Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie

Wilma Van Boxem
Een nieuwe mogelijke behandelingsmethode voor kanker wordt verder onderzocht. Het gebruik van een (fysisch) plasma blijkt zeer veelbelovend te zijn, omdat gezonde cellen niet aangetast worden. In deze scriptie wordt onderzoek gedaan naar de parameters die belangrijk zijn tijdens een behandeling en naar het effect daarvan op de kankerceldood.

Plasma-oncologie: op weg naar kankergenezing zonder nefaste bijwerkingen

1 op de 3 mannen en 1 op de 4 vrouwen krijgen voor hun 75e verjaardag de diagnose kanker te horen. Daarnaast blijft kanker een van de meest voorkomende doodsoorzaken wereldwijd. Bovendien wordt er verwacht dat het aantal gevallen van kanker de komende jaren nog zal toenemen. Nog te vaak sterven er mensen aan de gevolgen van kanker en nog te veel patiënten hebben zeer veel last van nevenwerkingen tijdens hun behandelingsproces. Er wordt intensief onderzoek verricht naar nieuwe therapieën die ervoor kunnen zorgen dat meer kankers genezen kunnen worden en dat er minder bijwerkingen ontstaan bij een behandeling. Een van de veelbelovende nieuwe therapieën maakt gebruik van plasma.

Bestaande behandelingsmethoden schieten nog te vaak tekort

Momenteel wordt kanker behandeld door middel van een operatie, chemotherapie, radiotherapie of een combinatie hiervan. Een eerste probleem met de bestaande behandelingsmethoden is dat niet alle kankers behandeld kunnen worden. Elk type van kanker heeft andere eigenschappen en gedraagt zich anders tegenover behandelingen. Hierdoor reageren niet alle kankerpatiënten hetzelfde op een bepaalde therapie en worden sommige kankers hierdoor niet beïnvloed. Daarnaast bestaat het gevaar dat kankercellen resistent worden tegen een bepaalde behandelingsmethode. Dat kan ervoor zorgen dat bij een herval van een patiënt de therapie die daarvoor succesvol was, deze keer niet meer blijkt te werken. Tot slot hebben patiënten die behandeld worden voor kanker steeds last van nare bijwerkingen die gepaard gaan met de therapie. De meest gekende zijn misselijkheid, haaruitval, smaakverlies, ... Dit heeft te maken met het feit dat deze methoden niet selectief zijn voor kankercellen, maar ook de gezonde cellen beschadigen die zich rondom de kankercellen bevinden. Soms worden deze bijwerkingen zo erg dat de behandeling tijdelijk moet worden stopgezet. Die selectiviteit tussen kankercellen en gezonde cellen is zeer moeilijk te verkrijgen, omdat kankercellen uiteindelijk niet zo heel erg verschillen van gezonde cellen. Het zijn in feite gemuteerde gezonde cellen van ons eigen lichaam, waardoor het aantasten van de naburige gezonde cellen meestal onvermijdelijk is.

Plasma: een alternatief met potentieel

Het gebruik van plasma kan een oplossing bieden om zowel meer types van kanker te kunnen behandelen, als de selectiviteit tussen kankercellen en gezonde cellen te bevorderen. Bij het horen van het woord plasma denken de meeste mensen waarschijnlijk aan bloedplasma, het vloeibare deel van ons bloed. Daar gaat het in deze context echter niet over. Een (fysisch) plasma is een geïoniseerd gas, wat gezien kan worden als een zeer reactief gas. Dit plasma produceert reactieve deeltjes die ingezet kunnen worden in de strijd tegen kanker.

Foto van de gebruikte plasmabron, een plasmajet. Het plasma is zichtbaar als een paars licht.

De selectieve aanpak van een plasmabehandeling

Een plasmabron kan zeer veel verschillende vormen aannemen. De meeste mensen kennen plasma van plasma-tv’s en tl-lampen en ze worden ook gebruikt voor het maken van computerchips. Sinds kort wordt plasma ook ingezet in de geneeskunde. Hiervoor is het nodig dat het plasma op kamertemperatuur kan werken, zodat er geen thermische schade aan de te behandelen patiënt wordt aangericht. In dit onderzoek wordt gebruikgemaakt van een plasmajet, een soort pen waar het plasma uitkomt – zichtbaar als een paars licht (zie foto). Met deze pen wordt een vloeistof behandeld, waardoor de reactieve plasmadeeltjes in de vloeistof terechtkomen. Deze vloeistof kan eenvoudigweg water, een zoutbuffer, of zelfs een zeer complex celmedium zijn. Nadien wordt deze vloeistof via een injectie toegediend aan cellen of proefdieren of, in een later stadium, rechtstreeks aan patiënten.

De vloeistof dient dus als transporteur van de reactieve plasmadeeltjes naar de kankercellen. Eens die reactieve deeltjes zich rondom de cellen bevinden, kunnen ze opgenomen worden doorheen het celmembraan. De selectiviteit die met een plasmabehandeling verkregen wordt, is het gevolg van de natuurlijke verhoogde concentratie aan reactieve deeltjes binnenin kankercellen. Doordat een plasmabehandeling een lichte verhoging aan reactieve deeltjes rondom de cellen veroorzaakt, krijgen gezonde cellen een te lage dosis binnen om hieraan te sterven. Kankercellen daarentegen bevatten na een plasmabehandeling een toxische hoeveelheid van deze reactieve deeltjes, waardoor ze sterven.

Hoe werkt een plasmabehandeling?

