【《大气压冷等离子体皮肤伤口愈合研究进展文献综述》3200字】

大气压冷等离子体皮肤伤口愈合研究进展文献综述大气压冷等离子体是近年来得到快速发展的一门新技术，已经广泛应用到很多领域。大气压冷等离子体是由大量带电粒子（如电子、离子）、自由基、分子、电中性原子和紫外线组成的部分电离气体[5]。等离子体中富含丰富的活性氧粒子（ROS）和活性氮粒子（RNS）如H2O2、NO2−、NO3−、O3、ONOO−、OH和O2−，这些活性氧氮粒子在生物医学应用中扮演重要的角色[66,67]。皮肤是包在身体表面，人的身体器官中最大的器官。皮肤作为人体的第一道屏障，直接同外界环境接触，具有保护、排泄、感受外界刺激和调节体温等作用的一种器官。皮肤的结构可分为表皮、真皮、皮下组织。其中角质形成细胞是表皮中的主要细胞，成纤维细胞是真皮中所包含的主要细胞，另外真皮中也包含了皮肤中的血管和神经。人的伤口愈合是一个极其复杂的过程，伤口愈合进程会在受伤后立即通过激活身体的多条生物途径被诱发[68,69]。根据伤口愈合时间的长短，伤口一般分为慢性伤口和急性伤口[70]。很多情况下都能够造成急性伤口，例如钝器伤、擦伤、刀伤、贯穿伤以及其它一些皮肤损坏。慢性伤口包括糖尿病足溃疡，压疮和腿溃疡。伤口愈合涉及复杂的细胞和生化过程，包括止血期、炎症反应期、增殖期和成熟期或重构期。其中炎症期也是最为关键的一个阶段，包括炎性细胞的募集和凋亡、促炎和抗炎细胞因子的合成和释放。如果皮肤伤口在炎症期受到抑制，将导致伤口愈合迟缓或者愈合不良，所以及时清洗伤口，防止伤口感染是促进伤口愈合的关键一步。大气压冷等离子体温度接近于室温，不会对组织或细胞造成热损伤，并且可以实现快速、高效、无痛的消毒，近年来其在伤口愈合领域得到广泛的关注与应用。等离子体已经被证明对多种细菌有灭活作用，包括一些伤口易感染的细菌。例如Wang等人研究了不同激活时间活化水对铜绿假单胞菌的灭活作用[71]。该研究结果表明，600秒的激活时间下活化水能够灭活大部分铜绿假单胞菌。另外Traylor等人研究了等离子体活化液对大肠杆菌的灭活影响，发现在激活时间为20min情况下，细菌和活化液共培养15min能够杀灭大部分大肠杆菌[72]。与临床用在伤口上的抗菌药物不同，CAP多次治疗细菌之后并不会表现出任何的抗药性。Li等报道CAP对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌生物膜有较好的灭活效果[31]。Maisch等也证明了CAP能够较好的消灭猪皮样品上的耐药金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，并没有对样品无细胞损伤[73]。伤口愈合的第三阶段主要是细胞的增殖和血管的形成。角质形成细胞和成纤维细胞是伤口愈合的两种关键细胞，有研究表明，适当剂量的等离子体可以促进角质形成细胞和成纤维细胞的增殖和迁移（如图1-8），并诱导与伤口愈合相关的基因的表达，如I型胶原、转化生长因子（TGF-β1）和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）[38,74,75],进而促进伤口的愈合。因为真皮中有很多的血管，所以皮肤伤口的愈合必然伴随新的血管的生成。有很多研究表明，冷等离子体能够促进伤口部位的血管生成，新的血管网络和增强的毛细血管流动增加了局部血氧饱和度和营养供应，从而也促进了伤口的愈合[76,77]。Krishna等研究表明非热介质阻挡放电等离子体可以通过其产生的ROS诱导成纤维细胞生长因子2（FGF-2）的释放来促进血管的形成[78]。Hirata等用小鼠烧伤模型研究了等离子体促进伤口愈合的过程，发现等离子体处理后，小鼠伤口愈合得到了改善，新生血管的数量增加了[79]。Kim等通过血管造影成像方法观察了伤口愈合过程中CAP处理诱导的血管生成。结果显示，CAP的处理诱导了伤口边界周围的血管生成[76]。到目前为止，除了在体外探究CAP对伤口愈合的作用，也有很多研究者通过构建各种伤口的动物模型来探究CAP在伤口愈合过程的作用。慢性创面是糖尿病患者的主要并发症，Li选用遗传性糖尿病小鼠作为慢性创面愈合的动物模型，研究发现氦气等离子体可促进糖尿病小鼠创面产生和释放多种生长因子，如血管内皮生长因子和转化生长因子-β，调节血管生成、再上皮化、成纤维细胞再分化和细胞外基质重塑[80]。细菌感染是皮肤溃疡难以治愈的主要原因，溃疡中存在的许多菌株对常规抗菌治疗的耐药性越来越强[81]。Isbary等人曾报道了大气压氩气等离子体在减轻病人慢性溃疡创面微生物感染方面的作用，证实了其可显著降低感染，且两分钟的等离子体治疗足够减少微生物负荷，促进慢性伤口的愈合，且无副作用产生[82,83]。目前也有很多研究者使用大小鼠造急性伤口模型，探究等离子体对皮肤急性伤口的作用。Hung等人表明短期、低剂量的等离子体可以加速大鼠背部皮肤伤口的愈合，且对大鼠器官没有产生毒性[84]。Alcantara等发现氩气和氦气等离子针头联合治疗可加速小鼠体内皮肤急性伤口愈合[85]。Schmidt等使用氩气等离子体探究了CAP对小鼠耳部全层创伤模型的伤口愈合效果，结果发现CAP加速了伤口的上皮化进程[38]。除了目前的动物实验，研究者们也开展了一些临床实验。微波等离子体炬MicroPlaSter是世界上第一个用于临床试验的等离子体源。Isbary等使用名为MicroPlaSterα的第一代产品，对对36例患者的38例慢性感染伤口除了标准伤口护理外进行每天5分钟的CAP治疗，结果发现CAP显着减少伤口上（34%）的细菌载量并且没有任何副作用[82]。下图1-9显示了Heinlin使用MicroPlaSterβ的改良版产生的冷大气氩等离子体治疗小腿发炎性溃疡的结果，其中图1-9(a)是治疗前的对照组，图1-9(b)和(c)分别是接受12次和20次等离子体治疗后的结果，结果显示CAP可导致慢性溃疡的更快闭合。等离子体应用在伤口愈合领域已经成为一个热点，虽然现有不少研究已经表明一定剂量的等离子体可以促进伤口愈合，但大多研究还是在实验室研究阶段。要想将大气压冷等离子体广泛的应用到伤口愈合领域，还有很多需要解决的问题，比如等离子体促进愈合的详细机制、装置的稳定性、适用不同的治疗场景和合适的治疗费用等。