PLoS ONE: Single-celle-Precision Microplasma-induceret kræft Cell Apoptose

Abstrakt

Spørgsmålet om enkelt-celle kontrol har for nylig tiltrukket enorm interesse. Men på trods af den for tiden opnåelige intracellulære niveau fysiologiske sondering gennem bio-fotonik, nano-probe-baseret, og nogle andre teknikker, vil problemet med at inducere selektiv, encellede præcision apoptose, uden at påvirke naboceller forbliver i det væsentlige åben. Her løser vi dette problem og rapportere om den effektive encellede præcision kræftcelle behandling ved hjælp af den reaktive kemi lokaliserede corona-typen plasma udledning omkring en nål-lignende elektrode med spot størrelse ~ 1 um. Når elektroden er placeret med mikrometer præcision mod en markeret celle, en fokuseret og højt lokaliserede mikro-plasma udledning inducerer apoptose i de udvalgte individuelle HepG2 og HeLa kræft kun celler, uden at det påvirker nogen omkringliggende celler, selv i små celleklynger. Dette bekræftes af den real-time overvågning af de morfologiske og strukturelle ændringer på det cellulære og cellekerne niveauer efter plasmaeksponeringen

Henvisning:. Tan X, Zhao S, Lei Q, Lu X, han G, Ostrikov K (2014) Single-celle-Precision Microplasma-induceret Cancer Cell Apoptose. PLoS ONE 9 (6): e101299. doi: 10,1371 /journal.pone.0101299

Redaktør: Mohammed Yousfi, University Paul Sabatier, Frankrig

Modtaget: December 10, 2013; Accepteret: 5 juni 2014; Udgivet: 27 juni 2014

Copyright: © 2014 Tan et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. XL anerkender støtte fra National Science Foundation of China (Grant nr 51.077.063, 51.277.087). KO anerkender støtte fra ARC og CSIRO OCE Science Leadership Scheme. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

evnen til at isolere, manipulere, begrænse, udspørge og kontrol levende celler med enkelt-celle præcision som hurtigt bliver et spørgsmål af afgørende betydning på grund af den nyligt opdagede generiske fænomenet celle-til-celle variation i deres reaktioner på eksterne stimuli [1] – [3]. Apoptose er en af ​​de vigtigste og mest almindeligt studerede cellulære reaktioner på grund af dets relevans for oprettelse og drift af væv og organismer i alle faser af livet, oprindelse og udvikling af sygdomme, samt svarene fra celler til kemiske behandlinger [4].

Givet et meget stort antal fysiologiske, biokemiske, elektrokemiske og andre faktorer, som påvirker cellulære responser, et stort antal fremgangsmåder udøves [5] – [12]. Disse encellede niveau tilgange omfatter microelectrochemistry [5], endoskopi og forhør baseret på endimensionale nanostrukturer [6], [10], aktiv og adresserbare mikrobrønd /mikroelektrode arrays [7], [9], celle manipulation, mønsterdannende, agitation, og stimulering for tilpassede, høj præcision tissue engineering [8], [11], [12], og flere andre. Trods den for tiden opnåelige intracellulære niveau fysiologisk sondering gennem bio-fotonik og nano-probe-baserede teknikker, spørgsmålet om inducere selektiv, encellede præcision apoptose, uden at påvirke naboceller forbliver i det væsentlige åben.

for nylig har atmosfærisk tryk gas plasmaer opstået som effektive værktøjer til at fremkalde forskellige fysiologiske reaktioner i levende celler og væv, herunder høj apoptotisk selektivitet mellem ondartet kræft og normale væv celler [13] – [15]. Reduktion af plasma behandling spot størrelser til mikrometer dimensioner har for nylig gjort det muligt anvendelser af plasma jet og corona-typen udladning-induceret reaktiv kemi i single-celle-niveau behandling og højt lokaliserede nanopartikel syntese [16] – [20].

selvom stedet størrelser af plasma jetfly kan være så lille som 15 pm [17], som er sammenlignelig eller endnu mindre end typiske cellestørrelser, selektiv kontrol med encellede præcision er ikke påvist. Nyere fremskridt inden for enkelt-celle-niveau behandling gjorde det muligt samtidigt at blotlægge en ganske stort antal isolerede enkeltceller til plasmaet jet opretholdt i en helium strømning gennem en tynd optisk fiber [16], [17]. Denne eksponering producerer en cocktail af relativt lang-levende kemisk aktive (f.eks reaktive oxygen /nitrogen-arter, ROS /RNS) arter, der interagerer med celler [13].