Van experiment naar volwaardige therapie

Het grootste deel van het huidige onderzoek naar plasma voor het behandelen van kanker gebeurt nog op laboschaal, op cellen in petrischaaltjes en af en toe op proefdieren. Dit is nodig om alle mogelijke risico’s van een plasmabehandeling uit te sluiten. Vooraleer deze methode op patiënten kan worden toegepast, moeten er nog verschillende stappen ondernomen worden. Er zijn in Amerika en Duitsland al enkele succesvolle gevallen bekend van het toepassen van een plasmabehandeling op kankerpatiënten. Om ook in België en de rest van de wereld zo snel mogelijk het toepassen van deze methode mogelijk te maken, is er onderzoek nodig naar de verschillende aspecten die bij een plasmabehandeling komen kijken.

In mijn scriptie heb ik onderzoek gedaan naar de plasmabehandeling van kankercellen van het type glioblastoma, de meest dodelijke vorm van hersenkanker. Hiervoor heb ik gekeken naar verschillende parameters die belangrijk zijn tijdens de behandeling en naar de reactieve plasmadeeltjes die gevormd worden. Op deze manier heb ik geprobeerd de onderliggende mechanismen, die een rol spelen bij kankerceldood, te achterhalen. Uit mijn onderzoek blijkt dat het gebruik van plasma zorgt voor de dood van de kankercellen en dat de dosissen die worden toegediend, gecontroleerd kunnen worden, wat noodzakelijk is om deze techniek op grote schaal te kunnen toepassen. Bovendien heb ik één bepaald reactief deeltje kunnen identificeren dat de belangrijkste rol speelt bij het doden van de kankercellen.

Het is duidelijk dat deze nieuwe therapie voor de behandeling van kanker zeer veelbelovend is. Wereldwijd wordt er samengewerkt tussen oncologen, biochemici, chemici, fysici en ingenieurs om het onderzoek naar het gebruik van plasma voor de behandeling van kanker uit te breiden. Ook in de onderzoeksgroepen PLASMANT en CORE van de Universiteit Antwerpen wordt het onderzoek in de plasma-oncologie volop verdergezet in de hoop dat we binnen een aantal jaren deze techniek kunnen voorstellen als een betrouwbare en effectieve behandelingsmethode voor verschillende kankers. Zo dragen we ons steentje bij om ook van kanker in de toekomst een controleerbare en geneesbare ziekte te maken.