现有的等离子体产生系统普遍比较复杂和庞大，不易操作并且极大的限制了其的应用场景。我们考虑到对于野外战争伤口，笨重的等离子产生系统不易移植到战场使用，且等离子体直接处理达不到战地伤口清创的目的。另外在一些资源匮乏的地区，缺乏常规的预防伤口感染药物，所以新颖的廉价的伤口处理方法需要被发倔。本文基于以上存在的问题开展了相关的研究。图1-8角质形成细胞(a)和成纤维细胞(b)划痕试验来监测体外培养的人工伤口愈合情况[38]。图1-9冷大气氩等离子体治疗小腿发炎的溃疡[35]参考文献[1]CrookesW.Onradiantmatter:ALecturedeliveredtotheBritishAssociationfortheAdvancementofScience[J].AmericanJournalofScience,1879,18(3):241-262.[2]LewiT,IrvingL.OscillationsinIonizedGases[J].PhysicalReview,1929,33(2):195-210.[3]YanD,ShermanJH,KeidarM.Coldatmosphericplasma,anovelpromisinganti-cancertreatmentmodality[J].Oncotarget,2017,8(9):15977-15995.[4]WalshJ,ShiJJ,KongMG.Contrastingcharacteristicsofpulsedandsinusoidalcoldatmosphericplasmajets[J].AppliedPhysicsLetters,2006,88(17):171501-171501-3.[5]邵涛,章程,王瑞雪等.大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J].高电压技术,2016,42:685-705.[6]AyanH,FridmanG,StaackD,etal.HeatingEffectofDielectricBarrierDischargesforDirectMedicalTreatment[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2009,37(1):113-120.[7]ErofeevM,KieftIE,SosninEA,etal.UVExcimerLampIrradiationofFibroblasts:TheInfluenceonAntioxidantHomeostasis[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2006,34(4):1359-1364.[8]HeTT,LiuDX,LiuZJ,etal.Themechanismofplasma-assistedpenetrationofNO2-inmodeltissues[J].AppliedPhysicsLetters,2017,111(20):203702.[9]LiuDX,LiuZC,ChenC,etal.Aqueousreactivespeciesinducedbyasurfaceairdischarge:Heterogeneousmasstransferandliquidchemistrypathways[J].ScientificReports,2016,6(1):23737.[10]PavlovichMJ,ChangHW,SakiyamaY,etal.Ozonecorrelateswithantibacterialeffectsfromindirectairdielectricbarrierdischargetreatmentofwater[J].JournalofPhysicsDAppliedPhysics,2013,46(14):145202.[11]ReuterS,WinterJ,IseniS,etal.TheInfluenceofFeedGasHumidityVersusAmbientHumidityonAtmosphericPressurePlasmaJet-EffluentChemistryandSkinCellViability[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2015,43(9):3185-3192.[12]FridmanG,FriedmanG,GutsolA,etal.AppliedPlasmaMedicine[J].PlasmaProcesses&Polymers,2008,5(6):503-533.[13]KongMG,KroesenG,MorfillG,etal.Plasmamedicine:anintroductoryreview[J].NewJournalofPhysics,2009,11(11):115012.[14]JhaN,RyuJJ,ChoiEH,etal.GenerationandRoleofReactiveOxygenandNitrogenSpeciesInducedbyPlasma,Lasers,ChemicalAgents,andOtherSystemsinDentistry[J].OxidativeMedicine&CellularLongevity,2017,2017:7542540.[15]GravesDB.Theemergingroleofreactiveoxygenandnitrogenspeciesinredoxbiologyandsomeimplicationsforplasmaapplicationstomedicineandbiology[J].JournalofPhysicsDAppliedPhysics,2012,45(26):263001.[16]HalliwellB,JohnMC,Gutteridge.FreeRadicalsInBiologyandMedicine[J].jour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