冷大气等离子体（CAP）是一种具有无限意义的新技术，可用于医疗领域，在不损害活体组织的情况下提供无创的体内应用。CAP可以通过减少每相高能电子的浓度以及利用气体循环和大气冻结等离子体中的分子/原子（不带电荷）来获得，其中包括各种带电和中性反应实体、紫外线、电流和场等，它们以多种不同的方式对细胞材料产生影响。由等离子体产生的活性氧 （ROS） 和活性氮 （RNS） 基本上会引起生物学和治疗上有利的等离子体效应。CAP具有多种重要的生物学功能，包括病原体失活、诱导组织修复和细胞繁殖、通过触发细胞凋亡湮灭等。定义了几个基本概念，即使仍然没有正确确定等离子体对生物分子影响的精确过程。根据RNS和ROS在等离子体发射反应中的生物合成，本综述描述了等离子体治疗中的几个方面，特别是在抗胶质母细胞瘤、神经分化和神经保护方面，以及CAP在医学领域的各种应用，用于治疗SARS-CoV-2、癌症治疗以及慢性和急性伤口。此外，还强调了干细胞、牙科药物、皮肤病学的增殖，并简要介绍了 CAP 设备及其风险因素。

Bhattacharjee, Bedanta, et al. "Cold Atmospheric Plasma: A Noteworthy Approach in Medical Science." Sciences of Pharmacy 2.2 (2023): 79-103.

一、介绍

等离子体是物理学中继固体、液体和气体之后的第四种物质，起源于强大的电子场。由此产生的部分电离气体由电子和离子、激发物质、反应分子、紫外线辐射和电场的极导电组合组成。它通常先于大量发热。这种温暖是通过与激发、电离和分解作用相关的电子和气体分子的相互作用释放的。几十年来，等离子体已用于医疗保健、去污、凝固或烧灼，以及美容医学 （1）。等离子体分为非热等离子体、高温等离子体或热等离子体 （2）。高温等离子体中的所有粒子（重粒子和电子）都具有相当的热量，表明它们是热平衡的。热（准平衡等离子体）是等离子体内部热平衡的唯一域。归根结底，非热-非平衡等离子体包含不热平衡的成分，这种等离子体被称为“冷等离子体”（3）。

等离子体通常是在真空中形成的，或者非常热，因此不适合在活细胞中使用。等离子体研究的最新进展创造了冷大气等离子体 （CAP），可实现大气参数并提供非侵入性体内应用而不会损坏组织。在这里，“冷”表示等离子体设备通常在低于 40°C 的温度下运行，或者等离子体的给药以脉冲方式进行，从而消除了在特定部署间隔内对组织的加热。CAP可以通过减少每相高能电子的浓度（对于表面微放电[SMD]器件，需要1千赫兹[kHz]）和利用气体循环和大气冻结等离子体中的分子/原子（不带电荷）来获得（例如，在MicroPlaSter割炬中[Adtec Plasma Technology Co. Ltd.，London，UK]）（4).CAP 的有效性归因于其众多成分，如活性氧和氮物质 （RONS），它们在生物和经济环境中表现出有益的作用 （5， 6）。在大气参数下产生冷等离子体的几种策略中，CAP 设备的两个主要方面主导着等离子体疗法的临床和临床前探索：等离子体射流和介电势垒放电 （DBD） （7）。DBD的区别在于，在高压绝缘电极和待处理对象（体积DBD）之间的空隙中点燃等离子体，或在与对电极绝缘的个性化电极结构方法（例如，网格状或圆形）中（表面DBD）。在最后一种情况下，活性等离子体与要用药的对象没有直接联系。DBD 中用于等离子体生产的工作气体通常是环境空气 （8）。尽管 CAP 有助于降低微生物负荷，但它缺乏低压等离子体的灭菌和消毒特性 （9）。值得注意的是，CAP的温和作用允许立即对组织和细胞施用。它降低微生物菌株的能力使其成为替代抗生素和对抗抗生素耐药菌株的可行选择 （10）。CAP生成系统的另一个重要好处是其低廉的生产率。因此，负担得起、有效且更便宜的 CAP 设备几乎肯定会减轻传统治疗对医疗保健预算的成本负担 （4）。这些 CAP 的一个显着优点是它们保留了杀病毒、抗真菌和抗菌（杀孢子）活性 （11）。当耐受性似乎更加困难时，特别是考虑到微生物耐药性增加引起的全球卫生问题，这些方面诉诸于变革性的未来技术（12）。在这篇综述中，我们将重点介绍CAP在医学领域的各种应用，用于治疗SARS-CoV-2、神经系统并发症、癌症治疗以及慢性和急性伤口。此外，干细胞、牙科药物和皮肤病学的增殖。此外，还简要介绍了CAP设备及其风险因素。

二、CAP的制备技术

低外加电场和高电子中性碰撞频率使得在大气压下产生非热等离子体变得困难。好消息是，多年来出现了许多应对挑战的策略。如前所述，冷等离子体是使用各种程序在露天创建的。一些例子包括电晕放电、大气压等离子体射流和介电势垒放电。CAP 等离子体可以使用多种工作气体产生，包括氮气、氩气、氦气、氦氧混合气、空气等。本节简要总结了在 CAP 中生产等离子体的最流行方法。

1、介电势垒放电 （DBD）

DBD 采用交变或脉冲电场，是生产 CAP 等离子体的常用方法。顾名思义，用于产生放电的两个电极之一必须具有介电盖。介电层的作用是降低放电电流并防止火花或电弧转变 （13）。由于放电过程中没有噪音，DBD通常被称为“无声”放电。在 DBD 中，电极间隙通常在 0.1 毫米到几厘米之间。DBD 使用各种介电材料，包括玻璃、石英、陶瓷、聚合物等。放电电流必须由具有足够高击穿强度的介电层绝缘，以防止火花或电弧。然而，较厚的层需要更大的电压。因此，需要权衡取舍。

在大多数情况下，在电极设置周围构建一个腔室，因此可能会在电极之间的空间中引入不同的气体混合物 （14）。DBD 通常用于工业环境，由工作在 kHz 的高压源驱动。DBD 可以以各种方式设置，但核心思想保持不变。它们可以是扁平的平行板，由圆柱体或电介质隔开，也可以是同轴板，在它们之间包含介电管。最近，Fridman等人创建了一种带有浮动电极的DBD。就像原来的 DBD 一样，这个有两个电极：一个有源电极和一个高压绝缘电极 （15）。浮动电极-DBD （FE-DBD） 的第二个电极未接地，使其与 DBD （16） 区分开来。您可以使用人体皮肤、样品或其他任何东西作为第二个电极。带电电极必须相对靠近第二个电极的表面才能触发放电。

在环境压力下，DBD的放电通常是不均匀的丝状，这可能导致样品处理不均匀。这些灯丝的动态分散决定了放电的视觉外观。然而，如果满足适当的条件，DBD 可能会产生弥漫性、均匀的等离子体而不是丝状等离子体 （17）。许多研究小组已经成功地创造了弥漫、均匀、大气压辉 DBD 等离子体。开始 Townsend 细分以创建发光 DBD 而不是流光细分。为了在较弱的电场中发生雪崩并防止正空间电荷的扩散，在击穿之前，间隙中必须有足够的初始种子电子。DBD中给定电压相的前半部分的剩余物质为随后的放电过程提供了种子电子或升高的初始场。这种现象被称为“记忆效应”（16）。图 1 显示了几种流行的 DBD 电极设计。

图 1.具有（A）平面DBD和（B）圆柱形DBD的多个电极排列DBD图。

2、大气压等离子体射流 （APPJ）

大气压等离子体射流（非热）是医学中产生CAP的适应性最强的方法之一。由于它们产生的等离子体不受电极的任何限制，因此它们可用于对任何形式或大小的物体进行直接治疗。因此，它们可以将等离子体产生的必要的活性短寿命自由基和带电粒子输送到处理过的材料中。文献中记录了各种等离子体射流构型产生 CAP 等离子体 （18）。有几种不同的方法可以对 CAP 等离子射流进行分类。一些作者根据电源的激励频率将CAP等离子体射流分为几类。该频谱涵盖了从直流到GHz的整个范围。根据各自的机制，我们有脉冲直流等离子体射流、单电极 （SE） 射流、微波驱动等离子体射流、直流等离子体射流、射频操作等离子体射流、KHz 操作等离子体射流、介电势垒放电 （DBD） 射流、无介电电极 （DFE） 射流和类似 DBD 的射流是四个主要类别。

图2.（A）DFE射流、（B）DBD射流、（C）DBD样射流和（D）SE射流的常见电极排列。

图2（a）显示每个DFE射流包括一个内部供电的电极和一个外部接地的电极。两个电极之间没有任何东西可以充当电介质。这种射流的气体温度相对较高，需要冷却水以确保其持续运行。如果不满足喷气机的正常运行环境，电弧总是可能的。DFE喷气机的直接药用是不可行的。射频 （RF） 能量用于为其供电 （19）。DBD射流中的等离子体不与任一电极接触，因为它们之间存在介电层。这种等离子射流的能量需求很浅（几瓦）。用这些等离子体射流电弧并不危险，因此非常适合在生物医学环境中使用。kHz 交流电和脉冲直流电的输入可以为 DBD 射流供电。DBD射流的常见电极排列如图2（b）所示。当等离子体不与任何东西接触时，类似DBD的等离子体射流的放电看起来非常相似。没有绝缘介质将活性电极与处理过的物质分离。这些射流中的等离子体可能具有很强的反应性，并且可以比传统的等离子体加速器接收更多的功率。如果可以防止电弧，这种喷气机有其好处，并且出于安全原因，这些小工具在医疗领域使用时需要特别小心，因为它们由 kHz 交流、射频或脉冲直流源供电。图 2 （c） 描绘了类似 DBD 的等离子体射流的标准设置 （20）。SE 和类似 DBD 的射流之间的一个关键区别是介电管外没有电极。这些喷射器兼容直流、kHz 交流、射频和脉冲直流电源。电火花的可能性使这些喷射器不适合在医疗领域使用。SE等离子射流的基本电极设置如图2（d）所示。当通过快速摄影观察时，CAP等离子体射流产生的等离子体揭示了其真正的离散特性，尽管它肉眼看起来是均匀的。等离子体体积中有一个类似“子弹”的结构，它以超过 10 公里的 s-1 的速度行进。Lu 等人使用了脉冲直流等离子体射流，Teschke 等人使用了射频驱动的等离子体射流，并且是第一个报道等离子体射流离散特性的人 （21， 22）。

3、电晕放电管 （CDT）

在电晕放电中，电场在边缘电极附近最强，并且随着距离的延长而迅速减弱，表明处于非平衡状态。由于电场的局域性，气体在尖锐电极附近碎裂 （23）。形成了导电区，但电场不足以触发相邻物体的电碎片。如图3所示，不对称电极对配置（例如线对圆柱形电极或点对平面）可能会产生这种不均匀的电场。根据高压电极的极性，存在两种不同形式的电晕放电。在物理学方面彼此不同的是电晕放电，它可以是正的，也可以是负的。电子和离子之间巨大的质量差异导致了这种效应。电子应被拉到高压电极上，使电晕为正离子，而正离子必须偏转。靠近电极的气体被光电离，产生二次电子。将电子吸引到电极上会引发链式反应，涉及电子与中性气体分子的非弹性碰撞 （20）。相反，HV电极的发射发生在负电晕中。在这里，电极表面的光电作用主要负责产生二次电子。

Townsend 分析或类似的东西可能会描述这个过程。碰撞产生的电离导致电子雪崩成倍增加。当我们远离电极时，负离子会积聚，电场会减弱。因此，这些区域的电离较少。为放电电晕供电的可能是脉冲电压、交流电 （AC） 或直流电 （DC）.医疗表面处理、细菌灭活、材料加工、电子照相、净水、复印机、伤口愈合、臭氧合成等，只是其使用的众多领域中的一部分。这种等离子体在治疗各种医疗设备和材料方面具有很大的多功能性，例如药瓶，手术服，导管管，注射器桶，静脉输液管等（20,23）。

图3.常见的电极排列方式为（A）点对平面和（B）线对圆柱体布置。

 三、CAP在SARS-CoV-2治疗中的应用

一种称为 2019 冠状病毒病 （COVID-19） 的新型病毒性疾病由冠状病毒 2 引起，并导致严重急性呼吸系统综合症 （SARS-CoV-2） （24-26）。SARS-CoV-2带来了一种非常罕见的大流行，调查显示，有毒的病原体可以在各种外表面（如金属，纸板和塑料）上存活数段（27,28）。 人们从受污染的表面感染SARS-CoV-2的风险很大，因此通过寻找新的灭活技术来阻止传播周期至关重要。在大气压和环境热量下起作用的冷大气等离子体（CAP）可以安全有效地固化均匀和复杂表面上的污染物（29,30）。 活性氧和氮物质 （RONS） 是 CAP 的众多部分之一，它们在生物和工业用途中表现出积极行为，也是该物质有效性的原因 （31-33）。在最近的一项调查中，Chen 等人使用 CAP 管理使 SARS-CoV-2 在各种表面上失活，包括篮球、棒球和足球中使用的金属、塑料、纸板和复合皮革 （31）。CAP具有巨大的潜力，可以作为一种安全有效的方法，阻止病毒和疾病在经常与人接触的各种表面上传播。

对受病毒污染的表面进行多次氦气或氩气等离子体处理。感染病毒但未与等离子体接触的表面也被用作对照。使用 100 μL DMEM 培养基从表面提取含有病毒的 SARS-CoV-2 标本。在 96 孔系统中，测定了收集的 SARS-CoV-2 标本的发生率。在将 100 μL 稀释的病毒注射液引入平板之前，将每个收集的标本依次稀释 10 倍。在感染后三到四天评估了这些板是否有病毒细胞致病影响 （CPI） 的证据。在确定每个标本的病毒强度时，检测并考虑在最低病毒浓度下检测 CPI 呈阴性的平板 （34）。感染 SARS-CoV-2 的 Vero-E6 细胞具有病毒性细胞病变影响。氩气 （Ar） 喂养的 CAP 疗法可在不到 3 分钟的时间内灭活表面上的每个 SARS-CoV-2 实例。更准确地说，在暴露 30 秒后，金属表面显示出去污迹象。在由塑料和皮革制成的足球场上，大多数数据点都表明，在半分钟和一分钟的治疗中，病毒可以灭活。对于60-s的治疗，纸板和篮球等表面有效地灭活了病毒;很少有数据点显示 30-s 治疗的这种影响。进一步的测试表明，用于口罩的棉织物同样可以灭活病毒。研究发现，材料成分、粗糙度和吸收率是SARS-CoV-2通过CAP表面失活的三个关键因素。作者发现，即使在 300 秒时，氦 （He） 喂养的等离子体也无法完全根除金属和塑料表面上的 SARS-CoV-2，这与 Ar 喂养的等离子体相比。这可能是因为在相同操作条件下，氦气等离子体的RONS水平明显低于氩气等离子体。在 250 和 5000 ms 的曝光期，光学发射光谱用于检测 Ar 馈送和氦馈馈送的等离子体射流。因此，RONS 浓度会显著影响 SARS-CoV-2 失活 （35）。

