A Hideg Atmoszférikus Plazma technológia alkalmazása a funkcionális bőrbiológiában

Fizikai elvek, sejtbiológiai folyamatok és a mikrobiom modulációja

Az orvostudomány, a bőrbiológia és a haladó esztétikai kozmetológia metszéspontjában az elmúlt évtizedek egyik legjelentősebb áttörését a plazma technológia fejlődése hozta el. A plazma, amelyet a fizika az anyag negyedik halmazállapotaként tart számon, egy olyan részlegesen ionizált gáztömeg, amely elektronokat, pozitív és negatív ionokat, szabad gyököket, gerjesztett molekulákat, fotonokat (pl. látható fény és UV-emisszió), valamint tranziens elektromágneses mezőt foglal magában.
A termikus (forró) plazmákat a sebészetben már régóta alkalmazzák vágásra és koagulációra rendkívül magas hőmérsékletük miatt, azonban a biológiai szövetek finom, non-invazív esztétikai modulációjára ezek alkalmatlanok. Az 1990-es évektől kezdődően a technológiai innovációk lehetővé tették a stabil, alacsony gázhőmérsékleten (jellemzően 40°C alatt) működő, nem-termikus, azaz atmoszférikus hideg plazma (Cold Atmospheric Plasma, CAP) reprodukálható előállítását.

Míg a klinikai gyakorlatban a plazma előállításához gyakran használnak tiszta nemesgázokat is (mint az argon vagy a hélium), a fókuszunk most a szalonunkban is alkalmazott, a környezeti levegőt munkagázként használó Hideg Atmoszférikus Plazma (CAP) rendszerek felé irányul. Ez a megoldás, amely a mintegy 78% nitrogént és 21% oxigént tartalmazó atmoszférára épül, különösen előnyös a problémát okozó, túlszaporodott mikroflóra hatékony, biofizikai inaktiválásában. A technológia precíz és szakszerű alkalmazása biztosítja, hogy a folyamat során a helyi, felszíni hőmérséklet fiziológiás szinten maradjon, így tökéletesen kiküszöbölve a hőérzékeny szövetek termikus károsodását.
A hideg plazma biológiai hatásai nem egyetlen molekula vagy izolált fizikai behatás eredményei, hanem egy rendkívül komplex térbeli és időbeli folyamat leképeződései. Az elektromos tér hatására felgyorsuló elektronok ütköznek a levegőben lévő oxigén- és nitrogén molekulákkal, ionizálva és disszociálva azokat. Ennek eredményeként egy biológiailag aktív, reaktív oxigén– és nitrogén fajokból (Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS) álló elegy jön létre.

A levegő-alapú hideg plazma fundamentális fizikai és kémiai hatásmechanizmusai 

Az atmoszférikus hideg plazma bőrrel való kölcsönhatása egy több fázisban zajló, térben és időben jól elkülöníthető folyamat. Ez a gázfázisban kezdődik, a bőr legkülső felszínén lévő hidrolipid filmben (a verejték és faggyú alkotta nedvesség-mátrixban) folytatódik, majd a szövetekbe diffundálva a sejtközötti (intersticiális) folyadékon és a sejtmembránokon keresztül az intracelluláris térben fejti ki biológiai hatását.

Elsődleges és másodlagos reaktív oxigén- és nitrogénfajok (RONS) képződése 

A nagyfeszültségű kisülések (például a dielektrikus gátkisülés, DBD) során a primer reakciókban rövid élettartamú, rendkívül reaktív részecskék keletkeznek a gázfázisban. Ide tartozik a szuperoxid anion, a hidroxil gyök, a szingulett oxigén, valamint a reaktív atomos oxigén és nitrogén.
Bár ezen komponensek önmagukban is részt vesznek a felületi mikrobák semlegesítésében, a technológia mélyebb biológiai hatását a másodlagos molekulák biztosítják. Amikor a gázfázisú aktív részecskék érintkezésbe lépnek a bőr felszínén található vizes közeggel, feloldódnak abban, és hosszabb élettartamú ágenseket hoznak létre. A hidroxil gyökök rekombinációjából sejtjelátviteli hatású hidrogén-peroxid (H₂O₂) képződik. Ezzel párhuzamosan a nitrogén-oxidok a folyadékfázisban nitrit– és nitrát ionokká alakulnak, míg a szuperoxid és a nitrogén-monoxid reakciójából a rendkívül potens peroxinitrit jön létre.
Ezek a másodlagos RONS molekulák kellően stabilak ahhoz, hogy a stratum corneum (szaruréteg) mélyebb rétegeibe diffundáljanak. 
Fontos paradigma a modern plazma-kutatásokban, hogy ezek az ágensek nem kizárólag destruktív oxidatív elemek. A plazma által generált reaktív fajok a mikroszkopikus prokarióta sejtek (például a patogén baktériumok) számára elviselhetetlen oxidatív stresszt jelentenek, ami a sejtfaluk porációjához és strukturális károsodásukhoz vezet. Ugyanakkor az egészséges eukarióta sejtek (az emberi bőrsejtek) lényegesen nagyobb térfogatuk, rugalmas, koleszterintartalmú sejtmembránjuk és többsejtű szöveti szerveződésük révén egy jóval robusztusabb, fejlettebb antioxidáns védelmi rendszerrel rendelkeznek.

Sejtszintű szelektivitás: Az eustressz és a hormézis elve 

Az evolúció során az emlős sejtek receptor- és enzimrendszerei (például az aquaporin csatornák, amelyeken a hidrogén-peroxid áthalad) alkalmazkodtak ahhoz, hogy a reaktív oxigén- és nitrogén fajokat (amelyeket bizonyos mennyiségben az immunrendszerünk is termel) másodlagos hírvivőként használják a sejtek közötti kommunikációban.
A hideg plazma technológia ezt a biológiai csatornát „hekkeli meg”: a precízen adagolt, külső (exogén) RONS bevitelével, az optimális esztétikai behatási tartományon (dózison) belül egy jótékony jelátviteli folyamatot, úgynevezett eustresszt indít el. Ez a dózisfüggő biológiai válaszreakció (a hormézis mechanizmusa) „kétélű kardként” működik a szó legpozitívabb értelmében: miközben szelektíven és hatékonyan eliminálja a bőrt terhelő nemkívánatos mikroflórát, megfelelő kalibráció mellett egyidejűleg felébreszti a szöveteket, serkenti a regenerációt és támogatja a bőrsejtek egészséges működését.

Források:
✧ Cold Atmospheric Plasma Medicine: Applications, Challenges, and Opportunities for Predictive Control (Link)
✧ Plasma Dermatology: Skin Therapy Using Cold Atmospheric Plasma (Link)
✧ Cold Atmospheric Plasma Ameliorates Skin Diseases Involving Reactive Oxygen/Nitrogen Species-Mediated Functions (Link)
✧ A Review Of Dielectric Barrier Discharge Cold Atmospheric Plasma For Surface Sterilization And Decontamination (Link)
✧ Influence of Nonthermal Atmospheric Plasma-Activated Water on the Structural, Optical, and Biological Properties of Aspergillus brasiliensis Spores (Link)
✧ Mechanisms of bacterial inhibition and tolerance around cold atmospheric plasma (Link)
✧ Perspectives on cold atmospheric plasma (CAP) applications in medicine (Link)
✧ Cold atmospheric plasma (CAP) in wound healing: harnessing a dual-edged sword (Link)