és in vitro glioblasztoma sejtvonalakon is használták. Utóbbi esetben a 70 μm-es eszköz által kibocsátott plazma kibocsátás növelte a ROS és RNS szinteket, és ennek eredményeként jelentősen csökkent az U87MG glioblasztóma sejtek életképessége. Legfontosabbként az eszköz képes volt a plazma kibocsátásra egy intrakraniális endoszkópos cső segítségével az egerek agyában, aminek eredményeként a daganat növekedését gátló hatást értek el. A szerzők optimalizálták az eszközparamétereket a leginkább megfelelő agyi és emlődaganatok kezelésére.
Az in vivo plazma hatása már bebizonyosodott állati modellekben, amelyeket a 4T emlősejtvonalak szubkután injektáltak. Ezek a sejtvonalak általános tumoros növekedését 250 μm átmérőjű CAP eszköz plazma kibocsátásának tették ki. Fontos megjegyezni, hogy a 3 perces plazma kezelés során elérték a tumor növekedésének csökkenését, amely hasonló volt a kemoterápiához. Az elemi és anti-apoptotikus génaktivitás arányában is szignifikáns változás történt a molekuláris szinten.
Mashayekh és munkatársai tanulmányozta a CAP in vivo hatását egérmodelleken és az in vitro hatást a melanoma B16/F10 sejtvonalakon. Munkájuk során az állati modelleken tapasztalták a sejtvonalak többségének elvesztett életképességét és az állati modellek tumorának jelentős zsugorodását. A sejtvonal eredményeket a 3 perces CAP kezelés után 48 óra alatt érték el, és az in vivo tumor zsugorodása összehasonlítható volt a kemoterápia által elérttel. Összefoglalva, azon elemzések, amelyek a CAP hatásait vizsgálták a bőrdaganatok kezelésére, az elsők voltak, mert a plazmát legkönnyebben közvetlenül alkalmazzák a bőr szerkezeteire. Például a G361 melanoma sejtek elvesztették az életképességüket és leváltak a felszínről a CAP alkalmazása után. Ezeknek a sejteknek alacsonyabb integrin és FAK kifejeződése volt és megváltozott aktin filament struktúrájuk. Ez az eredmény alátámasztja azt a hipotézist, hogy a plazma által elősegített sejthalál összefüggésben lehet az integrin-ECM kölcsönhatásokkal. Lehetőség nyílt a CAP antiproliferatív hatásának szelektív növelésére is melanoma sejtvonalakon arany-nanorészecskékkel kombinált plazmával, amelyhez az anti-FAK antitestek voltak kötve.
Az MCF-7 emlőrák sejtvonalakon is elvégeztek analíziseket. Az első eredmények azt mutatták, hogy a CAP kezelés után csökkent a sejtek életképessége az apoptózis növekedése miatt. Ninomiya és munkatársai. később kimutatták, hogy a CAP sérülést okozott a rákos emlősejtvonalak 50%-ánál, függetlenül attól, hogy invazív MB-231 vagy nem invazív MCF-7 sejtvonalak voltak. Végül a CAP antiproliferatív hatásait az emberi emlősejtek metasztázisából származó sejtvonalakban is észlelték.
További kutatásokat végeztek a HCT-116, SW480 és LoVo vastagbélrák sejtvonalakon. Ezek a sejtek elvesztették életképességüket a CAP alkalmazás után, és ezt a hatást alacsonyabb sejtmobilitás és magasabb B-katenin foszforiláció kísérte. Ezenkívül, bár a CAP eszközt úgy tekintették, hogy az apoptózist akár 70%-os arányban is elősegíti a B16 és COLO320 vastagbél sejtvonalakban, nem volt hatása a makrofág sejtvonalak kontrollokra. Ishaq és munkatársai azt is kimutatták, hogy a CAP kezelés növelte az apoptózist a különböző vastagbél sejtvonalakban a Nox2-AKT1 útvonal aktiválásán keresztül. A szerzők azt is kimutatták, hogy bár a HT29 sejtvonalak túlnyomórészt ellenállnak a ROS közvetítette rákhalálnak, ezt az ellenállást csökkenteni lehet a Nrf2/Srx jelátvitel gátlásával. Végül a CAP expozíció antiproliferatív hatással bír többsejtes tumor spheroidokra, amelyek a tumorkörnyezetet utánozzák, és dózisfüggő módon. A CAP expozíciót követően megfigyelték a spheroid Ki67 vesztését és a felhalmozódott DNS-károsodást.