四、CAP在神经系统并发症治疗中的应用

任何影响大脑，周围神经系统或植物神经系统的疾病都被称为神经系统疾病，例如创伤，脊髓损伤，创伤性脑损伤以及帕金森氏症和阿尔茨海默氏症（36）。由于克隆技术的进步和神经干细胞 （NSC） 的提取，中枢神经组织 （CNS） 移植已成为神经创伤和神经系统疾病最重要的有趣疗法之一。这些程序对某种细胞类型分化的选择性不足，并且有可能在移植后产生化学毒性和神经胶质瘢痕形成。自二十年前CAP问世以来，等离子体医学已受到全球研究人员的广泛关注（37）。在目前的研究中，Jang等人证明，依赖于DBD的CAP有效地触发了体外和斑马鱼的神经进展。这些发现为未来几年管理神经功能障碍提供了希望（38）。

此外，他们还探索了CAP回路与负责神经元发育的ERK / Ras/ Trk信号系统之间的分子和化学相互作用。在这项工作中，使用重组斑马鱼（Danio rerio）胚胎和鼠神经母细胞瘤衍生的细胞系（即Neuro 2A（N2a））进行体内分析。使用 DBD 等离子体进行治疗，工作气体组合为 O2 和 N2，功率输入为 1 瓦。光子治疗24小时后，CAP处理的N2a细胞直径大于幼稚细胞的4倍以上，最大神经长度近70 mm，平均为46.3±1.5 mm。多巴胺能 （DA） 神经细胞是中枢神经系统中多巴胺的主要来源，在调节多种神经机制方面具有重要意义，是经历终末增殖成为发育神经细胞的 NSC 的一部分。此外，帕金森病与DA神经元的丢失密切相关（38）。重组斑马鱼胚胎在体内受到1分钟的CAP暴露攻击，结果显示体外研究结果在生物学上也很有趣。绿色荧光蛋白 （GFP） 仅在有丝分裂后成熟神经细胞中表达。潜伏期 6 小时后，GFP 活性继续升高并保持长达 33 小时。受精后 36 小时后，胚胎接受 CAP，6 小时内成熟斑马鱼的中枢神经系统中明显出现 GFP+ 发育的神经细胞。据报道，在暴露于 CAP 的后期胚胎中，发育的 GFP+ 神经细胞增加了 1.17 倍。

关于等离子体疗法的生理学方法，研究人员发现，一氧化氮是一种艰巨的细胞外信使。相比之下，胞质 H2O2 和线粒体 O2 共同充当 ROS 的信使，在整个 CAP 介导的神经增殖过程中，ROS 在与细胞相互作用中发挥重要作用 （38）。另一个研究小组使用微等离子体喷射装置作为单独的 CAP 源，在相关研究中成功诱导 NSC 体外分化 （39）。在之前的研究中，原代大鼠 NSC 和 C17.2 永生化神经祖细胞系表现出快速有效的 NSC 成熟。此外，Jang等人的研究改善了啮齿动物对特定类型发达神经细胞的神经成熟，这对于即将使用CAPs缓解神经系统疾病来说是一个重大突破。与使用血清剥夺、白藜芦醇或视黄酸的传统化学方法相比，CAP 增强的 NSC 和祖细胞成熟具有很多回报。这一新的观察结果表明，使用 CAP 的成熟速度提高了 2-3 倍，并证明了成熟效率提高了 2-2.5 倍。

有趣的是，帕金森病治疗中特别需要的DA神经细胞构成了CAP诱导的发达神经细胞的70%。此外，通过改变等离子体源工具、工作气体、输入功率或电源来操纵等离子体也很简单。等离子体剂量显着影响等离子体产生的生物学结果：总体而言，小等离子体剂量可以促进细胞运动、成熟和增殖，而过量的等离子体剂量会导致细胞凋亡。据报道，CAP在体内和体外对治疗细胞都是安全的（40）。因此，这种快速、可预测、单步、有效的加速和靶向神经细胞成熟的程序将成为治疗神经功能障碍的合理潜在治疗方法。

五、CAP在癌症治疗中的应用

更成功的癌症治疗的潜在方法是 CAP。然而，它对癌细胞的最终影响是耐人寻味的。癌细胞产生较高的 ROS 和 RNS 会导致细胞凋亡，即使这会增强其增殖潜力 （41）。然后，CAP将其提高到癌细胞被杀死的程度。健康细胞应该能够承受由于双链断裂和抗氧化系统改变而导致的这种损伤增加（42）。癌细胞还含有更多的水通道蛋白，使ROS和RNS更容易进入细胞（43,44）。膜的脂质组成也会影响 ROS 和 RNS 扩散到细胞中的程度 （45）。由于癌细胞通常具有较低的胆固醇水平，因此它们更容易受到过氧化（46）。然后，由于膜脂质过氧化，细胞膜会形成更大的穿孔，从而促进 ROS 和 RNS 更自由地穿透 （47）。对该途径潜在功能的概述强调，对癌细胞施用CAP会引发一系列生物反应。引发癌细胞死亡的主要因素是自由基中间体的增加。在这种情况下，DNA 和线粒体功能障碍、细胞死亡、细胞周期破坏、生长停滞和免疫原性诱导细胞凋亡是特定反应 （48）。然而，真正的结果是剂量依赖性的（49,50）。 在一项初步研究中，Keidar 等人评估了 CAP 在治疗肿瘤方面的疗效 （51）。健康的细胞系保持粘附。然而，他们最初报告说，在 CAP 给药后，皮肤癌细胞系从生长培养基中分离出来，这降低了它们的数量 （51）。Kaushik 等人随后研究了 MRC5、HEK293、A549 和 T98G 细胞系的等离子体释放作用，揭示了 ROS 对肿瘤细胞致死率的影响 （52）。

通过评估癌细胞系相对于非癌细胞系的有效性，研究人员证明HEK293和MRC5没有显着改变。ROS 和 H2O2 的等离子体释放改变了线粒体基质的状态。结果，内在的凋亡级联反应被激活，提高了促凋亡基因的整体活性，降低了抗凋亡基因的表达。MAPK/ERK1/2 细胞信号传导功能的蛋白水平也发生了变化。使用ROS清除剂，可以防止由此产生的影响。正常细胞和癌细胞具有不同的代谢特性。具体来说，核酸、蛋白质和脂质大分子是在启动肿瘤细胞变化和整合简单碳时形成的。因此，会产生次级代谢物，癌细胞可能会利用这些代谢物进行发育和增殖 （53）。Xu 等人研究了异常癌细胞代谢过程的 CAP 结果 （54）。根据 GC-TOFMS（气相色谱-飞行时间质谱法）和 KEGG（京都基因和基因组百科全书）研究，白血病细胞显示出不同的谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸代谢。

此外，在CAP治疗后，研究人员报告了肿瘤细胞中的谷氨酰胺酶功能下降。结果，更少的谷氨酰胺被代谢成谷氨酸。与谷氨酰胺聚集相关的谷氨酸缺乏会阻碍白血病细胞增殖并可能诱导细胞凋亡 （54）。CAP装置的优势，包括其抗肿瘤功效，在实验动物和细胞系的研究中得到了一致的证明。根据研究，胶质母细胞瘤细胞系降低了等离子体治疗后的存活率。该研究还表明，替莫唑胺（一种烷化药物）耐药细胞系恢复了其反应性 （55）。此外，一些出版物声称 CAP 治疗导致不同的癌性脑细胞系失去存活能力并诱导细胞死亡 （56）。

原发性肺癌 TC-1 细胞系观察到等离子体释放后凋亡细胞死亡。尽管程度要小得多，但在成纤维细胞系中也观察到了这一点 （57）。然而，减少等离子体工具的占地面积以促进在最深的结构和病变中更简单的CAP应用的想法是该研究的重大贡献。在这里，直径范围为125-440μm的装置产生的等离子体释放负责诱导细胞死亡。μCAP 工具最好应用于体外胶质母细胞瘤细胞系和患有脑肿瘤的小鼠 （58）。在第二种情况下，从 70 μm 工具中释放的等离子体提高了 ROS 和 RNS，显着降低了 U87MG 神经胶质瘤细胞的存活率。除了将等离子体放电应用到小鼠大脑的颅内内窥镜通道中外，该技术确实能够抑制癌症进展（58）。然后，研究人员调整了工具变量，以最有效地治疗乳腺癌和脑恶性肿瘤（59）。当将 4T1 乳腺细胞系皮下引入实验动物时，体内等离子体作用被证明存在。将直径为250μm的CAP工具的等离子体放电应用于源自此类细胞系的小鼠身体恶性扩增。有趣的是，等离子体输送减少了癌症生长 3 分钟，相当于治疗。细胞阶段促凋亡至抗凋亡基因表达的比例也发生了显著变化 （60）。Mashayekh 等人研究了 CAP 在体外和体内对治疗小鼠黑色素瘤 B16/F10 细胞系的作用 （61）。他们的研究表明，大多数细胞系失去了存活率，动物模型中的恶性肿瘤显着压缩。接受 3 分钟的 CAP 治疗后，细胞系结果在 48 小时内显示，体内肿瘤压缩与癌症治疗相当。总之，由于等离子体最方便地进入皮肤结构，因此之前进行了 CAP 对皮肤癌治疗影响的评估。例如，在CAP治疗后，G361恶性细胞的活力降低并与界面分离。黏着斑激酶 （FAK） 减少、整合素激活和肌动蛋白丝结构修饰在这些细胞中。这一发现支持细胞外基质 （ECM） 和整合素之间的连接可能有助于等离子体介导的细胞凋亡的理论 （62）。

表 1.CAP的体外肿瘤治疗用途概述。

利用与抗 FAK 抗体偶联的含等离子体纳米颗粒，特异性增强 CAP 对黑色素瘤细胞的抗肿瘤作用变得可行 （63）。还对 MCF-7 乳腺癌细胞进行了研究。初步研究结果表明，由于细胞凋亡加速，CAP治疗降低了细胞存活率（64）。后来，Ninomiya 等人报道了 CAP 如何引发 50% 的乳腺细胞系损伤，无论这些细胞系是非侵入性 MCF-7 还是侵袭性 MB-231 细胞系 （65）。最终，从人乳腺癌细胞转移中分离出的细胞显示出 CAP 的抗肿瘤作用 （65）。结肠癌细胞系 LoVo、SW480 和 HCT-116 一直是进一步研究的主题。CAP 给药后，这些细胞的存活率降低，随后细胞运动降低，B-连环蛋白自磷酸化增加 （66）。Ishaq 等人后来发现 Akt1/Nox2 级联反应被 CAP 疗法激活，以促进多个结直肠细胞的凋亡 （67）。此外，该研究表明，仅仅通过阻断 Srx/Nrf2 信号传导，HT29 细胞系对 ROS 诱导的癌症死亡率的抵抗力可能会降低。此外，挑战CAP的异质性肿瘤球体表现出抗肿瘤特性，可能以剂量依赖性方式模仿肿瘤微环境。在这种 CAP 处理后，球状体 Ki67 水平降低，DNA 损伤增加 （68）。此外，CAP在宫颈癌和子宫癌中的应用已在许多研究中进行了检查，特别是使用HeLa细胞。在 CAP 治疗期间，由于 ROS 升高以及 p38 和 c-Jun N 末端激酶 （JNK） 机制的修饰，这些细胞中也会出现细胞凋亡活性 （69）。膜脂质过氧化携带的细胞崩解是这种现象的另一个报道解释。还研究了CAP工具的白血病细胞系应用。但是，CAP在治疗环境中的潜在用途尚不清楚，因此找到最有效的使用方法需要更多的研究。此外，CAP 在体外对 THP-1 白血病细胞系进行剂量依赖性抑制 （70）。CAP在免疫疗法中的应用是其最前沿的应用之一。这是可行的，因为人类的免疫系统会极大地影响恶性肿瘤的发展及其进展方式。免疫应答的调节能力特异性超过癌细胞抑制免疫原性的能力 （71）。利用免疫检查点阻断、基于细胞的治疗和不同的细胞因子是这些修饰的几个例子 （72）。某些化疗和放疗技术也引起免疫原性细胞凋亡（73,74）。 表1总结了CAP治疗对几种癌细胞系的结果。

六、CAP在慢性和急性伤口治疗中的应用

在 1990 年代后期，抗菌剂 CAP 的活性被显示出来，导致其在医学中的使用（84）。在2007年的初步临床研究中，等离子设备被用于面部年轻化手术（85）。由于细菌感染会严重阻碍愈合过程，因此在再生医学中使用 CAP 的最初目标是通过减少感染来加速急性和慢性伤口愈合 （4）。Isbary等人进行了随机分配的初始试点实验（86）。这些研究人员研究了CAP对慢性溃疡伤口细菌侵袭减弱的影响，发现它显着减少了感染，而不会引起任何副作用。不久之后，他们发现两分钟的CAP治疗有效地减少了细菌负荷，并促进了慢性溃疡的愈合（87）。两项试验均包括静脉溃疡、创伤性溃疡、动脉溃疡和糖尿病，无论细菌种类如何，细菌感染均减少。静脉溃疡对世界人口的伤害高达2%，在慢性腿部溃疡中尤为普遍（88）。溃疡的预防和治疗既困难又耗时。表 2 总结了 CAP 在慢性伤口修复中的应用。

表 2.使用冷大气等离子体 （CAP） 进行慢性伤口愈合的应用。

此外，71%的患者恢复困难，15%的患者溃疡从未愈合（89）。治疗溃疡的复杂性很大程度上源于这样一个事实，即那里流行的许多细菌菌株对传统的抗菌疗法越来越具有耐药性（90）。因此，研究主要强调使用冷等离子体治疗溃疡。14 人参加了 CAP 治疗的随机调查 （91）。其余患者同时接受CAP治疗，而另一半患者接受传统治疗。对这两类药物进行每周三次，持续 8 周，然后是为期 4 周的监测期。虽然两组的动脉溃疡都较少，但CAP组的改善更快、更明显。然后，一项设计类似的试验检查了CAP对50名压疮患者的影响（92）。这些疗法每周一次，持续 8 周，用于接受常规治疗的参与者组和接受联合 CAP 干预的参与者组。在最初的一周之后，CAP组表现出显着的改善并减少了细菌负荷。Wistar大鼠模型同样显示出CAP在压疮最小化方面的益处。将 CAP 应用于实验产生的溃疡 60 秒，持续 3 次，持续 5 天 （93）。在等离子体暴露时，胶原蛋白合成快速，血管生成，再上皮化和组织机械强度增强。Gao等人研究了CAP对几种慢性伤口的影响，如坏疽性脓皮病、巨大的生殖器疣和糖尿病足溃疡。早期使用抗生素治疗坏疽性脓皮病患者的尝试失败了。

每两天，60-80分钟，病变接受5分钟剂量的辐射。在第三天暴露 6 个周期后，伤口可以完全干燥和收缩，此时渗出量明显减少。没有成功，这名患者又接受了六个月的治疗。在接受抗生素治疗后，第二名患者的坏疽性脓皮病显示出一些进展迹象，然后他们接受了这种 CAP 治疗。在八次 CAP 给药后，病变完全消失。四个月后，仍然没有复发的迹象。一名患有糖尿病足溃疡 2 个月的人在 4 种不同的 CAP 疗法后也治愈了溃疡 （94）。最终，两项独立的研究探讨了同时使用奥克替尼定消毒剂和CAP设备治疗慢性腿部溃疡的可行性。作者认为，将这种消毒与冷等离子体相结合应该比单独使用任何一种方法产生更好的结果（95）。

使用CAP的主要目标是促进现代伤口清洁方法。此外，CAP 疗法已被证明可有效修复伤口，这归因于单核细胞的激活、改善的皮肤微循环、成纤维细胞和角质形成细胞的增殖以及细胞运动 （97）。成纤维细胞和角质形成细胞在伤口愈合的最后阶段非常重要 （98）。在细胞系上，体外分析表明 CAP 治疗有益于角质形成细胞和成纤维细胞增殖 （99）。尽管短暂暴露于 CAP，但角质形成细胞和成纤维细胞系 HAcaT 和 MRC5 表现出增强的运动性。除了贴壁连接和细胞骨架迁移率的改变外，这还涉及 E-钙粘蛋白和整合素的下调以及细胞阶段间隙连接蛋白功能的降低。在这项工作中，研究人员分析了小鼠模型中的体内等离子体活性。他们发现检测到的伤口修复可归因于紫外线照射、RNS、ROS 和 NO 的产生和活性 （99）。CAP对角质形成细胞功能的作用也得到了大量研究的验证。暴露于 CAP 后，这些细胞同时产生更多的 b1-整合素和更少的 EGFR 和 E-钙粘蛋白 （100）。CAP 给药后，角质形成细胞表现出更高水平的 ROS，这导致了许多细胞适应过程 （101）。大约 260 个具有可变表达的基因，例如抗氧化酶、生长调节剂和细胞因子。有260多个基因的可变表达，其中包括编码细胞因子、生长激素和抗氧化剂的基因。HSP-27 是一种保护细胞并帮助控制细胞生长和成熟的热休克蛋白，也显著上调 （101）。根据Schmidt等人的说法，蛋白p53通路可以作为冷等离子体与角质形成细胞细胞之间连接的关键节点。此外，研究人员假设丝裂原活化蛋白激酶级联反应应该会改变 p53 反应，因为 ATR 和 ATM 氧化检测器更有效 （102）。一项新的分析揭示了受 CAP 影响的角质形成细胞和成纤维细胞之间的显着“串扰”（103）。这些细胞被共培养，研究结果显示，等离子体给药增强了Salvador-Warts-Hippo信号传导功能，并显着增加了其辅因子（即Yes相关蛋白（YAP））的转录活性。此外，只有成纤维细胞显示出 YAP 靶向标志物 CYR61 和 CTGF 的更高表达，它们是该系统的下游效应子。然而，抗氧化剂的施用可以减少这种增强的表达。最重要的发现是，改善 HaCat 角质形成细胞运动需要 CAP 处理的成纤维细胞条件培养基。研究人员得出结论，假设角质形成细胞的旁分泌激活是由于成纤维细胞分泌Cyr61和CTGF而发生的。即使没有 CAP 处理的成纤维细胞，HaCat 细胞系在暴露于重组 Cyr61 和 CTGF 后也能更自由地移动 （104）。有趣的是，在动物小鼠模型中，冷等离子体加速了2度和3度烧伤伤口的愈合。其主要原因是增强了血管生成。

CD31 和 PDGFRβ 这两种促血管生成因子的表达增强，并且 NO 的产生在细胞水平上加速。还观察到 TGFβ1 功能的升高和 VEGFR2/VEGFA 信号转导的激活 （105， 106）。CAP的有益作用也体现在大鼠暴露于硫酸后化学损伤的恢复中。在这里，每天与 CAP 接触 40 秒可以加快愈合过程。21天后，CAP治疗的伤口几乎消失了，而未治疗的伤口仍然清晰可见。作者还提到，用CAP治疗的伤口具有不同的代谢特征。随后的氧化应激标志物显示出水平的改变，这支持了这一点。与正常对照组、接受等离子改性聚氨酯伤口包扎和接受传统伤口愈合组相比，CAP组丙二醛浓度较高，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和降低谷胱甘肽浓度降低。在 21 天的治疗期间，这些组具有不同的白细胞动力学、纤维蛋白原合成和 C3 水平（补体成分 3）。白细胞数在CAP组中通常是最少的，在传统伤口修复组中是最大的。在接受传统伤口修复的组中，C3和纤维蛋白原的水平均较高，而在接受CAP治疗的组中较低（107）。然后，Betancourt-Angeles等人表明，冷等离子体加速了人类烧伤的恢复（108）。暴露 3 分钟后，刺激和疼痛最小化，随后 16 小时后重复暴露 3 分钟，恢复速度明显加快，新组织发育。由于这是一项临床研究分析，研究人员没有在等离子体处理之前、期间或之后探索分子过程。此外，早期的研究表明，血管生成和生长因子刺激已经发生。表 3 总结了 CAP 在急性伤口修复中的应用。

表 3.使用冷大气等离子体 （CAP） 进行急性伤口愈合的应用。

研究人员还探索了CAP如何影响其他急性伤口。在一项研究中，患者在下肢进行了各种大小的皮肤移植。开发了两组患者，其中一组接受假人，而第二组接受 CAP 治疗。总体结果显示，CAP组患者在CAP治疗后第2天的恢复路径显著改善[109]。另一项有趣的研究探讨了将等离子体应用于狗咬伤的可能性（110）。在这项研究中，研究人员检查了 CAP 对细菌物种金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、多杀性巴斯德氏菌、犬链球菌和pseudintermedius 葡萄球菌的影响，这些细菌经常在狗的唾液中检测到。这些细菌中的大多数被CAP强烈抑制了体外增殖。但是根据细菌的生长阶段和治疗的持续时间，发现了物种之间的某些差异。在研究人员进行的一项相关实验中，据报道，CAP的总消毒效果低于生理盐水灌洗和聚己二胍（111）。尽管存在差异，但它们在统计学上并不相关，并且使用的消毒剂不会影响伤口愈合的速度。因此，更多的研究将有助于得出关于CAP在管理狗咬伤方面的效用的确切发现。因此，可以合理地预期，在这种急性伤口中，现有的CAP给药能力将扩大，特别是当这些细菌菌株的耐药性上升使治疗更具挑战性时（111）。在另一项研究中，正常受试者有选择性激光烧蚀性皮肤感染。研究人员随后将CAP应用于受损的伤口，并且他们在30秒内为期三天的预定方案足以增强伤口修复（106）。Nishijima 等人研究了冷等离子体在加速由点阵 CO2 激光引起的轻度表皮损伤中恢复的潜力。外用软膏，如碱性成纤维细胞生长因子喷洒、凡士林、类固醇和含富勒烯凝胶，是这些伤口的推荐治疗方法。试验对象分为4组：（1）未治疗;（2）CAP疗法;（3）应用含戊酸倍他米松的软膏;（4）碱性成纤维细胞生长因子喷洒的应用。尽管该组的总愈合过程没有实质性变化，但CAP组的皮肤炎症和平均平滑度最少（112）。

七、CAP触发祖细胞和干细胞增殖

祖细胞的复制也可能受到CAP的调节，这可能导致它们在恢复性治疗和生物医学纳米技术中的应用。事实上，根据 Park 等人的研究分析，有限的研究已经明确探索了这一概念，CAP 工具可以鼓励源自脂肪组织的祖细胞增殖而不改变其内在特征 （114）。在CAP治疗后72小时，同样的研究人员观察到祖细胞增殖增加了1.57倍。该研究还记录了CAP触发的NO的影响（114）。NO的引入显著降低了CAP装置在祖细胞增殖方面的有利增强。未经受 CAP 影响的脂肪组织细胞在与 NO 供体 DETA-NONOate（壬酸二乙胺）一起施用时，其增加水平也高于参考细胞，但远低于受 CAP 影响的细胞。基于这些发现，较高的NO含量是增强繁殖的重要组成部分，尽管它可能不是唯一的（114）。在 CAP 暴露后的骨祖细胞 MC3T3-E1 细胞中，据报道细胞毒性或其他不良反应为零。

此外，CAP增加了累积NO的浓度。该NO被递送到细胞成分，并且可以调节其在发育细胞中的浓度。因此，早期成骨发育被触发为一种反应，在这些情况下，无论促成骨生长因子的状况如何，这都是完成的（115）。另一项关于 CAP 对骨分化影响的研究侧重于对 MC3T3-E1 小鼠成骨细胞系的影响 （116）。CAP的成骨分化调节作用与成骨分化环境下的成骨分化调节作用相当。研究人员还报告了CAP治疗后机制途径的重要改变。成骨标志物 ALP、COL-1、OCN 和 RUNX2 的表达频率更高，MAPK 和 PI3K/AKT 信号转导降低。

此外，CAP 会影响 FOXO1 的自磷酸化，而 FOXO1 对成骨细胞增殖和氧化平衡至关重要，并且是骨生长的关键调节因子 （117）。此外，还探讨了CAP对牙周组织成体胚胎干细胞（hPDL-ESCs）的功能。再一次，没有细胞毒性或不良反应。有趣的是，这种 CAP 疗法限制了 hPDL-ESC 募集，而不会影响总细胞存活率并触发解离 （118）。同样，引入CAP工具可以刺激骨髓和造血干细胞的进步。将这些细胞系与正常细胞进行比较，两者的增殖都有所增加 （42）。研究人员还发现，在骨髓细胞培养物中，突出的干细胞生物标志物CD105和CD44的上调大约是其5倍。NANOG、SOX2 和 OCT4 蛋白在两种细胞类型中扩增得更频繁。因此，可以假设 CAP 给药会影响该细胞分裂阶段，因为调节 G1-S 细胞分裂转移的基因的转录也得到增强 （42）。灾难性中枢神经系统 （CNS） 和神经系统疾病损害的治疗仍然具有挑战性。

此外，神经干细胞（NSC）可能会增强它们的治疗方式，并且许多研究人员已经探索了CAP如何刺激NSC增殖。他们证明，CAP 疗法大大加速了 C17.2（小鼠神经祖细胞系）的增殖和成熟 （119）。然而，在对 CAP 进行治疗后，大约 75% 的 NSC 转化为神经细胞系，这一比例高于特定生长刺激所达到的比例。微管蛋白 III（微管蛋白）活性浓度升高被认为是 CAP 治疗后从 NSC 分离的这种神经细胞的特征性标志 （120）。然而，目前的研究表明，显著的微管蛋白 III 活性在各种祖细胞类型中也很普遍 （121）。此外，该实验的研究人员报告了来自 NSC 的少突胶质细胞发育相对有限，并且特征性 O4 蛋白特征的激活相对略大 （121）。表4总结了CAP治疗在整个体外环境中对祖细胞和干细胞的结果。

八、CAP在牙科医学中的应用

传统清洁技术和口腔消毒的主要方法是使用激光设备、机械感染去除或抗菌溶液。然而，前两种技术可能会机械或热损伤组织。使用CAP设备，可以大大降低这种风险（123）。CAP 的另一个好处是，将其释放物涂抹在难以到达的口腔区域和不平坦的表面上非常简单。将足够小的装置的释放物直接施加到牙道 （124）。最后，与液体抗菌溶液不同，CAP 可以应用于口腔中的特定位置，并且 CAP 治疗后使用微生物液体没有负面结果。在牙齿生物膜中经常发现的细菌菌株的耐药性正在上升。心内膜炎、坏死性肺炎和其他全身性疾病可能由于忽视去除牙齿生物膜而发展（125）。Delben 等人报告说，CAP 应用的抗菌作用有效地减弱了金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，它们经常在牙菌斑中被发现 （126）。

表 4.CAP治疗在体外环境中对祖细胞和干细胞的结果概述如下。

此外，使用CAP工具实现的微生物负荷降低与氟康唑或苄基青霉素处理相当。冷等离子体对牙齿病变中各种微生物（主要是变形链球菌）的抗菌活性已通过相同目标的研究得到验证 （126）。此外，CAP对已建立细胞系的体外抗增殖活性高于常规氯己定消毒剂的使用。在多项实验中也探索了使用 CAP 工具来减轻牙道中的微生物负荷。因此，离体 CAP 处理 5 分钟表明通过扫描电子显微镜 （SEM） 技术将细菌生物膜清除至 1 mm 厚度 （127）。然后，Armand等人使用100个拔除和消毒的牙齿标本，模拟了粪肠球菌的感染。在受感染的耳道中，这种细菌相对常见（128）。扫描电镜显示，O2/He等离子体在降低微生物负荷方面最有效，He等离子体与光敏处理的效率相当。

