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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-596868
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.59686
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 27 November 2024 |
| Referee: | Prof. Dr. Sigrid Karrer and Prof. Dr. Richard Bauer |
| Date of exam: | 7 November 2024 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Dermatologie und Venerologie |
| Keywords: | Kaltes atmosphärisches Plasma, Plattenepithelkarzinom, Apoptose, Nekrose, Seneszenz, Migration, Invasion, Expressionsanalyse |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 59686 |
Abstract (German)
Seit die selektive und schmerzfreie Abtötung von Tumorzellen ohne große Auswirkung auf das umliegende Gewebe bestätigt werden konnte, gilt kaltes atmosphärisches Plasma (KAP), ein teilionisiertes Gas, welches bei Raumtemperatur agiert als vielversprechender Therapieansatz für verschiedene Tumorerkrankungen. Bei der Erzeugung von KAP entstehen reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies, denen die ...
Abstract (German)
Seit die selektive und schmerzfreie Abtötung von Tumorzellen ohne große Auswirkung auf das umliegende Gewebe bestätigt werden konnte, gilt kaltes atmosphärisches Plasma (KAP), ein teilionisiertes Gas, welches bei Raumtemperatur agiert als vielversprechender Therapieansatz für verschiedene Tumorerkrankungen. Bei der Erzeugung von KAP entstehen reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies, denen die Vermittlung einer tumorhemmenden Wirkung nachgewiesen werden konnte. Weiter wurde die Wirksamkeit von KAP bei der Behandlung aktinischer Keratosen (AK), die als Vorstufe des invasiven kutanen Plattenepithelkarzinoms gilt, bestätigt.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde der molekulare- und zelluläre Einfluss von KAP auf die oralen Plattenepithelkarzinom Zelllinien SCC-9 sowie SCC-15 und die kutane A-431 Zelllinie näher untersucht.
Ziel dieser Arbeit war es, die KAP-Behandlung mit dem plasma care® Prototyp für die ausgewählten Zelllinien im Hinblick auf das Antitumorpotential maximal effektiv zu gestalten. Allerdings muss für eine spätere therapeutische Anwendung immer auch bedacht werden, dass die Behandlung für normale Zellen möglichst schonend sein sollte. Auch die spenderabhängige Sensitivität der Zellen spielt bei der therapeutischen Wirksamkeit eine Rolle, und sollte im Rahmen dieser Untersuchungen durch Zeit- und Dosisstudien evaluiert werden. Mit Hilfe dieser präklinischen Forschungsarbeit sollten die molekularen- und zellulären Einflüsse von KAP auf SCC-Zellen besser verstanden werden, um so die Entwicklung einer effektiven KAP-Behandlung als innovativen therapeutischen Ansatz für das Plattenepithelkarzinom voranzutreiben.
Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf dem horizontalen Migrationsverhalten dieser Tumorzellen nach KAP-Behandlung am Spalt. Daneben wurde auch das vertikale Migrations- und Invasionsverhalten mittels Boyden-Kammer Assays untersucht. In Ergänzung wurde die Aktivierung von Apoptose- bzw. Seneszenz-Mechanismen nach KAP-Behandlung mittels FACS-Analytik und mit Hilfe von mRNA Expressionsanalysen von Apoptose- und Seneszenz-assoziierten Molekülen überprüft.
Die Ergebnisse dieser in vitro Arbeit zeigten eindeutig durch KAP induzierte Anti-Tumoreffekte auf. Diese konnten durch die für alle untersuchten Zelllinien einheitlich stark reduzierte horizontale Migration am Spalt nach 5 min KAP-Behandlung bestätigt werden. Ergänzt wurde das Antitumorpotential durch die Boyden-Kammer Ergebnisse, welche bereits nach einer nur 2-minütigen KAP-Behandlung für alle untersuchten Zelllinien eine reduzierte Migrations- und Invasionsfähigkeit aufzeigten. Die durchflusszytometrischen- und Expressionsanalysen konnten belegen, dass eine 5-minütige KAP-Behandlung eine erhöhte Apoptose induziert. Somit wurde ein deutlicher Nachweis für Effekte der KAP-Behandlung auf die Viabilität der untersuchten Tumorzellen geliefert. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass KAP in den untersuchten Tumorzellen zudem einen starken Anstieg von Seneszenz-induzierten Markern bewirkt. Eine allgemeine Auffälligkeit bei allen vorgenommenen Untersuchungen war die Abhängigkeit der KAP Effekte von der Dosis, die beim verwendeten plasma® care Prototyp über die Behandlungszeit reguliert wurde.