Az in vitro kísérleti eredmények azt is sugallják, hogy a CAP alkalmazás előnyös lehet nyak- és fejrákok esetében. Habár ezek a területeken lévő daganatok viszonylag könnyen eltávolíthatók, ez a beavatkozás gyakran invazív, és a CAP ezt a hatást csökkentheti. Guerrero-Preston és munkatársai azt találták, hogy a CAP szintén antiproliferatív módon hatott ezekre a sejtekre. Bár ezek a szerzők úgy gondolták, hogy ez nem-apoptotikus folyamatok eredménye, ellentmondó tanulmányok arra utaltak, hogy az antiproliferatív hatás az apoptotikus kaskád aktiválásából származik.
Több tanulmány is vizsgálta a CAP alkalmazását a méhnyakrákok esetében, főleg a HeLa sejteken. Ezekben a sejtekben apoptotikus folyamatokat észleltek a CAP kezelést követően növekedett ROS és a JNK és p38 utakban bekövetkező változások miatt . Ennek az hatásnak egy másik megfigyelt mechanizmusa az volt, hogy a membrán lipidek oxidációja a sejtösszeomlást okozta. Ezenkívül, Tan és munkatársai egy mikroeszközt használtak, mintegy 1 μm átmérőjű elektródával, és ez szelektív apoptózist váltott ki különböző HeLa sejtekben, anélkül, hogy a szomszédos sejteket érintette volna.
Az eszköz alkalmazásának lehetőségeit vizsgálták a leukémia sejtvonalakon is. Azonban a CAP klinikai körülmények között történő hipotetikus alkalmazása továbbra is tisztázatlan, és annak legjobb módszerének meghatározása további vizsgálatot igényel. Itt a CAP-aktivált folyadékok használata is szóba jöhet. Azonban a CAP alkalmazás in vitro sejthalált idézett elő a THP-1 leukémia sejtvonalakban dózisfüggő módon. A CAP alkalmazás azonban irányíthatatlan nekrózist okozott. A szerzők aztán azt mutatták ki, hogy a CAP expozíció után 45 másodperccel indukálódott a sejtes apoptózis, és a kezelés után több mint 50 másodpercig nekrózis figyelhető meg. Végül két független tanulmány is kimutatta az antiproliferatív hatásokat a hasnyálmirigysejteken.
A CAP kezelést közvetlenül alkalmazták emberi daganatokon is klinikai beállításokban. Ebben a tanulmányban hat haladó nyak- és fejrákos páciens vett részt. Közülük két páciensnek csökkent a daganatmérete a CAP alkalmazását követően. Habár az egyik páciens legalább részleges remissziót és javulást ért el, a másik visszaesett és meghalt. Két páciens nem jelentett mellékhatást a CAP kezelés során, de a megmaradt négy száraz szájat tapasztalt. Legfontosabb, hogy négy páciens jelentős fájdalomcsillapítást tapasztalt. Ezek a páciensek azonban terminális stádiumban voltak, és az adatok értékelése végén öten elhunytak. Habár a hideg plasma alkalmazása nem fordította meg a betegség lefolyását, összességében pozitív hatással volt anélkül, hogy jelentős kárt vagy mellékhatást okozott volna.
A plazma kisütése közvetlenül és közvetve is befolyásolja a sejttenyészet közegét, és ez ösztönzi a CAP-aktivált plazma vagy más folyadék alkalmazásának megfontolását a daganatsejtek életképességének csökkentése érdekében. A plazma-aktivált közeg (PAM), a plazma-aktivált Ringer- laktát oldat (PAL) és más plazma-aktivált oldatok legnagyobb előnye az, hogy viszonylag hosszú ideig tárolhatók. Hipotetikusan azt is el lehet képzelni, hogy az aktivált folyadékokat viszonylag könnyen lehet alkalmazni belső szerkezetekre. A CAP-aktivált médiumok általában az ROS, RNS és H2O2 tartalmuk miatt indukálnak apoptózist. Az eredmény azonban sejtspecifikus lehet, és attól függhet, hogy az adott sejtvonalban mennyi vízszállító található.