Bibliografie

(1) Von Woedtke, T.; Reuter, S.; Masur, K.; Weltmann, K.-D. Plasmas for Medicine. Phys. Rep. 2013, 530, 291–320.
(2) Kong, M. G.; Kroesen, G.; Morfill, G.; Nosenko, T.; Shimizu, T.; Van Dijk, J.; Zimmermann, J. L. Plasma Medicine: An Introductory Review. New J. Phys. 2009, 11, 115012.
(3) Neyts, E. C.; Yusupov, M.; Verlackt, C. C.; Bogaerts, A. Computer Simulations of Plasma-Biomolecule and Plasma-Tissue Interactions for a Better Insight in Plasma Medicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 29.
(4) Fridman, A. Plasma Chemistry; Cambridge University Press, 2008.
(5) Hirst, A. M.; Frame, F. M.; Arya, M.; Maitland, N. J.; O’Connell, D. Low Temperature Plasmas as Emerging Cancer Therapeutics: The State of Play and Thoughts for the Future. Tumor Biol. 2016, 37, 7021–7031.
(6) Graves, D. B. The Emerging Role of Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Redox Biology and Some Implications for Plasma Applications to Medicine and Biology. J. Phys. D. Appl. Phys. 2012, 45, 263001.
(7) Keidar, M. Plasma for Cancer Treatment. Plasma Sources Sci. Technol. 2015, 24, 033001.
(8) Fridman, G.; Friedman, G.; Gutsol, A.; Shekhter, A. B.; Vasilets, V. N.; Fridman, A. Applied Plasma Medicine. Plasma Process. Polym. 2008, 5, 503–533.
(9) Rossi, F.; Kylián, O.; Rauscher, H.; Hasiwa, M.; Gilliland, D. Low Pressure Plasma Discharges for the Sterilization and Decontamination of Surfaces. New J. Phys. 2009, 11, 115017.
(10) McCombs, G. B.; Darby, M. L. New Discoveries and Directions for Medical, Dental and Dental Hygiene Research: Low Temperature Atmospheric Pressure Plasma. Int. J. Dent. Hyg. 2010, 8, 10–15.
(11) Misra, N. N.; Patil, S.; Moiseev, T.; Bourke, P.; Mosnier, J. P.; Keener, K. M.; Cullen, P. J. In-Package Atmospheric Pressure Cold Plasma Treatment of Strawberries. J. Food Eng. 2014, 125, 131–138.
(12) Nosenko, T.; Shimizu, T.; Morfill, G. E. Designing Plasmas for Chronic Wound Disinfection. New J. Phys. 2009, 11, 115013.
(13) Kalghatgi, S. U.; Fridman, G.; Cooper, M.; Nagaraj, G.; Peddinghaus, M.; Balasubramanian, M.; Vasilets, V. N.; Gutsol, A. F.; Fridman, A.; Friedman, G. Mechanism of Blood Coagulation by Nonthermal Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Plasma. IEEE Trans. Plasma Sci. 2007, 35, 1559–1566.
(14) Partecke, L. I.; Evert, K.; Haugk, J.; Döring, F.; Normann, L.; Diedrich, S.; Weiss, F.-U.; Evert, M.; Hübner, N. O.; Günther, C.; et al. Tissue Tolerable Plasma (TTP) Induces Apoptosis in Pancreatic Cancer Cells in Vitro and in Vivo. BMC Cancer 2012, 12, 473.
(15) Barekzi, N.; Laroussi, M. Dose-Dependent Killing of Leukemia Cells by Low-Temperature Plasma. J. Phys. D. Appl. Phys. 2012, 45, 422002.
(16) Vandamme, M.; Robert, E.; Pesnel, S.; Barbosa, E.; Dozias, S.; Sobilo, J.; Lerondel, S.; Pape, A. Le; Pouvesle, J. M. Antitumor Effect of Plasma Treatment on U87 Glioma Xenografts: Preliminary Results. Plasma Process. Polym. 2010, 7, 264–273.
(17) Vandamme, M.; Robert, E.; Lerondel, S.; Sarron, V.; Ries, D.; Dozias, S.; Sobilo, J.; Gosset, D.; Kieda, C.; Legrain, B.; et al. ROS Implication in a New Antitumor Strategy Based on Non-Thermal Plasma. Int. J. Cancer 2012, 130, 2185–2194.
(18) Keidar, M. Cold Plasma Selectivity and the Possibility of a Paradigm Shift in Cancer Therapy. Br. J. Cancer 2011, 105, 1295–1301.
(19) Zucker, S. N.; Zirnheld, J.; Bagati, A.; DiSanto, T. M.; Des Soye, B.; Wawrzyniak, J. A.; Etemadi, K.; Nikiforov, M.; Berezney, R. Preferential Induction of Apoptotic Cell Death in Melanoma Cells as Compared with Normal Keratinocytes Using a Non-Thermal Plasma Torch. Cancer Biol. Ther. 2012, 13, 1299–1306.
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
78
(20) Siu, A.; Volotskova, O.; Cheng, X.; Khalsa, S. S.; Bian, K.; Murad, F.; Keidar, M.; Sherman, J. H. Differential Effects of Cold Atmospheric Plasma in the Treatment of Malignant Glioma. PLoS One 2015, 10, 1–14.
(21) Kaushik, N. K.; Attri, P.; Kaushik, N.; Choi, E. H. A Preliminary Study of the Effect of DBD Plasma and Osmolytes on T98G Brain Cancer and HEK Non-Malignant Cells. Molecules 2013, 18, 4917–4928.
(22) Wang, M.; Holmes, B.; Cheng, X.; Zhu, W.; Keidar, M.; Zhang, L. G. Cold Atmospheric Plasma for Selectively Ablating Metastatic Breast Cancer Cells. PLoS One 2013, 8, e73741.
(23) Georgescu, N.; Lupu, A. R. Tumoral and Normal Cells Treatment with High-Voltage Pulsed Cold Atmospheric Plasma Jets. IEEE Trans. Plasma Sci. 2010, 38, 1949–1956.
(24) Zirnheld, J. L.; Zucker, S. N.; DiSanto, T. M.; Berezney, R.; Etemadi, K. Nonthermal Plasma Needle: Development and Targeting of Melanoma Cells. IEEE Trans. Plasma Sci. 2010, 38, 948–952.
(25) Kim, J. Y.; Kim, S. O.; Wei, Y.; Li, J. A Flexible Cold Microplasma Jet Using Biocompatible Dielectric Tubes for Cancer Therapy. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 203701.
(26) Keidar, M.; Shashurin, A.; Volotskova, O.; Ann Stepp, M.; Srinivasan, P.; Sandler, A.; Trink, B. Cold Atmospheric Plasma in Cancer Therapy. Phys. Plasmas 2013, 20, 057101.
(27) Volotskova, O.; Hawley, T. S.; Stepp, M. A.; Keidar, M. Targeting the Cancer Cell Cycle by Cold Atmospheric Plasma. Sci. Rep. 2012, 2, 636.
(28) Weltmann, K.-D.; von Woedtke, T. Plasma Medicine—Current State of Research and Medical Application. Plasma Phys. Control. Fusion 2017, 59, 014031.
(29) Stoffels, E.; Flikweert, A. J.; Stoffels, W. W.; Kroesen, G. M. W. Plasma Needle: A Non-Destructive Atmospheric Plasma Source for Fine Surface Treatment of (bio)materials. Plasma Sources Sci. Technol. 2002, 11, 383–388.
(30) Schutze, A.; Jeong, J. Y.; Babayan, S. E.; Selwyn, G. S.; Hicks, R. F. The Atmospheric-Pressure Plasma Jet: A Review and Comparison to Other Plasma Sources. IEEE Trans. Plasma Sci. 1998, 26, 1685–1694.
(31) Fridman, G.; Peddinghaus, M.; Balasubramanian, M.; Ayan, H.; Fridman, A.; Gutsol, A.; Brooks, A. Blood Coagulation and Living Tissue Sterilization by Floating-Electrode Dielectric Barrier Discharge in Air. Plasma Chem. Plasma Process. 2006, 26, 425–442.
(32) Schneider, S.; Lackmann, J.-W.; Narberhaus, F.; Bandow, J. E.; Denis, B.; Benedikt, J. Separation of VUV/UV Photons and Reactive Particles in the Effluent of a He/O2 Atmospheric Pressure Plasma Jet. J. Phys. D. Appl. Phys. 2011, 44, 379501.
(33) Weltmann, K. D.; Kindel, E.; von Woedtke, T.; Hähnel, M.; Stieber, M.; Brandenburg, R. Atmospheric-Pressure Plasma Sources: Prospective Tools for Plasma Medicine. Pure Appl. Chem. 2010, 82, 1223–1237.
(34) Yusupov, M. Atomic Scale Simulations for a Better Insight in Plasma Medicine, Universiteit Antwerpen, 2014.
(35) Lu, X.; Laroussi, M.; Puech, V. On Atmospheric-Pressure Non-Equilibrium Plasma Jets and Plasma Bullets. Plasma Sources Sci. Technol. 2012, 21, 034005.
(36) Stewart, B. W.; Wild, C. P. World Cancer Report 2014. World Heal. Organ. 2014, 1–2.
(37) Pecorino, L. Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics; Third Edit.; Oxford University Press, 2012.
(38) Kajiyama, H.; Utsumi, F.; Nakamura, K.; Tanaka, H.; Toyokuni, S.; Hori, M.; Kikkawa, F. Future Perspective of Strategic Non-Thermal Plasma Therapy for Cancer Treatment. J. Clin. Biochem. Nutr. 2017, 60, 33–38.
(39) Baudino, T. a. Targeted Cancer Therapy: The Next Generation of Cancer Treatment. Curr. Drug Discov. Technol. 2015, 12, 3–20.
(40) Martin-Liberal, J.; Ochoa de Olza, M.; Hierro, C.; Gros, A.; Rodon, J.; Tabernero, J. The Expanding Role of Immunotherapy. Cancer Treat. Rev. 2017, 54, 74–86.
(41) Doyen, J.; Falk, A. T.; Floquet, V.; Hérault, J.; Hannoun-Lévi, J. M. Proton Beams in Cancer Treatments: Clinical Outcomes and Dosimetric Comparisons with Photon Therapy. Cancer Treat. Rev. 2016, 43, 104–112.
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
79
(42) Ratovitski, E. a.; Cheng, X.; Yan, D.; Sherman, J. H.; Canady, J.; Trink, B.; Keidar, M. Anti-Cancer Therapies of 21st Century: Novel Approach to Treat Human Cancers Using Cold Atmospheric Plasma. Plasma Process. Polym. 2014, 11, 1128–1137.
(43) Schlegel, J.; Köritzer, J.; Boxhammer, V. Plasma in Cancer Treatment. Clin. Plasma Med. 2013, 1, 2–7.
(44) Tanaka, H.; Mizuno, M.; Ishikawa, K.; Nakamura, K.; Kajiyama, H.; Kano, H.; Kikkawa, F.; Hori, M. Plasma-Activated Medium Selectively Kills Glioblastoma Brain Tumor Cells by Down-Regulating a Survival Signaling Molecule, AKT Kinase. Plasma Med. 2011, 1, 265–277.
(45) Ahn, H. J.; Kim, K. Il; Kim, G.; Moon, E.; Yang, S. S.; Lee, J. S. Atmospheric-Pressure Plasma Jet Induces Apoptosis Involving Mitochondria via Generation of Free Radicals. PLoS One 2011, 6, 6–12.
(46) Yan, X.; Xiong, Z.; Zou, F.; Zhao, S.; Lu, X.; Yang, G.; He, G.; Ostrikov, K. Plasma-Induced Death of HepG2 Cancer Cells: Intracellular Effects of Reactive Species. Plasma Process. Polym. 2012, 9, 59–66.
(47) Lee, H. J.; Shon, C. H.; Kim, Y. S.; Kim, S.; Kim, G. C.; Kong, M. G. Degradation of Adhesion Molecules of G361 Melanoma Cells by a Non-Thermal Atmospheric Pressure Microplasma. New J. Phys. 2009, 11, 115026.
(48) Kim, G. C.; Kim, G. J.; Park, S. R.; Jeon, S. M.; Seo, H. J.; Iza, F.; Lee, J. K. Air Plasma Coupled with Antibody-Conjugated Nanoparticles: A New Weapon against Cancer. J. Phys. D. Appl. Phys. 2008, 42, 032005.
