Il dispositivo portatile aCAP elimina le cellule tumorali con il plasma. / Handheld aCAP device eliminates cancer cells with plasma

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Primo piano del plasma generato dal dispositivo aCAP  /  Closeup of the plasma generated by the aCAP device

Gli ingegneri hanno sviluppato aCAP, un dispositivo che genera gas ionizzato a temperatura prossima a quella ambiente per il trattamento post-operatorio dei pazienti oncologici, in grado di eliminare le cellule tumorali residue nella sede dell'intervento chirurgico con effetti collaterali minimi.

La scoperta di un gruppo dell'UCLA potrebbe attenuare le complicazioni associate alla chemioterapia ed alla radioterapia.

La ricerca è stata condotta congiuntamente da Richard Wirz, professore di ingegneria meccanica ed aerospaziale presso la UCLA Samueli School of Engineering, e da Zhen Gu, ex professore di bioingegneria presso la UCLA e ora preside della Facoltà di Scienze Farmaceutiche dell'Università di Zhejiang, in Cina. Il lavoro del gruppo è descritto in dettaglio sulla rivista Science Advances.

Il gas ionizzato, o plasma, viene spesso percepito come un fulmine, fenomeno che si ritiene abbia ispirato la tecnica di generazione del plasma alla base di questa nuova tecnologia. Il gruppo di ricerca ha realizzato un dispositivo portatile a plasma atmosferico freddo alimentato ad aria (aCAP) che utilizza l'aria ambiente come gas di alimentazione.

Il dispositivo aCAP, in attesa di brevetto, utilizza minuscoli archi di plasma che richiedono meno di un trilionesimo della potenza in gigajoule di una scarica elettrostatica atmosferica naturale. Il sistema genera plasma a temperatura prossima a quella ambiente – o plasma freddo – con questi archi che ionizzano un getto d'aria circostante strappando alcuni elettroni dalle molecole d'aria. È sicuro al tatto, e la sensazione è simile a una fresca brezza sulla pelle od, a potenze più elevate, ad una scarica di elettricità statica.

In medicina, il plasma freddo atmosferico si sta affermando come una tecnologia promettente per la guarigione delle ferite, la sterilizzazione, l'odontoiatria ed altre applicazioni. Più recentemente, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione all'utilizzo di questa tecnologia per distruggere le cellule tumorali, osservando che i plasmi freddi si sono già dimostrati efficaci nell'uccidere i batteri in diversi modi, ad esempio eliminando le membrane cellulari, le pareti cellulari, il DNA e l'RNA, oltre a disgregare le proteine.

Il gruppo ha inizialmente testato la tecnologia in vitro su cellule tumorali del cancro al seno e cellule di melanoma, dimostrandone l'efficacia nell'eliminare le cellule bersaglio lasciando intatte quelle sane. Successivamente, hanno effettuato dei test su topi con tumori rimossi chirurgicamente. In una dichiarazione, l'UCLA ha affermato che, rispetto al gruppo di controllo, una percentuale significativa di topi trattati con il plasma freddo non ha mostrato segni di ricrescita del tumore né reazioni avverse visibili. Si è inoltre registrato un aumento dell'attività delle cellule T.

Secondo i ricercatori, un altro vantaggio dell'aCAP è che richiede solo l'aspirazione dell'aria attraverso una piccola ventola di ingresso, evitando così gli alti costi e la complessità dei dispositivi al plasma freddo convenzionali che dipendono da sistemi specializzati per i gas di alimentazione, come argon od elio.

I ricercatori stanno ora ottimizzando il progetto del dispositivo e conducendo test su animali di taglia maggiore per simulare al meglio le condizioni umane.

ENGLISH

Engineers have developed aCAP, a device that generates near-room-temperature ionised gas for post cancer surgery treatment that eliminates residual cancer cells at the surgery site with minimal adverse side effects.

The advance by a team at UCLA could mitigate against the  complications associated with chemotherapy and radiotherapy.

The research was co-led by Richard Wirz, a professor of mechanical and aerospace engineering at the UCLA Samueli School of Engineering; and former UCLA bioengineering professor Zhen Gu, who is now the dean of the College of Pharmaceutical Sciences at Zhejiang University in China. The team’s work is detailed in Science Advances.

Ionised gas, or plasma, is most often experienced as lightning, which is said to have inspired the plasma-generation technique for this new technology. The research team built a handheld, air-fed cold atmospheric plasma – aCAP - device that uses ambient air as its feed gas.

The patent-pending aCAP device uses tiny plasma arcs that require less than a trillionth of the gigajoule power of a natural atmospheric electrostatic discharge. The system generates near-room-temperature plasma – or cold plasma - with these arcs ionising a jet of ambient air by stripping away some of the electrons from the air molecules. It is safe to touch, feeling like a cool breeze across the skin or static electricity at higher powers.

In medicine, cold atmospheric plasma is emerging as a promising technology for wound healing, sterilisation, dentistry and other applications. More recently, researchers turned their attention toward using the advance to destroy cancer cells, noting that cold plasmas have already been shown to kill bacteria in several ways — such as eliminating their cell membranes, cell walls, and DNA and RNA, as well as unravelling proteins.

The team first tested the technology in vitro on breast cancer tumour cells and melanoma cells, showing its effectiveness in killing the target cells while leaving healthy cells intact. They then tested on mice with tumours that were surgically removed. In a statement, UCLA said that compared to the control group, a significant percentage of the mice that treated with the cold plasma showed no signs of tumour regrowth and no visible adverse reaction. There had been an increase in the activity of T cells also.

According to the researchers, another advantage of aCAP is that it only requires air-intake through a small inlet fan, which avoids the high costs and complexity of conventional cold plasma devices that depend on specialised systems for feed gases, such as argon or helium.

The researchers are now in the process of optimising the design of the device and conducting tests on larger animals to better simulate human conditions.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/handheld-acap-device-eliminates-cancer-cells-with-plasma?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic