Gasplasmen töten Tumorzellen effektiv durch kurzlebige ROS wie Peroxynitrit, unabhängig von Wasserstoffperoxid. Tiefenwirksame Effekte bis 3,6 mm bieten Potenzial für intraoperative Krebstherapien.
Die Anwendung medizinischer Gasplasmen zeigt vielversprechende Ergebnisse in der Krebstherapie, da sie reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS/RNS) erzeugen, die Tumorzellen schädigen können. Mithilfe von 3D-Modellen und Gewebeproben wurde die Penetration und biologische Wirkung dieser ROS untersucht, wobei die Rolle von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) als Hauptakteur hinterfragt wurde. Es stellte sich heraus, dass kurzlebige ROS wie Peroxynitrit die Hauptverantwortlichen für die antitumoralen Effekte sind, während H₂O₂ keine signifikante Rolle spielt.
In komplexen Hydrogelmodellen konnte nachgewiesen werden, dass die erzeugten ROS bis zu 1500 µm tief in Gewebe-ähnliche Strukturen eindringen und dort oxidativen Stress sowie Apoptose auslösen. Die Wirkung der Gasplasmen blieb auch dann bestehen, wenn Katalase, ein Enzym zum Abbau von H₂O₂, eingesetzt wurde. Dies deutet darauf hin, dass die zytotoxischen Effekte unabhängig von H₂O₂ sind. In spheroidalen Tumormodellen zeigten sich deutliche Effekte, darunter eine reduzierte metabolische Aktivität und eine Hemmung der Tumorausbreitung.
In chirurgischen Resektionsmodellen, die die Behandlung von Tumorrändern nach einer operativen Entfernung simulierten, diffundierten die ROS über die Resektionsgrenzen hinaus und konnten potenziell verbleibende Tumorzellen inaktivieren. Ex vivo-Studien an Gewebeproben von Patienten und Tiermodellen bestätigten diese tiefenwirksamen Effekte, wobei apoptotische Regionen bis zu 3,6 mm in das Gewebe reichten.
Die Studie zeigt, dass kurzlebige ROS eine entscheidende Rolle spielen und die Bedeutung von H₂O₂ in Frage stellen, das bislang als Hauptvermittler der Gasplasma-Effekte angesehen wurde. Diese Erkenntnisse könnten maßgeblich zur Optimierung der Gasplasma-Therapie beitragen, insbesondere für Anwendungen in der intraoperativen Krebsbehandlung. Die Ergebnisse verdeutlichen zudem die Bedeutung von 3D-Modellen, um die komplexen Wechselwirkungen von ROS in Gewebestrukturen besser zu verstehen.
Originalpublikation: Miebach L, Hagge M, Martinet A, et al. Gas plasma technology mediates deep tissue and anticancer events independently of hydrogen peroxide. Trends Biotechnol. 2025.