(49) Cheng, X.; Murphy, W.; Recek, N.; Yan, D.; Cvelbar, U.; Vesel, A.; Mozetič, M.; Canady, J.; Keidar, M.; Sherman, J. H. Synergistic Effect of Gold Nanoparticles and Cold Plasma on Glioblastoma Cancer Therapy. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 335402.
(50) Vandamme, M.; Robert, E.; Dozias, S.; Sobilo, J.; Lerondel, S.; Le Pape, A.; Pouvesle, J.-M. Response of Human Glioma U87 Xenografted on Mice to Non Thermal Plasma Treatment. Plasma Med. 2011, 1, 27–43.
(51) Vermeylen, S.; De Waele, J.; Vanuytsel, S.; De Backer, J.; Van der Paal, J.; Ramakers, M.; Leyssens, K.; Marcq, E.; Van Audenaerde, J.; Smits, E. L. J.; et al. Cold Atmospheric Plasma Treatment of Melanoma and Glioblastoma Cancer Cells. Plasma Process. Polym. 2016, 13, 1195–1205.
(52) Zhao, S.; Xiong, Z.; Mao, X.; Meng, D.; Lei, Q.; Li, Y.; Deng, P.; Chen, M.; Tu, M.; Lu, X.; et al. Atmospheric Pressure Room Temperature Plasma Jets Facilitate Oxidative and Nitrative Stress and Lead to Endoplasmic Reticulum Stress Dependent Apoptosis in HepG2 Cells. PLoS One 2013, 8, 1–14.
(53) Kaushik, N. K.; Kaushik, N.; Park, D.; Choi, E. H. Altered Antioxidant System Stimulates Dielectric Barrier Discharge Plasma-Induced Cell Death for Solid Tumor Cell Treatment. PLoS One 2014, 9, 1–11.
(54) Köritzer, J.; Boxhammer, V.; Schäfer, A.; Shimizu, T.; Klämpfl, T. G.; Li, Y. F.; Welz, C.; Schwenk-Zieger, S.; Morfill, G. E.; Zimmermann, J. L.; et al. Restoration of Sensitivity in Chemo - Resistant Glioma Cells by Cold Atmospheric Plasma. PLoS One 2013, 8, 64498.
(55) Ma, R. N.; Feng, H. Q.; Liang, Y. D.; Zhang, Q.; Tian, Y.; Su, B.; Zhang, J.; Fang, J. An Atmospheric-Pressure Cold Plasma Leads to Apoptosis in Saccharomyces Cerevisiae by Accumulating Intracellular Reactive Oxygen Species and Calcium. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 285401.
(56) Ishaq, M.; Kumar, S.; Varinli, H.; Han, Z. J.; Rider, a. E.; Evans, M. D. M.; Murphy, a. B.; Ostrikov, K. Atmospheric Gas Plasma-Induced ROS Production Activates TNF-ASK1 Pathway for the Induction of Melanoma Cancer Cell Apoptosis. Mol. Biol. Cell 2014, 25, 1523–1531.
(57) Trachootham, D.; Alexandre, J.; Huang, P. Targeting Cancer Cells by ROS-Mediated Mechanisms: A Radical Therapeutic Approach? Nat. Rev. Drug Discov. 2009, 8, 579–591.
(58) Yan, D.; Sherman, J. H.; Cheng, X.; Ratovitski, E.; Canady, J.; Keidar, M. Controlling Plasma Stimulated Media in Cancer Treatment Application. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 0–4.
(59) Adachi, T.; Tanaka, H.; Nonomura, S.; Hara, H.; Kondo, S. I.; Hori, M. Plasma-Activated Medium Induces A549 Cell Injury via a Spiral Apoptotic Cascade Involving the Mitochondrial-Nuclear Network. Free Radic. Biol. Med. 2015, 79, 28–44.
(60) Utsumi, F.; Kajiyama, H.; Nakamura, K.; Tanaka, H.; Mizuno, M.; Ishikawa, K.; Kondo, H.; Kano, H.; Hori, M.; Kikkawa, F. Effect of Indirect Nonequilibrium Atmospheric Pressure Plasma on Anti-
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
80
Proliferative Activity against Chronic Chemo-Resistant Ovarian Cancer Cells in Vitro and in Vivo. PLoS One 2013, 8, 1–10.
(61) Yan, D.; Talbot, A.; Nourmohammadi, N.; Cheng, X.; Canady, J.; Sherman, J.; Keidar, M. Principles of Using Cold Atmospheric Plasma Stimulated Media for Cancer Treatment. Sci. Rep. 2015, 5, 18339.
(62) Sato, T.; Yokoyama, M.; Johkura, K. A Key Inactivation Factor of HeLa Cell Viability by a Plasma Flow. J. Phys. D. Appl. Phys. 2011, 44, 372001.
(63) Utsumi, F.; Kajiyama, H.; Nakamura, K.; Tanaka, H.; Hori, M.; Kikkawa, F. Selective Cytotoxicity of Indirect Nonequilibrium Atmospheric Pressure Plasma against Ovarian Clear-Cell Carcinoma. Springerplus 2014, 3, 398.
(64) Torii, K.; Yamada, S.; Nakamura, K.; Tanaka, H.; Kajiyama, H.; Tanahashi, K.; Iwata, N.; Kanda, M.; Kobayashi, D.; Tanaka, C.; et al. Effectiveness of Plasma Treatment on Gastric Cancer Cells. Gastric Cancer 2015, 18, 635–643.
(65) Hara, H.; Taniguchi, M.; Kobayashi, M.; Kamiya, T.; Adachi, T. Plasma-Activated Medium-Induced Intracellular Zinc Liberation Causes Death of SH-SY5Y Cells. Arch. Biochem. Biophys. 2015, 584, 51–60.
(66) Yan, D.; Nourmohammadi, N.; Talbot, A.; Sherman, J. H.; Keidar, M. The Strong Anti-Glioblastoma Capacity of the Plasma-Stimulated Lysine-Rich Medium. J. Phys. D. Appl. Phys. 2016, 49, 274001.
(67) Boehm, D.; Heslin, C.; Cullen, P. J.; Bourke, P. Cytotoxic and Mutagenic Potential of Solutions Exposed to Cold Atmospheric Plasma. Sci. Rep. 2016, 6, 21464.