Men i mangel af præcise mikromanipulering og positionering af plasmaet jet stedet, plasma-genererede elektroner og ROS /RNS arter er fordelt tilfældigt i mængden af ​​celledyrkningsmediet og påvirke mindst flere celler, der kommer i kontakt med plasma-genererede arter. Denne konklusion er i overensstemmelse med resultaterne af statistisk analyse af celleresponser der tyder på, at et stort antal celler (en betydelig del af et typisk antal -3 × 10

4 celler brønd /) kan blive påvirket, selv efter en kort ( fx ca. 10 s) plasma eksponering og udvikle apoptotiske respons inden for 24 timer efter behandlingen [16], [17]. Endvidere kan den styrede Han gasstrøm og hurtige formerings- plasma kugler i plasmaet jet forstyrre dyrkningsmediet, flytte cellerne eller endda forårsage deres dehydrering. Det er derfor, at spørgsmålet om plasma-aktiverede celle kontrol med enkelt-celle præcision forbliver væsentlige åben.

Her er vi løse dette problem og rapportere om den effektive encellede præcision kræftcelle behandling ved hjælp af den lokaliserede corona -type plasmaudladning omkring en nålelignende elektrode med pletstørrelsen ~ 1 um. Når elektroden er placeret i en vis afstand over for et udvalgt celle, en fokuseret og højt lokaliseret plasma udledning inducerer apoptose i de udvalgte individuelle HepG2 og HeLa kræft kun celler, uden at det påvirker nogen omkringliggende celler, herunder små klynger af celler. Dette bekræftes af den real-time overvågning af de morfologiske og strukturelle ændringer på de cellulære og cellekerne niveauer efter plasma eksponering. Desuden er plasma udledning drives af et batteri 12 V og er genereret uden ekstern gasstrømmen eller strømforsyningen.

Materialer og metoder

Micro-plasma behandling

En elektrofysiologisk mikro- manipulator (CFT-8000D, Jiangsu, Ruiqi Co., Ltd.) anvendes til at styre elektrodespidsen stilling med den nøjagtighed af nogle få dusin nanometer (som vist i figur 1), som gør det muligt for potentielt agitere valgt områder (f.eks specifikke receptorer eller organeller) på celleoverfladen. Udgangssignalet fra strømforsyningen er forbundet til elektroden via en ballastmodstand R fra 10 MOhm anvendes til at begrænse afladningsstrøm. Denne microplasma drives af en skræddersyet AC strømforsyning drevet af 12 volt batteri i stedet en ekstern generator eller væg magt. Hele vægten af ​​microplasma enhed, inklusive strømforsyning, er mindre end 200 g. Udgangen af ​​AC booster kan nå 5 kV med en frekvens på 25 kHz. Micro-manipuleres wolfram anvendes som en elektrode. Spidsen radius af wolfram elektrode er mindre end 0,5 um med en tilspidsning på 13 ° konusvinkel. Diameteren af ​​wolfram probespidsen er mindre end konventionelle celler (ti mikrometer). Gastemperaturen af ​​microplasma er tæt på stuetemperatur, hvilket tyder på, at den cellulære respons skyldes ikke den termiske chok. En enkelt adhærerende celle blev udvalgt og behandlet af microplasma. Eksponeringen plasma varede kun ~10-15 s og virkningerne af behandlingen blev undersøgt med det samme eller efter flere timer bagefter.