Die in dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der Wirkung von KAP auf Plattenepithelkarzinomzellen bestätigen somit Mechanismen, die für die Abtötung von Tumorzellen sowie für die Einschränkung der Zellaktivität sprechen. Um all die Wirkmechanismen von KAP vollständig zu verstehen und das therapeutische Potenzial voll auszuschöpfen, sind allerdings weitere Anstrengungen in diesem aufstrebenden Bereich der Plasmamedizin erforderlich.
Translation of the abstract (English)
Since the selective and painless killing of tumor cells without a major impact on the surrounding tissue was confirmed, cold atmospheric plasma (CAP), a partially ionized gas that acts at room temperature, has been considered a promising therapeutic approach for various tumor diseases. When CAP is produced, reactive oxygen and nitrogen species are created that have been shown to have a ...
Translation of the abstract (English)
Since the selective and painless killing of tumor cells without a major impact on the surrounding tissue was confirmed, cold atmospheric plasma (CAP), a partially ionized gas that acts at room temperature, has been considered a promising therapeutic approach for various tumor diseases. When CAP is produced, reactive oxygen and nitrogen species are created that have been shown to have a tumor-inhibiting effect. The effectiveness of CAP in the treatment of actinic keratoses (AK), which is considered a precursor to invasive cutaneous squamous cell carcinoma, has also been confirmed.
As part of this dissertation, the molecular and cellular influence of CAP on the oral squamous cell carcinoma cell lines SCC-9 and SCC-15 and the cutaneous A-431 cell line was examined in more detail.
The aim of this work was to make the CAP treatment with the plasma care® prototype as effective as possible for the selected cell lines in terms of anti-tumor potential. However, for later therapeutic use, it must always be considered that the treatment should be as gentle as possible on normal cells. The donor-dependent sensitivity of the cells also plays a role in the therapeutic effectiveness and should be evaluated as part of these investigations using time and dose studies. With the help of this preclinical research, the molecular and cellular influences of CAP on SCC cells should be better understood in order to advance the development of an effective CAP treatment as an innovative therapeutic approach for squamous cell carcinoma.
The focus of the investigations was on the horizontal migration behavior of these tumor cells after CAP treatment at the gap. In addition, the vertical migration and invasion behavior was also examined using Boyden chamber assays. In addition, the activation of apoptosis and senescence mechanisms after CAP treatment was checked using FACS analysis and with the help of mRNA expression analyses of apoptosis and senescence-associated molecules.
The results of this in vitro study clearly showed anti-tumor effects induced by CAP. These were confirmed by the uniformly greatly reduced horizontal migration at the gap after 5 minutes of CAP treatment for all cell lines examined. The anti-tumor potential was supplemented by the Boyden chamber results, which showed a reduced migration and invasion ability for all cell lines examined after just 2 minutes of CAP treatment. The flow cytometric and expression analyses were able to prove that 5 minutes of CAP treatment induces increased apoptosis. This provided clear evidence of the effects of CAP treatment on the viability of the tumor cells examined. Furthermore, it was shown that CAP also causes a strong increase in senescence-induced markers in the tumor cells examined. A general conspicuous feature in all the studies carried out was the dependence of the CAP effects on the dose, which was regulated over the treatment time in the plasma® care prototype used. The findings obtained in this dissertation regarding the effect of CAP on squamous cell carcinoma cells thus confirm mechanisms that support tumor cell killing and cell activity restriction. However, further efforts are needed in this emerging field of plasma medicine to fully understand all of the mechanisms of action of CAP and to fully exploit its therapeutic potential.
Metadata last modified: 27 Nov 2024 08:24
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