Az apoptotikus morfológiai változások különösen észlelhetők voltak glioblasztóma sejtvonalakban a CAP által kiváltott média alkalmazását követően. Emelkedett effektor kaspáz 3/7 aktivitást és csökkent AKT kináz expressziót is megfigyeltek molekuláris szinten. Hasonló eredményeket kaptak gyomorrák sejtvonalak esetében is, amikor PAM hatott rájuk. Ezek a sejtek apoptózissal kapcsolatos morfológiai változásokat kezdtek mutatni. A kaspáz 3/7 aktivitása nőtt, és az érintett csoportban az annexin V pozitív sejtek aránya két óra PAM expozíció után szignifikánsan magasabb volt, mint a kontroll csoportban. Az eksperimentális csoportban magasabb ROS szint is volt, de ezt ROS gyűjtőkkel lehetett megszüntetni. Ezenkívül azok a sejtek, amelyeket 1 × 104 számú sejtet tartalmazó jólbeültetéses lemezen ültettek be, ellenállást mutattak a PAM-mal szemben, de ez az ellenállás több mint két percig tartó expozíció után alábbhagyott. Ezen ellenálló sejtekben magasabb volt a CD44 variáns 9 kifejeződése. Ez a variáns fontos szerepet játszik a redukált glutation szintézisében, amely nélkülözhetetlen a szabad gyökök semlegesítéséhez és a megfelelő válaszokhoz a stresszjelekre.
Az ovariumrák sejtvonalak életképessége, amelyek ellenálltak a paclitaxel és ciszplatinnek, majdnem 30%-kal csökkent CAP kezelés után. A szerzők elemzést is végeztek a CAP hatásairól egér xenograftokon. Számos kemorezisztens sejtvonalat kezdetben egerekbe oltottak be szérummentes közegbe és matrigelbe, majd 200 µL plazma-aktivált közeg és kezeletlen kontroll RPMI-1640 közeg lett beoltva. Sejtvonalaktól függően a daganatok 66%-kal és 52%-kal csökkentek 29 napon belül az első CAP injekciót követően a kontroll szintekhez képest. Ezenkívül a PAM alkalmazása növelte az ROS szinteket négyféle hasnyálmirigydaganat sejtvonal esetében is. Ez a sejtek apoptózisához vezetett, amit ROS gyűjtőkkel lehetett visszafordítani. A tanulmány a PAM hatékonyságát is vizsgálta egér xenograftokon, és jelentős daganat tömegcsökkenést figyeltek meg 28 napon belül. Emellett a szerzők, Nakamura és munkatársai azt találták, hogy in vivo PAM közeg expozíció egy másik egér xenograft modell esetében gátolta az ES2 ráksejtek peritoneális terjedését.
A PAM mellett a PAL is alkalmazható daganatellenes kezelésre. A PAL az in vitro körülmények között indukálja az apoptózist hasnyálmirigy sejtvonalakban a ROS szint növelésével és a sejtheadás csökkentésével. A PAL-nak daganatellenes hatása is volt az in vivo egér xenograft modellekben található hasi csomópontokra. Emellett a PAL alkalmazása erős antiproliferatív hatást gyakorolt az A549 tüdőrák sejtvonalakra is. Ebben a munkában a CAP alkalmazása mitokondriális diszfunkcióval járt, amely a NF-κB-Bcl2 molekuláris útvonal lefelé történő szabályozásával volt összefüggésben. A szerzők úgy gondolták, hogy a PAL végső antiproliferatív hatása a daganatsejtvonalakon erősebb lesz, mint a PAM-é. Azonban ez a megfontolás vitára ad okot és további elemzést igényel. Függetlenül ettől az eredménytől a PAL legnagyobb előnye, hogy valószínűleg könnyebb alkalmazni jövőbeli klinikai vizsgálatok során, mivel jelenleg tenyésztett közeg nem használható orvosi kezelésre. Habár ez megfelelő alternatívát kínál a jelenlegi módszerekhez képest, további tanulmányozást igényel. Végül, a PAM hatásairól szóló elemzéseket is folytatni kell a daganatsejtek esetében, annak ellenére, hogy lehetséges komplikációk merülhetnek fel alkalmazásával a klinikai vizsgálatok során. Ezek az elemzések további jelenségeket és elveket fedhetnek fel, amelyek előnyösek lehetnek a klinikai eljárások szempontjából.