Cell kultur

Menneskelig hepatoma cancer cellelinje (HepG2) , human livmoderhalskræft cellelinie (HeLa) og normal lever cellelinie (L-02) blev indkøbt fra Kina center for Type Culture Collection (CCTCC, Wuhan, Kina). Cellerne blev dyrket i høj-glucose Dulbeccos modificerede Eagles medium (DMEM, Hyclone, Logan, UT) suppleret med 10% (vol /vol) varmeinaktiveret kalvefosterserum (FBS, Hyclone) i en inkubator indeholdende en fugtig atmosfære af 5 % CO

2 ved 37 ° C. Efter opnåelse konfluens blev cellerne løsrevet med 0,25% trypsin (Hyclone), podet på 35 mm cellekultur skålen (Corning, New York, USA) med en densitet på 2 x 10

4-celler og inkuberet natten over for at tillade cellevedhæftning .

real-time overvågning af morfologiske ændringer

for at vurdere apoptotiske effekt af microplasma eksponering på det behandlede enkelt celle, realtid morfologiske observationer blev udført med et omvendt fasekontrast lysmikroskop ( XD-202, Nanjing Jiangnan Novel Optics Co., Ltd). Real-time observationer af cellemorfologi ændringer blev udført og fotograferet. De omgivende celler blev anvendt som kontroller.

Real-time fluorescens billeddannelse af cellemembranen ændrer

microplasma-behandlede celler blev farvet med Annexin V-FITC efter fabrikantens instruktioner (Beyotime, Jiangsu, Kina). Kort fortalt blev dyrkningsmediet fjernet og vasket en gang med PBS. Derefter 500 pi bindingsbuffer med 5 pi Annexin V-FITC sættes til celler, og dyrket ved stuetemperatur i 10 minutter i mørke. Uden at være vasket med enhver væske efter reaktion med fluorochrom, blev en enkelt celle udvalgt og behandlet med microplasma (15 s). En tilstrækkelig mængde Annexin V-FITC blev efterladt i mediet for at tillade binding med den omplantes PS under den igangværende apoptose proces og real-time imaging udført under mørke forhold på en fluorescens mikroskop (Olympus TH4-200, Olympus Optical Co Ltd, Tokyo, Japan) umiddelbart efter microplasma behandling. I vores undersøgelse, var hvide og fluorescens billeder taget umiddelbart efter Annexin V-FITC mærkningsprocedure at registrere de oprindelige betingelser og cellen lokationer. Den apoptose debut kunne overvåges når fluorescensintensiteten oversteg detektionsgrænsen.

Real-time fluorescens billeddannelse af nucleus ændrer

For at analysere de morfologiske tegn på apoptotiske kerner, Hoechst 33342 farvning blev udført. Kort fortalt blev levende HepG2 og HeLa-celler inkuberet med Hoechst 33342 (Beyotime, Jiangsu, Kina) ved stuetemperatur i 30 min. Efter at være blevet vasket 3 gange med dyrkningsmedium blev et enkelt Hoechst 33342-farvet celle vælges og behandles direkte med microplasma. Real-time overvågning af nucleus ændringer blev udført ved hjælp af et Nikon fluorescensmikroskop.

Resultater og Diskussion

Single-celle-præcision plasma behandling

Figur 2 viser den encellede -precision microplasma behandling af en HepG2 celle. Som det ses i figur 2 (a), plasma røgfane genereres omkring den motordrevne mikroelektrode med spidsen diameter ~ 1 um er meget lille (ca. 2 um) og er således egnede til den præcise behandling af enkeltceller med sammenlignelige eller større størrelser. Når elektrodespidsen nærmer cellen, cellemembranen tjener som et flydende modelektrode mens plasmaet bringes i direkte kontakt med dens overflade, som det ses i figur 2 (b).

