Влияние воздействия низкотемпературной плазмы атосферного барьерного разряда на структуру и свойства мембран эритроцитов и тромбоцитов

Низкотемпературная плазма атмосферного барьерного разряда (ПБР) применяется для лечения различных типов заболеваний и повреждения кожи и мягких тканей, однако механизм взаимодействия ПБР с биологическим материалом к настоящему моменту точно не установлен. Одним из перспективных методов, позволяющих оценить изменения структуры и свойств мембран клеток на наноуровне, является атомно-силовая микроскопия (АСМ). В данной работе представлены результаты влияния ПБР на структуру и свойства эритроцитов и тромбоцитов. АСМ-методом изучены морфометрические и локальные механические свойства поверхности клеток, что является одним из характеристических параметров оценки изменений, происходящих на молекулярном уровне с клеточной мембраной. Авторами использовался экспериментальный комплекс для генерации низкотемпературной плазмы диэлектрического барьерного разряда на основе устройства коаксиального типа и регулируемой мощностью источника от 10 до 30 Вт. Установлено изменение структуры мембран эритроцитов с сохранением формы самих клеток. Для эритроцитов, высушенных на воздухе, отмечается резкий рост силы адгезии после воздействия ПБР. На поверхности эритроцитов и тромбоцитов установлено наличие частиц субмикронного размера, что может быть следствием выхода содержимого клетки или разрушительного воздействия плазмы на белки наружного слоя мембраны. Фиксированные 0,5%-ным раствором глутарового альдегида на подложках слюды образцы клеток сохраняют свою дисковидную форму и структуру мембраны, что может быть связано с образованием ковалентных сшивок между липидами мембраны и глутаровым альдегидом, а также остаточным содержанием жидкости в объеме клетки после взаимодействия с химическим реагентом. Эритроциты являются более устойчивыми к кратковременному воздействию ПБР (1 мин) по сравнению с тромбоцитами. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при установлении закономерностей и протекания биохимических процессов под воздействием ПБР на клетки крови.

1. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds / S. A. Ermolaeva [et al.] // J. Med. Microbiol. - 2011. - Vol. 60, iss. 1. - P. 75-83. https://doi.org/10.1099/jmm.0.020263-0

2. Laroussi, M. Low temperature plasma-based sterilization: overview and state-of-the-art / M. Laroussi // Plasma Process Polym. - 2005. - Vol. 2, iss. 5. - P. 391-400. https://doi.org/10.1002/ppap.200400078

3. Laroussi, M. Sterilization of contaminated matter with an atmospheric pressure plasma / M. Laroussi // IEEE Trans. Plasma Sci. - 1996. - Vol. 24, iss. 3. - P. 1188-1191. https://doi.org/10.1109/27.533129

4. Влияние ультрафиолетового излучения и излучения плазмы импульсного искрового разряда на зародышевые структуры и мицелий микромицетов-деструкторов / А. А. Ичеткина [и др.] // Вестн. Нижнегород. ун-та им. Н. И. Лобачевского. - 2011. - Т. 2, № 2. - С. 196-201.

5. Исследование механизмов биоцидного действия излучения плазмы искрового разряда / И. П. Иванова [и др.] // Современные технологии в медицине. - 2012. - № 3. - С. 12-18.

6. Kunhardt, E. E. Generation of large volume atmospheric pressure non-equilibrium plasmas / E. E. Kunhardt // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2000. - Vol. 28, № 1. - P. 189-200. https://doi.org/10.1109/27.842901

7. Kogelschatz, U. Filamentary, patterned, and diffuse barrier discharges / U. Kogelschatz // IEEE Trans. Plasma Sci. - 2002. - Vol. 30, № 4. - P. 1400-1408. https://doi.org/10.1109/TPS.2002.804201

8. Fridman, G. Medical applications of floating electrode dielectric barrier discharge (FE-DBD) / G. Fridman // First International Conference on Plasma Medicine (ICPM-1). Corpus Christi. - Texas, 2007. - P. 27-32.

9. Трофимова, С. В. Анализ структурных изменений прокариотических и эукариотических клеток под воздействием излучения плазмы искрового разряда / С. В. Трофимова, И. П. Иванова, М. Л. Бугрова // Фундамент. исслед. - 2013. - № 4-1. - С. 130-133.

10. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е. Б. Меньщикова [и др.]. - М.: Слово, 2006. - 556 с.

11. Atomic force microscopy probing of cell elasticity / T. G. Kuznetsova [et al.] // Micron. - 2007. - Vol. 38, № 8. - P. 824-833. https://doi.org/10.1016/j.micron.2007.06.011

12. Influence of polyacrylic acid nanoparticles on the elastic properties of RBCs membranes in patients with diabetes mellitus type 2 / G. B. Melnikova [et al.] // Series on Biomechanics. − 2015. − Vol. 29, № 4. - P. 12−19.

13. The changes in particle distribution over the polymer surface under the dielectric barrier discharge plasma / V. A. Lapitskaya [et al.] // Int. J. Nanosci. - 2019. - Vol. 18, Nos. 3, 4. - P. 1940079. https://doi.org/10.1142/s0219581x19400799

14. Investigation of the structure of nanocrystalline refractory oxides by X-ray diffraction, electron microscopy, and atomic force microscopy / T. M. Ulyanova [et al.] // Crystallogr. Rep. - 2006. - Vol. 51. - S144-S149. https://doi.org/10.1134/s1063774506070212

15. Влияние обработки поверхностей материалов в плазме диэлектрического барьерного разряда на их морфологию и гидрофильные свойства / В. А. Лапицкая [и др.] // Инж.-физ. журн. - 2019. - Т. 92, № 5. - C. 2389-2394. https://doi.org/10.1007/s10891-019-02050-1

16. Возможности применения холодной атмосферной плазмы в онкологии (Обзор литературы) / В. Н. Короткий // Сибир. онкол. журн. - 2018. - T. 17, № 1. - С. 72-81. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2018-17-1-72-81