A plazma alkalmazásának egyik legfejlettebb módja a daganatimmunterápia alkalmazása. Ez lehetséges, mert a rák kezdetét és lefolyását jelentősen befolyásolhatja az emberi immunrendszer. Az immunrendszer szabályozó képessége különösen képes felülkerekedni a ráksejtek képességén az immunválaszok elnyomására. Ezek a szabályozások magukba foglalják különböző citokinok, sejtalapú terápiák és immunellenőrzési gátlók használatát is. Továbbá, néhány sugár- és kemoterápiás eljárás immunogén sejthalált (ICD) vált ki. A sugár- vagy kemoterápiával károsodott vagy megváltozott sejtek "károsodás-asszociált molekuláris minta jelek" (DMP) kibocsátását eredményezik. A DMP molekulák vezetik az immunrendszert ezeknek a sejteknek a megsemmisítésére. Ami még fontosabb, néhány tanulmány azt sugallja, hogy a CAP is kiválthatja az ICD-t, és ez a következő makrofágstimulációhoz vezet.
Miller és munkatársai és Almeida részletezte a plazma használatának elveit és lehetőségeit az immunterápiában. Különösen Lin és mtsai. munkájában bemutatták, hogy a CAP az in vitro A549 tüdőrák és sugárzással szemben ellenálló nasopharyngealis karcinóma sejtvonalakban kiválthatja az ICD-t. Ebben az esetben az extracelluláris ATP kibocsátást az ICD makrofág stimuláció követte. Emellett a CAP növelte az extracelluláris ROS szinteket, ami a calreticulin termelés növekedéséhez vezetett. A CAP-alapú immunterápia ígéretes lehetőség a glioblasztóma multiforme kezelésére is. Ez egy nagyon agresszív ráktípus, amelyben az immunrendszer lefelé szabályozódik. Végül Cheng és munkatársai kiemelték a következőket:
A hideg plazmának jelentős potenciálja van a modern klinikai gyakorlatban való széles körű alkalmazásra. Az eddig elvégzett elemzések arra utalnak, hogy a hideg plazma alkalmazása előnyös volt számos orvosi területen, anélkül, hogy jelentős negatív hatást gyakorolt volna az egészséges sejtekre. Azonban a hideg plazma alkalmazása potenciálisan káros elemeket hozhat létre, és ezért szakértői irányítás mellett és megfelelő adagolással kell alkalmazni. Ezenkívül a hideg plazma alkalmazását nem csak a felszíni struktúrákra szabad korlátozni, mert a technológiai fejlesztések valószínűleg lehetővé teszik egyre kisebb eszközök kifejlesztését, amelyek alkalmasak a plazma kisütés alkalmazására belső struktúrákban.
Ezek a hideg plazma eljárások valószínűleg előnyösek lesznek azon belső szövetek kezelésében is, amellett, hogy a daganatkezelés területén is alkalmazhatók. Azonban a hideg plazma hatásairól szóló jelenlegi elemzések továbbra is csak sejtvonalakra és állatkísérletekre összpontosítanak. Bár ezek a kísérletek hozzáférhetőbbek és könnyebben kivitelezhetők, az emberi betegekben a hideg plazma hatásainak szélesebb körű vizsgálata fontos és előnyös lehet a rákkutatásban és a regeneratív medicina tanulmányokban. A hideg plazma rutin klinikai gyakorlatba való bevezetésének potenciálisan jelentős költségeket és költségeket csökkentő hatása lehet ezekre a kezelésekre. Legfontosabb, hogy a hideg plazma kezelési rendszere kevésbé invazív és stresszmentesebb lesz a páciensek számára.