(68) Judée, F.; Fongia, C.; Ducommun, B.; Yousfi, M.; Lobjois, V.; Merbahi, N. Short and Long Time Effects of Low Temperature Plasma Activated Media on 3D Multicellular Tumor Spheroids. Sci. Rep. 2016, 6, 21421.
(69) Kurake, N.; Tanaka, H.; Ishikawa, K.; Kondo, T.; Sekine, M.; Nakamura, K.; Kajiyama, H.; Kikkawa, F.; Mizuno, M.; Hori, M. Cell Survival of Glioblastoma Grown in Medium Containing Hydrogen Peroxide And/or Nitrite, or in Plasma-Activated Medium. Arch. Biochem. Biophys. 2016, 605, 102–108.
(70) Van der Paal, J.; Aernouts, S.; van Duin, A. C. T.; Neyts, E. C.; Bogaerts, A. Interaction of O and OH Radicals with a Simple Model System for Lipids in the Skin Barrier: A Reactive Molecular Dynamics Investigation for Plasma Medicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 395201.
(71) Bruggeman, P. J.; Kushner, M. J.; Locke, B. R.; Gardeniers, J. G. E.; Graham, W. G.; Graves, D. B.; Hofman-Caris, R. C. H. M.; Maric, D.; Reid, J. P.; Ceriani, E.; et al. Plasma–liquid Interactions: A Review and Roadmap. Plasma Sources Sci. Technol. 2016, 25, 053002.
(72) Dorai, R.; Kushner, M. J. A Model for Plasma Modification of Polypropylene Using Atmospheric Pressure Discharges. J. Phys. D. Appl. Phys. 2003, 36, 666–685.
(73) Stalder, K. R.; Vidmar, R. J.; Nersisyan, G.; Graham, W. G. Modeling the Chemical Kinetics of High-Pressure Glow Discharges in Mixtures of Helium with Real Air. J. Appl. Phys. 2006, 99, 093301.
(74) Liu, D. X.; Bruggeman, P.; Iza, F.; Rong, M. Z.; Kong, M. G. Global Model of Low-Temperature Atmospheric-Pressure He + H2O Plasmas. Plasma Sources Sci. Technol. 2010, 19, 025018.
(75) Liu, D. X.; Yang, a J.; Wang, X. H.; Rong, M. Z.; Iza, F.; Kong, M. G. Wall Fluxes of Reactive Oxygen Species of an Rf Atmospheric-Pressure Plasma and Their Dependence on Sheath Dynamics. J. Phys. D. Appl. Phys. 2012, 45, 305205.
(76) Murakami, T.; Niemi, K.; Gans, T.; O’Connell, D.; Graham, W. G. Interacting Kinetics of Neutral and Ionic Species in an Atmospheric-Pressure Helium–oxygen Plasma with Humid Air Impurities. Plasma Sources Sci. Technol. 2013, 22, 045010.
(77) Van Gaens, W.; Bogaerts, a. Kinetic Modelling for an Atmospheric Pressure Argon Plasma Jet in Humid Air. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 275201.
(78) Bobkova, E. S.; Smirnov, S. A.; Zalipaeva, Y. V.; Rybkin, V. V. Modeling Chemical Composition for an Atmospheric Pressure Dc Discharge in Air with Water Cathode by 0-D Model. Plasma Chem. Plasma Process. 2014, 34, 721–743.
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
81
(79) Soloshenko, I. a; Tsiolko, V. V; Pogulay, S. S.; Kalyuzhnaya, a G.; Bazhenov, V. Y.; Shchedrin, a I. Effect of Water Adding on Kinetics of Barrier Discharge in Air. Plasma Sources Sci. Technol. 2009, 18, 045019.
(80) Yusupov, M.; Neyts, E. C.; Khalilov, U.; Snoeckx, R.; Van Duin, A. C. T.; Bogaerts, A. Atomic-Scale Simulations of Reactive Oxygen Plasma Species Interacting with Bacterial Cell Walls. New J. Phys. 2012, 14, 093043.
(81) Van der Paal, J.; Aernouts, S.; van Duin, A. C. T.; Neyts, E. C.; Bogaerts, A. Interaction of O and OH Radicals with a Simple Model System for Lipids in the Skin Barrier: A Reactive Molecular Dynamics Investigation for Plasma Medicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 395201.
(82) Bogaerts, A.; Yusupov, M.; Van der Paal, J.; Verlackt, C. C. W.; Neyts, E. C. Reactive Molecular Dynamics Simulations for a Better Insight in Plasma Medicine. Plasma Process. Polym. 2014, 11, 1156–1168.
(83) Yusupov, M.; Bogaerts, A.; Huygh, S.; Snoeckx, R.; van Duin, a C. T.; Neyts, E. C. Plasma-Induced Destruction of Bacterial Cell Wall Components: A Reactive Molecular Dynamics Simulation. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 5993–5998.
(84) Yusupov, M.; Neyts, E. C.; Verlackt, C. C.; Khalilov, U.; van Duin, A. C. T.; Bogaerts, A. Inactivation of the Endotoxic Biomolecule Lipid A by Oxygen Plasma Species: A Reactive Molecular Dynamics Study. Plasma Process. Polym. 2015, 12, 162–171.
(85) Yusupov, M.; Neyts, E. C.; Simon, P.; Berdiyorov, G.; Snoeckx, R.; van Duin, A. C. T.; Bogaerts, A. Reactive Molecular Dynamics Simulations of Oxygen Species in a Liquid Water Layer of Interest for Plasma Medicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 025205.
(86) Van der Paal, J.; Verlackt, C. C.; Yusupov, M.; Neyts, E. C.; Bogaerts, a. Structural Modification of the Skin Barrier by OH Radicals: A Reactive Molecular Dynamics Study for Plasma Medicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2015, 48, 155202.