Udledningen spænding og strøm blev målt ved en P6015 Tektronix HV sonde og en TCP202 Tektronix strømprobe hhv. De registreres af en Tektronix DPO7104 wideband digital oscilloskop og vist i figur 3. Fra figur 3 kan man tydeligt se, at udledningen faktisk forekommer jævnligt med en puls gentagelse på ca. 25 kHz. Udledningen strømbølgeform viser, at udledningen sker kun én gang i én spænding periode spændingen stige fase. Afladestrømmen har en fuld bredde ved halv maksimum på ca. 270 ns og en spidsværdi på ca. 1 mA. Den gennemsnitlige effekt, der leveres til plasmaet er omkring 4 mW. Gassen Temperaturen i microplasma er tæt på stuetemperatur, og plasma kan anvendes direkte til human hud eller endda indre organ behandlinger, uden uønskede termiske eller elektrisk stød virkninger.

Cell-niveau morfologiske ændringer

for at undersøge effekten af ​​microplasmas på den behandlede enkelt HepG2 celle, har morfologiske ændringer undersøgt. Disse ændringer omfatter celle sammentrækning, membranblæredannelse, chromatinkondensering, DNA-fragmentering, etc. og er tegn på apoptose [21]. Som det ses i figur 4, før microplasma eksponering, alle cellerne var sunde og spindel-formet med klare konturer. Umiddelbart efter kontakt med microplasma, den påvirkede enkelt celle begyndte krympning og gradvist ændret deres normale form til en mere kollapsede rund form, som er ganske almindeligt at apoptotiske legemer.

En enkelt adhærerende HepG2 celle blev udvalgt og behandlet ved den microplasma i 15 (øverste venstre hjørne). De celler mærket af den blå fuld linje er ubehandlede kontrol celler (nederste højre hjørne).

Man kan se, at bleb’er vises efter 20 min efter de 15 s af plasma behandling. En celle membran deformation også tydeligt ses. På den anden side, den ikke-behandlede kontrolceller var upåvirket og sundt under hele inkubationsperioden. Disse markante morfologiske ændringer er de enkleste indikatorer for celledød progression, men er ikke tilstrækkeligt til at definere den apoptotiske karakter af responset. Dette er grunden til celle membran-og nucleus-specifik fluorescensfarvning blev udført.

skifter Membran-niveau

For at validere virkningen af ​​microplasma, real-time imaging bruge grøn fluorescerende mærke Annexin V-FITC blev udført for at visualisere HepG2 cellemembran ændringer (figur 5). Annexin-V har en stærk affinitet for phosphatidylserin (PS), som er en membran phospholipid, der normalt kun udtrykkes på den indre overflade af cellemembranen. Som apoptose reaktion skrider frem, er PS hurtigt translokeres til den ydre membranoverflade, hvor det er tilgængeligt for Annexin-V-binding. PS translokation i membranen forud enhver ændring i kernen og betragtes som en af ​​de tidligste kendetegnende for cellulær apoptose [22], [23]. Således ved binding til Annexin V, apoptotiske og ikke-apoptotiske celler kan let skelnes visuelt fra fluorescensen.

Mærkningen celle er den samme som i figur 4.

kontrolprøverne, vi kunne ikke observere nogen binding af Annexin V-FITC i HepG2 celler før microplasma behandling. Binding af Annexin V-FITC til plasmaet-behandlede celle blev påviselig 5 min efter behandlingen og gradvist øges derefter. For de ikke-behandlede celler, blev der ikke fluorescens detekteret endog seks timer senere. Det er bemærkelsesværdigt, at membranblæredannelse blev observeret 10 min efter slutningen af ​​plasma eksponering. Cellen blev lysere og større med en klart fluorescerende grænse efter yderligere inkubering. Membranblæredannelse er et andet morfologisk ændring typisk for apoptose, således denne iagttagelse bekræfter forekomsten af ​​apoptose kun i microplasma-behandlede celle [24].