此外，研究人员观察到，牙管的形态显着影响了结果。在笔直的运河中，损坏更大。Shahmohammadi Beni等人（129）随后报告了调查将CAP应用于牙科区域的潜力和限制的回报。在那里，研究人员检查了CAP在口腔区域表面特征方面的使用，特别关注OH自由基的散射。根据Dong等人的说法，等离子体增强了表面牙本质粘附到其他牙齿组织的潜力（130）。

此外，使用CAP旨在改善混合内部材料和纤维增强柱之间的连接（131）。蛀牙中的钛成分也受到冷等离子体的强烈影响。因此，CAP必须提高钛涂层的坚固性和亲水性（132）。这两个特征可以增强成骨细胞发育、细胞附着和增殖，这三个特征可以加速骨整合 （133）。然而，CAP处理产生的坚固性可能会导致更大的细菌发展，而CAP的抗菌特性可以减轻这种不利影响。由于这些特性，CAP 工具非常适合治疗种植体周围炎。CAP还会改变锆的形成。在 CAP 治疗后，Yang 等人观察到微生物负荷减少，亲水性增强，锆形成的形态没有改变 （134）。表5总结了CAP治疗在体外和体外对口腔和牙齿区域成分的结果。

表 5.概述了在体外和离体环境中将 CAP 暴露于口腔和牙科区域腔体组件的结果。

 用于医疗应用的 CAP 设备

氩气驱动的微波等离子体火炬 SteriPlas（ADTEC，Hunstlow，英国）、基于 DBD 的 PlasmaDermVR（CINOGY GmbH，德国杜德施塔特）和等离子体 careVR（terraplasma medical GmbH，Garching，德国），以及氩气驱动的 HF 等离子体喷射器 kINPen®MED（Neoplas tools GmbH，德国格赖夫斯瓦尔德），所有这些都使用大气中的氧气作为载气。它们的主要功能是加速由病原体引起的长时间伤口和其他表皮状况的恢复（136）。这一点很重要，因为市场上有各种不同的产品被宣传为对“等离子体医学”有利，但它们缺乏或没有足够的生理、技术、生物或医学证据来支持这一点。因此，在未来几年内，开发可用于医疗保健领域的等离子体技术的显着优越的系统化和标准化将非常重要。最重要的是，需要更严格地区分CAP设备和其他基于等离子体的治疗工具。要实现改进的组织，请考虑以下标准：

CAP在附近或与待固物体（皮肤或伤口）紧密接触时产生温度低于40°C的等离子体。

从等离子体中产生工作气体或气体组合的工具，例如O3和NO（137,138）。

用于切割、组织燃烧和血液凝固的工具，使用电外科等离子体并主要使用热效应 （139）。

缺乏变量或变量组合来调节和评估等离子体效率，这些效率可以像激光治疗、放射治疗和光疗一样用作“剂量”，这是使用等离子体工具的主要技术限制之一。根据目前的理解，生物医学 CAP 影响是等离子体成分与健康细胞的形态和成分之间错综复杂的联系的结果，RNS 和 ROS 的主要参与伴随着（电场和紫外线辐射 （97）。尚未确定与特定生物影响或处理结果直接相关的单个组分或等离子体参数。因此，治疗持续时间和能量输入通常用于调节等离子体对生物学研究和治疗应用的影响。等离子体治疗初步研究中的主要问题可能是发现和规范这种变量或变量组合，用于对生理等离子体整体有效性的设备无关调节（140）。可以实施用于 CAP 效率基本评估的样本筛选，作为对间隔内各种 CAP 工具进行初步但可行的比较的平台。德国DIN SPEC 91315，“医疗保健中等离子体供应的基本标准”（141）确立了此类筛查的第一个建议。假设以下物理评估参数：热活动、200-900 nm 波段的辐照测量、气体放电、气体/等离子体温度、电流运动和光发射波长。生物学评估参数包括确定某些微生物是否失活的体外研究和评估培养的真核细胞存活能力的体外研究。

此外，建议使用水溶液CAP处理产生的化学实体的鉴定来近似估计等离子体工具产生的RNS和ROS的含量和数量。DIN SPEC 91315 建议的物理、生物和化学测试的整合是实现用于治疗的等离子体供应更全面标准化的初步方法。该测试屏幕对其效率进行评分，并提供有关人体安全的相关数据。开发与人体相当的工程靶点是增强体外等离子体鉴定的替代策略。该靶标可用于检测等离子体和靶标之间的连接以及这些连接如何影响等离子体的性质 （142）。生物相关标记分子（即血红蛋白或半胱氨酸）可用于更深入地表征 CAP 的药理活性并确定其生物医学有效性 （143）。本研究旨在尽可能广泛有效地描述CAP工具，以评估其在治疗适用性和毒性方面的预测药理学结果（144）。使 CAP 设备适应个别医疗应用的需求也是 CAP 设备设计和开发中持续存在的问题。目前，医学上批准的 CAP 设备的重点是外部应用（皮肤炎症、伤口）。有必要识别更大的表面区域，特别是在伤口恢复中。可以创建扁平和平面的DBD电极配置，使它们能够跨越整个表面积。PlasmaDerm Dress系统是目前市场上的一种产品（CINOGY GmbH，Duderstadt，德国）。等离子体射流阵列也可以治愈更大的区域。自动化设备可能有助于在被治疗区域上移动斑点状等离子体射流的过程（145）。

随着等离子体技术在医疗领域的应用越来越广泛，定制等离子体设备以满足各种医疗环境的独特要求的需求可能会越来越大。对距离或温度等治疗因素的精确控制可能使类似的 CAP 设备适用于眼科的体表。作为 CAP 在口腔医学中潜在用途的一部分，需要个性化的等离子体设备来提供安全舒适的口腔等离子体治疗。正在开发用于内窥镜和其他微创外科手术的小型导管形等离子体装置 （146）。这些用途的最大障碍是确保在潮湿且通风不良的微小而漫长的体腔中稳定有效地形成等离子体。腹腔镜检查期间使用的等离子体设备可能也是如此（147）。所有这些体内等离子体应用的另一个需求是开发可靠的导航系统。在开发和改进用于特定治疗目的的等离子体工具时，一方面必须考虑等离子体生产、监测和监管的复杂性，另一方面要考虑医疗保健中独特的实施要求和条件。CAP工具的研究和进步是等离子体医学中一个独特且必不可少的领域，因为大多数CAP工具的基本特性需要在初始体内实验之前得到认可和理想优化（图4）。

九、CAP设备的安全评估

每个等离子体系统，无论是 DBD、APPJ 还是 CDT，都会产生不同数量的电荷、活性氧 （O3） 和亚硝化（NO 和 NO2）物质、电子、紫外线辐射和离子的“化学物质组合”。所利用的系统、传输方式、惰性气体、等离子体参数、给药持续时间和环境因素都会影响等离子体成分及其数量，以及靶材上的电流。通常有文献记载，许多活性氧氮物质 （RONS） 如果超过特定水平，则对个体具有细胞毒性，穿过皮肤的强电流可诱发起泡或炎症，紫外线辐射（主要是短波长，即 200-280 nm）会导致 DNA 改变，从而导致突变和细胞凋亡。据报道，N2 释放的 ROS 和喷嘴装置的空气等离子体放电也会触发线粒体诱导的细胞凋亡，从而充当促凋亡信号 （148）。这是一项用于癌症治疗的重大发现，但它可能对其他应用产生负面影响，包括伤口治疗。体内应用已明确考虑了许多细胞系（包括角质形成细胞和肌成纤维细胞）中诱导的氧化应激 （149）。因此，在进行人体临床研究之前，必须进行详细的安全性评估，以验证等离子体在人身上的应用是“合适的”，从而为预期用途建立最佳的“安全”治疗指数（150）。对于这种评估，必须进行全面的等离子体测试，以查明等离子体成分，并利用多种探索性和假设性计算方法，计算出它们在各种等离子体配置和治疗持续时间下的相应值或数量。然后，这些评估的结果应与先前报告的阈值限值相匹配，并进行适当解释。

图4.每当为特定目的设计和开发用于临床用途的 CAP 工具时，在体内使用之前都应考虑最重要的关键因素。

1、紫外线发射

角质层可防止短波长;因此，国际委员会提出的非电离辐射防护 （ICNIRP） 建议的良好、未受损的皮肤表面的最大允许紫外线剂量为 3 mJ/cm2。此外，大多数体内等离子体疗法用于皮肤损伤，即延长的伤口。目前，欧盟委员会报告（SCCP 报告 0949/05）中只有关于裸露皮肤的指南;遗憾的是，对受伤皮肤的最大紫外线照射没有限制（151）。间接氩气等离子工具（MicroPlaSter α 和 β）是临床研究中唯一用于长期发炎疤痕个体的等离子工具，也会发出紫外线。产生的紫外线剂量低于标准和法规规定的范围。尽管如此，研究人员和医疗专业人员也将等离子体治疗持续时间从5分钟减少到2分钟，为患者提供更广泛的安全耐受性，特别是将潜在的长期影响降至最低（86）。据报道，在长达 1 分钟的治疗期间，组合等离子工具（即 MiniFlatPlaSter、FlatPlaSter 和 HandPlaSter）的紫外线剂量比官方 ICNIRP 标准小 100 倍 （152）。理想的干预课程是设计尽可能少的短波长的等离子体工具。因此，需要更新标准和新兴创新建议。

2、有毒气体排放

在CAP中，活性氧（O3）和氮（NO和NO2）物质是通过与环境氧和氮的电子碎裂相互作用合成的，导致600多种生化事件。由于并非所有RONS都受到限制，因此本调查强调了有法规的类别，以及哪些类别是等离子体中最有效的成分（153）。

3、臭氧型

美国国家职业安全与健康研究所（DC，美国）发布了持续呼吸8小时的臭氧推荐剂量范围为 0.1 ppm。职业安全与健康管理局还发布了15分钟臭氧暴露阈值为 0.3 ppm。产生臭氧浓度的等离子体工具可显著降低这些报告的阈值水平，例如以前用于人体临床研究的 Kin Pen MED 和 MicroPlaSter α 和 β 系统，可以安全使用。然而，空气等离子体，即 MiniFlatPlaSter、FlatPlaSter 和 HandPlaSter，会产生更大的臭氧值，不能用于初级呼吸。因此，创建优先考虑氮化学而不是氧的等离子体分子模式是合理的，从而导致淬灭，从而降低臭氧的产生（154）。

4、NO 和 NO2

NO 和 NO2 的最高水平因此，美国国家职业安全与健康研究所推荐的持续呼吸 8 小时为 25 ppm 和 5 ppm。在 MicroPlaSter 系统 20 mm 的工作范围内，NO2 值小于 1 ppm （155）。在长达几分钟的治疗期间，MiniFlatPlaSter的NO值低于25 ppm。此外，还揭示了NO2的放电基于特定的等离子体因素（电源和治疗持续时间），因此可以根据需要进行调整（154）。

5、暴露在电流中的目标

CAP在其内容物中包括离子和电子。因此，当在临床研究中实施体内时，电流可能会穿透目标，即皮肤。ICNIRP 记录的正常未受损人体皮肤的阈值水平范围为 0.5 mA （1 kHz） 至 20 mA （100 kHz）。加拿大卫生局在2008年将这些水平降至100μA，原因有几个。此外，医疗电气设备的国际标准 IEC 60601-1 适用于此 100 μA 级别。在等离子炬或射流（MicroPlaSter α 和 β）中，通过靶材的电流可以忽略不计。然而，一小部分带电离子可能会穿透皮肤。ICNIRP 电流限制不会被超越，因为大多数 DBD 设备的工作频率更高。因此，需要对DBD等离子体产生的电流进行精确测量和监测，以提供对人体皮肤的“安全”应用（156）。

十、结论

等离子体医学是一个跨学科的研究领域，结合了等离子体物理学、医学、生物学、等离子体化学和工程学。它起源于对生物医学中低温（或低）条件下大气等离子体使用的分析。由于在生命科学领域采用了 CAP 等离子体技术，科学和医学取得了进步。它最近在科学上取得了很大的进步。它已被有效地用于各种功能，包括消毒、抑制癌症、伤口愈合和 SARS-CoV-2 的失活。对于持续性和感染性病变的管理，目前已有三种CAP系统获得了临床使用认证。尽管围绕等离子体与生物物质相互作用的过程仍有许多悬而未决的问题，但已经理解了几个基本概念。

具有生物学和治疗优势的等离子体效应是由等离子体产生的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）引起的。根据RNS和ROS在等离子体发射反应中的生物合成，本综述描述了神经科学中等离子体治疗的几个方面，特别是在抗胶质母细胞瘤、神经分化和神经保护方面。尽管CAP等离子体在消毒、灭菌、伤口治疗等多个领域已达到标准医疗护理的地位，但其在其他领域的疗效主要来自初级和临床前报告。为了最大限度地发挥CAP等离子体技术的治疗效果，通过对其有效性背后的原理的深刻了解，可以进行更多的进步和扩展。生产新型等离子体设备和改变以前存在的类型可能会产生新的愿望。为了有效地比较各种观测结果，这种情况必须标准化技术，以描述国际等离子体设备。不可能忽视CAP等离子体给药具有一些最小的负面分子效应的可能性。对各种数据和统计数据的研究仍在进行中，但初步研究表明，CAP等离子体的许多优点超过了任何潜在的挑战。我们都预计CAP等离子体将很快成为临床实践的一部分。简而言之，一个跨学科的研究平台正在开发，来自生物化学、等离子体物理、医学、分子生物学等众多学科的专业人士，以协调解决问题。然而，最近关于冷等离子体益处的研究仍然仅使用动物模型和细胞系。扩大评估 CAP 对人类个体癌症和再生医学研究的影响至关重要。它应该被证明是有利的，尽管这些测试更可用且更简单。如果 CAP 最终被纳入标准医疗护理，化疗和再生医学治疗可能会变得便宜得多。CAP 疗法最关键的好处是它对患者的侵入性和压力较小。在未来的研究中，寻找重要的等离子体产生的ROS / RNS并监测它们对各种神经元（包括肿瘤组织）的影响将变得越来越重要。

进一步的研究将确定这些物种是如何起源的，它们如何被运输到细胞和细胞内部，这些活动涉及哪些相互作用，以及它们的影响如何传播到其他细胞。现有的研究状态足以证明等离子体可以（最终）用于中枢神经系统，专门用于药物的特定分子运输。等离子体最终可能能够发展出某些扩散到组织细胞中的物种，并通过操纵变量产生预期的生化和医学后果。