(87) Lindsay, A.; Anderson, C.; Slikboer, E.; Shannon, S.; Graves, D. Momentum, Heat, and Neutral Mass Transport in Convective Atmospheric Pressure Plasma-Liquid Systems and Implications for Aqueous Targets. J. Phys. D. Appl. Phys. 2015, 48, 424007.
(88) Norberg, S. A.; Tian, W.; Johnsen, E.; Kushner, M. J. Atmospheric Pressure Plasma Jets Interacting with Liquid Covered Tissue: Touching and Not-Touching the Liquid. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 475203.
(89) Tian, W.; Kushner, M. J. Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharges Interacting with Liquid Covered Tissue. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 165201.
(90) Chen, C.; Liu, D. X.; Liu, Z. C.; Yang, a. J.; Chen, H. L.; Shama, G.; Kong, M. G. A Model of Plasma-Biofilm and Plasma-Tissue Interactions at Ambient Pressure. Plasma Chem. Plasma Process. 2014, 34, 403–441.
(91) Babaeva, N. Y.; Tian, W.; Kushner, M. J. The Interaction between Plasma Filaments in Dielectric Barrier Discharges and Liquid Covered Wounds: Electric Fields Delivered to Model Platelets and Cells. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014, 47, 1–11.
(92) Zhang, S.; van Gaens, W.; van Gessel, B.; Hofmann, S.; van Veldhuizen, E.; Bogaerts, A.; Bruggeman, P. Spatially Resolved Ozone Densities and Gas Temperatures in a Time Modulated RF Driven Atmospheric Pressure Plasma Jet: An Analysis of the Production and Destruction Mechanisms. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 205202.
(93) Nagaraja, S.; Yang, V.; Yin, Z.; Adamovich, I. Ignition of Hydrogen-Air Mixtures Using Pulsed Nanosecond Dielectric Barrier Plasma Discharges in Plane-to-Plane Geometry. Combust. Flame 2014, 161, 1026–1037.
(94) Vasko, C. A.; Liu, D. X.; Van Veldhuizen, E. M.; Iza, F.; Bruggeman, P. J. Hydrogen Peroxide Production in an Atmospheric Pressure RF Glow Discharge: Comparison of Models and Experiments. Plasma Chem. Plasma Process. 2014, 34, 1081–1099.
(95) Van Gaens, W.; Bruggeman, P. J.; Bogaerts, A. Numerical Analysis of the NO and O Generation Mechanism in a Needle-Type Plasma Jet. New J. Phys. 2014, 16, 063054.
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
82
(96) Parsons, D. W.; Parsons, D. W.; Jones, S.; Zhang, X.; Lin, J. C.; Leary, R. J.; Angenendt, P.; Mankoo, P.; Carter, H.; Siu, I.; et al. An Integrated Genomic Analysis of. Science (80-. ). 2010, 1807, 1807–1813.
(97) Eramo, A.; Ricci-Vitiani, L.; Zeuner, A.; Pallini, R.; Lotti, F.; Sette, G.; Pilozzi, E.; Larocca, L. M.; Peschle, C.; De Maria, R. Chemotherapy Resistance of Glioblastoma Stem Cells. Cell Death Differ. 2006, 13, 1238–1241.
(98) Eisenberg, G. Colorimetric Determination of Hydrogen Peroxide. Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 1943, 15, 327–328.
(99) Lukes, P.; Dolezalova, E.; Sisrova, I.; Clupek, M. Aqueous-Phase Chemistry and Bactericidal Effects from an Air Discharge Plasma in Contact with Water: Evidence for the Formation of Peroxynitrite through a Pseudo-Second-Order Post-Discharge Reaction of H2O2 and HNO2. Plasma Sources Sci. Technol. 2014, 23, 015019.
(100) Satterfield, C. N.; Bonnell, a. H. Interferences in Titanium Sulfate Method for Hydrogen Peroxide. Anal. Chem. 1955, 27, 1174–1175.
(101) Anbar, M.; Taube, H. Interaction of Nitrous Acid with Hydrogen Peroxide and with Water. J. Am. Chem. Soc. 1954, 76, 6243–6247.
(102) Fox, J. B. Kinetics and Mechanisms of the Griess Reaction. Anal. Chem. 1979, 51, 1493–1502.
(103) Weckhuysen, B. M.; Heidler, R.; Schoonheydt, R. A. Electron Spin Resonance Spectroscopy. Mol. Sieves 2004, 4, 295–335.
(104) Janzen, E. G.; Blackburn, B. J. Detection and Identification of Short-Lived Free Radicals by an Electron Spin Resonance Trapping Technique. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 5909–5910.
(105) Gorbanev, Y.; O’Connell, D.; Chechik, V. Non-Thermal Plasma in Contact with Water: The Origin of Species. Chem. - A Eur. J. 2016, 22, 3496–3505.
(106) Takamatsu, T.; Uehara, K.; Sasaki, Y.; Miyahara, H.; Matsumura, Y.; Iwasawa, A.; Ito, N.; Azuma, T.; Kohno, M.; Okino, A. Investigation of Reactive Species Using Various Gas Plasmas. RSC Adv. 2014, 4, 39901–39905.
(107) Matsumura, Y.; Iwasawa, A.; Kobayashi, T.; Kamachi, T.; Ozawa, T.; Kohno, M. Detection of High-Frequency Ultrasound-Induced Singlet Oxygen by the ESR Spin-Trapping Method. Chem. Lett. 2013, 42, 1291–1293.
(108) Skehan, P.; Storeng, R.; Scudiero, D.; Monks, A.; Mcmahon, J.; Vistica, D.; Warren, J. T.; Bokesch, H.; Kenney, S.; Boyd, M. R. New Colorimetric Cytotoxicity Assay for Anticancer-Drug Screening. J. Natl. Cancer Inst. 1990, 82, 1107–1112.