Nucleus-niveau ændrer Salg

Nucleus ændringer, som forekom relativt sent i processen af ​​apoptose, blev afbildet med DNA-farvning af Hoechst 33342 farvestof. Svarende til membranen farvning blev hvide og fluorescens billeder taget umiddelbart efter mærkning Hoechst 33342 til at registrere de oprindelige betingelser og cellen steder (to første billeder i figur 6). Cellen i øverste venstre hjørne blev behandlet ved plasmaet i 15 s, mens cellen i nederste højre hjørne var kontrollen celle. I begyndelsen blev begge behandlet og un-behandlede celler farves blå med samme lysstyrke. Da nucleus sker ændringer relativt sent i processen af ​​apoptose, kan ingen indlysende forskel ses selv ved 20 min efter microplasma behandling. Men 30 min efter plasmaeksponeringen, nucleus af den behandlede enkelt celle blev lysere sammenlignet med den ikke-behandlede celle.

Mærkningen celle er den samme som i figur 4.

den observerede forskel i fluorescensintensiteten kan skyldes på den ene side den dysfunktion af P-glycoprotein, en membran transportør, som kan udtrække Hoechst 33342 i cellen. Imidlertid P-glycoprotein pumpefunktion er normalt svækket og kunne ikke effektivt transportere Hoechst 33342 ud af den apoptotiske celle. Dette forårsager ophobning og dermed stærkere emission af Hoechst 33342 fra den apoptotiske celle [25], [26]. På den anden side, nucleus begyndte at kondensere, hvilket relativt stærkere fluorescens. 6 timer senere blev nucleus kondensation tydeligt ses i den behandlede enkelt celle. Derefter blev kernemembranen klart forstyrret, ledsaget af spredte DNA-fragmenter. På landet, ikke-behandlede celler bevaret en normal nukleare morfologi.

Mulige effekter af reaktive arter

For at karakterisere kemisk aktive arter i microplasma, optiske emission spektroskopi (OES) anvendes, som tillader analysen af ​​stråling fra de atomer, ioner, molekyler og radikaler. Derfor en halv meter spektrometer (Princeton Instruments Acton SpectraHub 2500i, spektral opløsning: 2 nm, rivning: 1200 g mm

-1, snitte bredde: 150 um) anvendes til at måle den optiske emission af microplasma røgfanen. Figur 7 viser den optiske emissionsspektre (OES) af microplasma røgfanen i 250-800 nm spektralområde. Som det kan ses, er den optiske emissionsspektre domineret af de exciterede nitrogen og oxygen arter.

ROS spiller en afgørende rolle i cancer celledød, og kan inducere apoptose ved at påvirke DNA, samt som lipider og proteiner, som er involveret i intracellulær signalering kaskader [27]. Overdreven produktion af ROS kan enten direkte beskadige cellulær struktur til at forårsage celle nekrose eller indirekte påvirker normale cellulære signalveje og genregulering at inducere apoptose [28]. De reaktive nitrogenforbindelser kan også påvirke celle-inaktivering proces [13]. Især kan INGEN radikaler forårsager apoptose, nekrose eller alternativt beskytte cellerne fra døden, afhængig af celletypen, radikal koncentration, samt varigheden og specifikke områder af eksponeringen [29]. Numeriske simuleringer af de aktive arter genereret i tip-vedvarende corona-type plasma udledninger [30] og deres udvidelse mod biologisk relevante medier derfor yderst berettiget i den nærmeste fremtid.

Plasma versus elektrisk felt effekter

De mikro-tips i vores eksperimenter også generere betydelige tid-variable elektriske felter i deres nærhed. Som tidligere rapporteret [31], pulserende elektriske felter kan også forårsage celledød, fx gennem elektrisk puls-induceret elektroporering af cellemembranen. I umiddelbar nærhed af mikro-tip anvendt i vores eksperimenter, kan størrelsen af ​​det elektriske felt nå tiere og endda hundredvis af kilovolt per centimeter. Men det elektriske felt aftager meget hurtigt med afstanden bort fra spidsen. I vores eksperimenter elektrodespidsen blev typisk placeret ca. 150 um væk fra celleoverfladen. Derfor cellemembranerne oplevet meget svagere elektriske felter end nær spidsen overflade, med den estimerede størrelse af ca. 1-2 størrelsesordener lavere. Derfor er sandsynligheden for blot elektrisk-felt-induceret celledød er lavere i vores eksperimenter forhold til det elektriske felt effekter tidligere rapporterede [31].

For at demonstrere den afgørende betydning af de reaktive arter genereret af microplasma udledning sammenlignet med det elektriske felt-relaterede effekter, har vi foretaget en række kontrolforsøg, hvor mikrospidsen blev overtrukket med et meget tyndt lag af paraffin som forhindrer plasma generation, endnu ikke meget signifikant forstyrrer størrelsen af ​​det elektriske felt (ved mindst det forbliver af samme størrelsesorden som for plasma-genererende ubestrøget mikrospids). De ikke-overtrukne og paraffin-overtrukket microtips der blev brugt i disse undersøgelser er vist i figur 8.

Vigtigt cellerne behandlet med voksovertrukket mikrospids oplevede ikke apoptose, hvilket kan fortolkes som de observerede apoptotiske responser cellerne er faktisk mere relateret til plasma-genererede arter snarere end blot det elektriske felt effekter. Specifikt at belyse virkningerne af plasmaeksponeringen versus det elektriske felt-relaterede effekter, behandlede vi fire HepG2-celler ved anvendelse af både uberørte og voksbelagt microtips vist i figur 8 (a) og (b) henholdsvis.

Morfologiske undersøgelser af cellerne underkastet plasmaeksponeringen er blevet udført. Som det ses i figur 9, før microplasma eksponering, alle HepG2-celler var sunde og spindel-formet med klare konturer. Fire celler blev selekteret tilfældigt og behandles med en uberørt mikrotip (vist i figur 8 (a)) i 15 s. Bleb’er optrådte ca. 10 minutter efter eksponering og deres membran deformation også tydeligt ses med forlænget inkubationstid. På den anden side, ikke-behandlede celler var upåvirkede og sund under hele inkubationsperioder.

Præcis den samme behandling af de fire tilfældigt valgte HepG2 celler ved anvendelse af voksbelagt mikrospids vist i figur 8 ( b) viste helt forskellige resultater. I figur 10, kan man tydeligt se, at de fire celler ikke påvirkes væsentligt.

Disse observationer understøtter klart vores konklusion, at de observerede i vore microplasma eksperimenter effekter er mere tæt forbundet med den reaktive generation arter plasmaet. Disse virkninger kan også være helt forskellig fra de almindeligt kendte elektrisk felt virkninger såsom elektroporering.

Normale celler påvirkes ikke af plasmabehandling

Vi har også evalueret virkningerne af microplasma eksponering på en normal lever cellelinie (L-02) med de samme microplasma og behandlingsparametre. Som vist i figur 11, har plasma behandling af de fire tilfældigt valgte L-02-celler ikke føre til nogen væsentlig indvirkning, selv efter 2 timers observation. Dette resultat åbner en mulighed for de detaljerede parametrisk og proces optimering studier, som vil være genstand for vores fremtidige arbejde og eventuelt arbejde udført af andre forskere.

Virkninger af plasma på andre kræftceller

En anden cancer cellelinie (HeLa) blev anvendt til at klarlægge virkningen af ​​microplasma eksponering. I figurerne 12-14 er de behandlede celler og ubehandlede celler tæt kontakt til dannelse små kompakte celleklynger. Vigtigere er det, bare plasma-behandlede celler blev dræbt, mens de omkringliggende celler ikke blev påvirket væsentligt. Dette kan tydeligt ses fra 2 timer lange undersøgelse af de morfologiske ændringer, der er vist i figur 12.

Den blå fluorescens fra plasmaet-behandlede celler er meget stærkere end fra ubehandlede celler.

resultaterne af Annexin V-FITC (figur 13) og Hoechst 33342 (Figur 14) farves yderligere bekræftet disse resultater. Bare de microplasma-behandlede HeLa celler viste kerne kondens og PS translokation med Hoechst 33342 ophobning og Annexin V farvning, som er de indikatorer for celle apoptose. Derfor kan vi konkludere, at microplasma eksponering er faktisk tilstrækkelig til at fremkalde apoptose selektivt, uden at påvirke omkringliggende celler.

Begrænsninger af enkelt-celle-præcision undersøgelser

Disse undersøgelser blev begrænset til simple indikatorer for celleapoptosen uden forsøg på at studere cellens cyklus eller intracellulære mekanismer i forhold til de seneste publikationer [32], [33]. Hovedårsagen skyldes begrænsningerne i den flowcytometri Western blot, og Q-PCR-teknikker til at bestemme de apoptotiske respons fra enkelte celler. Som det kan ses i figur 9-14 ovenfor, den korte microplasma eksponering er tilstrækkelig til at inducere apoptose blot i de behandlede cancerceller, mens naboceller ikke påvirkes. Imidlertid flowcytometri og Western blot fremgangsmåder kræver typisk mindst 10

4-celler, og metoderne er ofte anvendt til at undersøge ændringer i en relativ stor cellepopulation. Den encellede præcision celle apoptose kan ikke vise ændringer påviselige ved flowcytometri og Western blot metoder. Det er derfor, vi brugte simple Annexin V og Hoechst 33342 farvning som indikatorer for celle apoptose, og fandt, at microplasma bruges i dette arbejde faktisk fører til apoptose med en enkelt-celle præcision.

Potentielle anvendelser

resultatet af vores arbejde er vigtige for flere fremtidige biomedicinske anvendelser. For eksempel med fremkomsten af ​​den tidlige fase detektering af et lille antal af kræftceller kan det være muligt selektivt at behandle de maligne celler og samtidig holde de normale celler intakte. Det i øjeblikket stadig meget udfordrende at identificere meget små klynger af kræftceller under et vist minimum antal celler. Når de relevante entydige tidlig påvisning teknikker bliver tilgængelige, kan microplasma tilgang af dette arbejde potentielt gøre en betydelig indvirkning på kræft behandlingsterapier.

Andre muligheder omfatter omrøring af udvalgte områder på cellernes overflade for at inducere specifikke cellulære effekter såsom målrettet omprogrammering af stamceller (eventuelt inklusive cancer stamceller) at opnå de ønskede potens og skæbne choice resultater, såvel som intracellulære sondering og agitation af de udvalgte organeller. I disse tilfælde skal også entydigt inkluderet og fortolket virkningerne af tidsvarierende elektriske felter.

Konklusion

Sammenfattende har vi vist, at de enkelte HepG2 og HeLa kræftceller kan være effektivt inaktiveret via enkelt-celle-præcision, microplasma-induceret apoptotisk respons, mens normale L-02 leverceller forblive upåvirket af den samme plasma eksponering. Den microplasma kan begrænses til den lille (~ 1 um) volumen omkring spidsen af ​​en nål, der kan placeres i nogen bestemt område ved hjælp af en mikromanipulator. Den effekt, der leveres til cellen er meget lille (nogle få mW) Endnu tilstrækkelig til at fremkalde apoptose selektivt uden at påvirke naboceller, selv i små klynger af nøje at bringe celler. Plasma kilden er batteridrevet og er ikke afhængig af nogen ekstern strøm eller gas, som kan være særligt nyttigt i situationer, hvor ekstern strømforsyning ikke er tilgængelig eller enhed portabilitet er et problem.

Dette forskud er generisk og gælder for forskellige typer af kræftceller. Det kan føre til næste generation single-celle-præcision microsurgeries. Trinvise ændringer er også mulige i evnen til adresserbare mikroarrays retning øjeblikkelig inaktivering af as-detekterede maligne celler, hvor nålene i grupperingerne kan anvendes som både de elektrofysiologiske prober og elektroderne for plasma generation.