(109) Vichai, V.; Kirtikara, K. Sulforhodamine B Colorimetric Assay for Cytotoxicity Screening. Nat. Protoc. 2006, 1, 1112–1116.
(110) Bekeschus, S.; Schmidt, A.; Weltmann, K. D.; von Woedtke, T. The Plasma Jet kINPen: A Powerful Tool for Wound Healing. Clin. Plasma Med. 2016, 4, 19–28.
(111) Stella, M.; Tiede, R.; Gavenis, K.; Daeschlein, G.; Bussiahn, R.; Weltmann, K.; Emmert, S.; Woedtke, T. Von; Ahmed, R. Introduction to DIN-Specification 91315 Based on the Characterization of the Plasma Jet kINPen S MED. Clin. Plasma Med. 2016, 4, 35–45.
(112) Weiss, M.; Gümbel, D.; Hanschmann, E.-M.; Mandelkow, R.; Gelbrich, N.; Zimmermann, U.; Walther, R.; Ekkernkamp, A.; Sckell, A.; Kramer, A.; et al. Cold Atmospheric Plasma Treatment Induces Anti-Proliferative Effects in Prostate Cancer Cells by Redox and Apoptotic Signaling Pathways. PLoS One 2015, 10, e0130350.
(113) Coleman, B. D.; Mizel, V. J. Thermodynamics and Departures from Fourier’s Law of Heat Conduction. Arch. Ration. Mech. Anal. 1963, 13, 245–261.
(114) Schmidt-Bleker, A.; Winter, J.; Bösel, A.; Reuter, S.; Weltmann, K.-D. On the Plasma Chemistry of a Cold Atmospheric Argon Plasma Jet with Shielding Gas Device. Plasma Sources Sci. Technol. 2016, 25, 015005.
(115) Liu, Z. C.; Guo, L.; Liu, D. X.; Rong, M. Z.; Chen, H. L.; Kong, M. G. Chemical Kinetics and Reactive Species in Normal Saline Activated by a Surface Air Discharge. Plasma Process. Polym. 2017, 14, 1–9.
(116) Wilcox, D. C. Turbulence Modelling for CFD; DCW Industries, Inc., 1993.
Plasma-vloeistofinteractie voor de plasmabehandeling van kanker: een gecombineerde experimentele en computationele studie
83
(117) Van Gaens, W.; Iseni, S.; Schmidt-Bleker, A.; Weltmann, K. D.; Reuter, S.; Bogaerts, A. Numerical Analysis of the Effect of Nitrogen and Oxygen Admixtures on the Chemistry of an Argon Plasma Jet Operating at Atmospheric Pressure. New J. Phys. 2015, 17, 033003.
(118) Sakiyama, Y.; Graves, D. B.; Chang, H.-W.; Shimizu, T.; Morfill, G. E. Plasma Chemistry Model of Surface Microdischarge in Humid Air and Dynamics of Reactive Neutral Species. J. Phys. D. Appl. Phys. 2012, 45, 425201.
(119) Sander, R. Compilation of Henry ’ S Law Constants for Inorganic and Organic Species of Potential Importance in Environmental Chemistry. Database 1999, 20, 107.
(120) Wise, D. L.; Houghton, G. Diffusion Coefficients of Neon, Krypton, Xenon, Carbon Monoxide and Nitric Oxide in Water at 10–60°C. Chem. Eng. Sci. 1968, 23, 1211–1216.
(121) Holz, M.; Heil, S. R.; Sacco, A. Temperature-Dependent Self-Diffusion Coefficients of Water and Six Selected Molecular Liquids for Calibration in Accurate 1H-NMR PFG Measurements. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 4740–4742.
(122) Johnson, P. N.; Davis, R. a. Diffusivity of Ozone in Water. J. Chem. Eng. Data 1996, 41, 1485–1487.
(123) Stewart, D. J.; Griffiths, P. T.; Cox, R. a. Reactive Uptake Coefficients for Heterogeneous Reaction of N2O5 with Submicron Aerosols of NaCl and Natural Sea Salt. Atmos. Chem. Phys. 2004, 4, 1381–1388.
(124) Antoine, M. C. Tensions Des Vapeurs: Nouvelle Relation Entre Les Tensions et Les Tempèratures. Comptes Rendus des Séances l’Académie des Sci. 1888, 107, 836–837.
(125) Tian, W.; Kushner, M. J. Long-Term Effects of Multiply Pulsed Dielectric Barrier Discharges in Air on Thin Water Layers over Tissue: Stationary and Random Streamers. J. Phys. D. Appl. Phys. 2015, 48, 494002.
(126) NIST Solution Kinetics Database http://kinetics.nist.gov/solution/.
(127) Loegager, T.; Sehested, K. Formation and Decay of Peroxynitric Acid: A Pulse Radiolysis Study. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10047–10052.
(128) Merenyi, G.; Lind, J. Free Radical Formation in the Peroxynitrous Acid (ONOOH)/peroxynitrite (ONOO-) System. Chem Res Toxicol 1998, 11, 243–246.
(129) NIST Chemical Kinetics Database http://kinetics.nist.gov/kinetics/.
(130) Winter, J.; Wende, K.; Masur, K.; Iseni, S.; Dünnbier, M.; Hammer, M. U.; Tresp, H.; Weltmann, K.-D.; Reuter, S. Feed Gas Humidity: A Vital Parameter Affecting a Cold Atmospheric-Pressure Plasma Jet and Plasma-Treated Human Skin Cells. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013, 46, 295401.
(131) Hefny, M. M.; Pattyn, C.; Lukes, P.; Benedikt, J. Atmospheric-Plasma Generates Oxygen Atoms as Oxidizing Species in Aqueous Solutions. J. Phys. D. Appl. Phys. 2016, 00, 1–35.

Universiteit of Hogeschool
Master of Science in de Chemie
Publicatiejaar
2017
Promotor(en)
prof. dr. Annemie Bogaerts
Kernwoorden
Share this on: