این نوشته بررسی مقدماتی در مورد کاربرد پلاسما در پزشکی، گستره آن و رویکرد بین رشته ای گسترده آن، از فیزیک، شیمی و تکنولوژی تا میکروب شناسی، بیوشیمی، بیوفیزیک است. جدا از فرآیندهای اساسی پلاسما و محدودیت ها و الزامات قرار داده شده توسط استانداردهای بین المللی بهداشت، این نوشته بر تعامل پلاسما با سلول های پروکاریوتی (باکتری ها)، سلول های یوکاریوتی (سلول های پستانداران)، غشاهایی سلولی، DNA و غیره، متمرکز است. کاربرد پلاسما در پزشکی ممکن است یک مسیر جدید سریع و سودمند برای بهداشت کارآمد بیمارستان (و دیگر مکان های عمومی)؛ کمک به پیشگیری و مهار بیماری هایی که به طور مداوم با افزایش مقاومت پاتوژن ها به آنتی بیوتیک ها در حال پیشرفت هستند، فراهم کند. دست یافتن به "مواد" فعال پزشکی در سطح مولکولی یا یونی موضوع مهیج دیگری در مورد کاربرد پلاسما است. میدان های الکتریکی، بار الکتریکی سطوح، جریان های الکتریکی جاری و غیره نیز می‌توانند بر بافت، به یک روش کنترل شده تأثیر بگذارند. این موضوع نوپا است و امید به آن بسیار است. در واقع این فیزیک (و شیمی غیر تعادلی) پلاسمای در فشار اتمسفر و دمای اتاق است که توسعه کاربرد پلاسما در مراقبت از سلامت را ممکن ساخته است.

پلاسما مدت زمان طولانی است که برای استریلیزاسیون تجهیزات پزشکی، بسته بندی در صنایع غذایی، ایمپلنت، انعقاد خون و غیره مورد استفاده قرار گرفته است. این اثر بخشی به دلیل اثر ضد باکتریایی بالا و تا حدی به دلیل دسترسی آسان آن ها به فضاهای باریک و محدود است. در سال های اخیر، منابع جوی سرد- سرما کمتر از 40 درجه سانتیگراد در محل استفاده- پلاسما (CAP) توسعه یافته اند که (در اصل) امکان گسترش درمان پلاسما در بافت زنده را فراهم کنند. این موضوع افق های جدیدی را می‌گشاید. نه تنها دورنمای امکان استریلیزاسیون سریع و بدون تماس، که می تواند حتی به منافذ کوچک و دهانه های میکروسکوپی دسترسی پیدا کند وجود دارد؛ بلکه ممکن است امکانات جدیدی برای تحویل دارو در سطح مولکولی، اثرات جدید زیست پزشکی به دلیل یون ها و در آینده ای دور، حتی ممکن است ایجاد و توسعه عملی داروهای جدید پلاسما در سطح سلولی که ممکن است انتخابی و یا ترمیمی عمل کنند؛ را می توان انتظار داشت. بخش اعظم این موارد بستگی به توانایی "طراحی" شیمیایی پلاسماها، برای تولید، حمل و استفاده فیزیکی از پلاسماها و برای تعیین اثرات کمی پلاسما- بافت با استفاده از سلول و میکروب شناسی، به دنبال مطالعات پزشکی؛ دارد. پلاسماها را می‌توان با روش های مختلفی، به عنوان مثال فرکانس رادیویی، فرکانس های مایکرویو، ولتاژ بالا AC یا DC و غیره تولید کرد. در طی فرآیندهای غیر مبهم، هر دو گونه ی گازهای محرک و واکنش پذیر ممکن است (علاوه بر یون ها و الکترون ها) تولید شوند و این گونه ها هستند که شایسته توجه ویژه برای مراقبت های سلامتی و بهداشتی هستند. این موضوع به سرعت رشد کرده است، با این حال، امروزه مورد توجه یک تحقیق گسترده میان رشته ای که شامل پزشکی، زیست شناسی، فیزیک، شیمی و مهندسی است، می‌باشد. در رابطه با میکروب شناسی، تحقیقاتی در مورد باکتری ها (گرم مثبت و گرم منفی، که انواع رایجی با ساختارهای مختلف دیواره سلولی هستند)، قارچ ها، اسپورها و ویروس ها وجود دارد که همگی با استفاده از پلاسما با درجات مختلف اثربخشی می‌توانند تخریب شوند. در رابطه با پزشکی گزارش اولیه ای در مورد استفاده از پلاسما آرگون در عمل جراحی پوست وجود دارد. برای درمان زخم مزمن با پلاسما Ar، تاکنون فقط یک مطالعه بالینی آغاز شده است و فاز دوم آن با بیش از 1000 درمان تا کنون انجام شده، نزدیک به اتمام است. از دستگاه های پلاسما هوا نیز در کارهای پزشکی به عنوان منبع گازی نیتریک اکسید استفاده شده است. نتایج مطالعات حیوانی و آزمایشات بالینی نشان داد كه گاز حاوی NO تولید شده توسط پلاسما در ضد عفونی بافت و تنظیم فرآیندهای التهابی مرتبط با زخم های حاد و مزمن و مشکلات تنفسی مؤثر است.

بیشتر بخوانید: FDA با پلاسما درمانی برای درمان بیماران بحرانی مبتلا به کووید-19 موافقت کرد!

پلاسما چیست؟

پلاسما (کلمه ای از ریشه یونان باستان به معنی "ماده قابل قالب گیری") یکی از چهار حالت اساسی ماده است و اولین بار توسط شیمیدان ایروینگ لانگمویر در سال1920 شرح داده شد. حالت پلاسما متفاوت با حالت های دیگر ماده: جامد، مایع و گاز است. این حالت از یک گاز یون ها - اتم ها تشکیل شده است که برخی از الکترون های مداری حذف شده خود و الکترون های آزاد را دارد. پلاسما می‌تواند به صورت مصنوعی توسط گرم کردن یک گاز خنثی یا قرار دادن آن در یک میدان الکترومغناطیسی قوی، تا نقطه ای که یک ماده گازی یونیزه شده به طور فزاینده ای هادی جریان الکتریسیته شود؛ ایجاد شود. یونها و الکترون های باردار حاصل شده که تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی دوربرد قرار گرفته شده اند؛ دینامیک پلاسما نسبت به این میدان ها را نسبت به یک گاز خنثی حساس تر می‌کنند. ذرات باردار در حال حرکت، یک جریان الکتریکی را درون یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند و هرگونه حرکت یک ذره پلاسما باردار، تحت تأثیر میدان هایی است که توسط بارهای دیگر ایجاد می‌شود. پلاسما یک ماده الکتریکی خنثی از ذرات مثبت و منفی نامحدود است (یعنی بار کلی یک پلاسما تقریبا صفر است).

پلاسما و گازهای یونیزه شده برخلاف حالت های دیگر دارای ویژگی ها و رفتارهای نمایشی هستند و انتقال بین آن ها در معرض تفسیر است. براساس دما و تراکم محیطی که حاوی یک پلاسما است، ممکن است اشکال جزئی یا کاملا یونیزه شده پلاسما تولید شود. لامپ های نئون و صاعقه نمونه هایی از پلاسماهای جزئی یونیزه شده است. یونوسفر زمین یک پلاسما است و مگنتوسفر حاوی پلاسما در محیط فضایی اطراف زمین است. فضای داخلی خورشید نمونه ای از پلاسما کاملا یونیزه شده است. پلاسما بیشتر با ستاره ها در ارتباط است و به محیط داخل خوشه ای کمیاب و احتمالاً نواحی بین کهکشانی گسترش می‌یابد. پلاسما ممکن است فراوان ترین شکل ماده معمول در جهان باشد، اگرچه این فرضیه در حال حاضر براساس وجود و خصوصیات ناشناخته ماده تاریك آزمایشی است.

کاربردهای کنونی پلاسما در پزشکی

به طور خلاصه به همه کاربردهای یافت شده از پلاسما در پزشکی، در زیر اشاره شده است:

 - حذف و استریلیزاسیون بیوفیلم ها و باکتری های پلانکتونی توسط مایکروویو ناشی از پلاسما آرگون در فشار اتمسفر

- نفوذپذیری سلول با استفاده از پلاسما غیر حرارتی

- مکانیسم های تولید و حمل و نقل گونه های شیمیایی با یک جریان پس از تخلیه برای غیرفعال سازی باکتری ها

- طراحی پلاسماهایی برای ضد عفونی زخم مزمن

- تخلیه پلاسما با فشار کم برای استریلیزاسیون و ضد عفونی سطوح

- عوامل غیرفعال کننده اسپور باکتری های سازنده اسپور با استفاده از پلاسماهای مایکروویو کم فشار در مخلوط گازهای N2 و O2

- استفاده از اسکن اپی فلوئورسانس برای نظارت بر اثربخشی حذف پروتئین توسط ضد عفونی پلاسما گازی RF

- یک منبع پلاسما جدید برای استریلیزاسیون بافت های زنده

- تأثیر پلاسمای با دمای پایین بر باکتری های مشاهده شده توسط تصویربرداری مکرر AFM

- مکانیسم های فیزیکی و بیولوژیکی تعامل مستقیم پلاسما با بافت زنده

- عفونت های بیمارستانی - رویکرد جدیدی در مورد داروهای پیشگیری کننده با استفاده از پلاسما

- مشعل پلاسما هوای قابل حمل که در انعقاد سریع خون کمک می کند به عنوان یک روش جلوگیری از خون ریزی

- اسیدی شدن سطوح فیلم لیپیدی توسط DBD غیر حرارتی در فشار اتمسفر در هوا

- تخریب مولکول های چسبندگی سلول های ملانوم G361 توسط یک میکروپلاسم در فشار اتمسفری غیر حرارتی

- کاهش و تخریب تجمعات آمیلوئید توسط یک فرکانس رادیویی پالس جت پلاسما  با جو سرد

- یک آرایه جت پلاسما با جو سرد دو بعدی برای جبران یکنواخت مناطق بزرگ سطوح برای کاربرد پلاسما در پزشکی

بیشتر بخوانید: محل کار خود را برای مواجهه با کووید - 19 آماده کنید

کاربردهای پیش بینی شده پلاسما در پزشکی

در طی تحقیقات انجام شده تا به امروز، چندین کاربرد علاوه بر موارد موجود برای پلاسما پیش بینی شده است که در زیر به آن ها اشاره شده است.

- بهداشت بیمارستان: به خصوص، رشد باکتریهای مقاوم (به عنوان مثال MRSA) مشکلی است که به استریلیزاسیون سریع و کارآمد نیاز دارد. دستگاه های پلاسمائی که می‌توانند این کار را انجام دهند در حال ایجاد شدن‌اند و انتظار می‌رود که اینها تغییرات بزرگی ایجاد خواهند کرد. البته، استریلیزاسیون پلاسما محدود به بیمارستان ها نیست - عفونت های مرتبط با جامعه، بر خلاف موارد بیمارستانی (ناشی از بیمارستان) نیز به سرعت در حال رشد هستند. بنابراین همه ساختمان های عمومی، مهدکودک های کودکان، خانه های سالمندان و غیره از چنین وسیله ای بهره مند خواهند شد.

- درمان ضد قارچ: نشان داده شده است که پلاسماها می توانند به طور موثری برای مبارزه با بیماری های قارچی به کار روند. اثر پلاسما حتی از طریق جوراب پخش می‌شود. بیماری های مشترک از قبیل تینه آ پدیس (پای ورزشکار) که اعتقاد بر این است که بین 25 تا 40٪ از جمعیت اروپا، ایالات متحده و ژاپن را تحت تاثیر قرار می‌دهد، بنابراین، می‌توانند به طور کاملا موثر با استفاده از دستگاه های پلاسمای مناسب در خانه یا در اقدامات پزشکی درمان شوند.

- مراقبت از دندان: 23٪ از افراد بالای 65 سال و بیش از 75٪ از زنان باردار از عفونت های پریودنتال رنج می‌برند. این عفونت ها به نوبه خود، خطر ابتلا به بیماری های قلبی و سایر عوارض پزشکی را افزایش می‌دهد. پلاسماها، با توانایی نفوذ در دهانه میکروسکوپی بین دندان و لثه، به نظر می‌رسد کاندیداهای ایده آلی به عنوان درمان پیشگیری کننده علاوه بر مراقبت های طبیعی دندان باشند.

- بیماری های پوستی: بیشتر مشکلات پوستی مرتبط با اثرات (جانبی) باکتری یا قارچ است. بیش از هزار بیماری پوستی اعم از بثورات به شکل آکنه، درماتیت  (التهاب پوست)، ملانوسیتی (سرطانی)، خارش و رنج مربوط به عروق وجود دارند. در حالی که پلاسما بعید است که (بر اساس فن آوری فعلی ما) که چنین بیماری هایی را درمان کند، آن ها می‌توانند به کاهش عوارض از طریق باکتری ها و قارچ ها کمک کنند. در آینده، با تبدیل شدن پلاسما "طراح" به یک "عامل تحویل داروی مولکولی"، حتی ممکن است درمان برخی از این بیماری ها امکان پذیر شود.

- زخم های مزمن: حدود 1٪ از جمعیت در کشورهای توسعه یافته از زخمهای مزمن رنج می‌برند. دلایل مختلفی وجود دارد، به عنوان مثال بیماری های وریدی، بیماری های شریانی، دیابت قندی، پیودرم قانقاریائی، کارسینوما. هرچه قدر سن جمعیت بالا می رود، وقوع آن نیز احتمالا افزایش می‌یابد. مجدداً، پلاسما ممکن است به درمان کمک کند - و دوباره بعید است که پلاسما بیماری زمینه ای را درمان کند. اما با از بین بردن عفونت های باکتریایی و قارچی، پلاسما ممکن است رنج را کاهش دهد، از درمان پشتیبانی کند و سرعت بهبود را افزایش دهد.

- زیبایی دهنده ها: درمان با پلاسما برای ساخت مجدد بافت های زیبایی، علاوه بر جوان سازی پوست با استفاده از پلاسما ازت مورد بحث واقع شده است. سفیدکردن دندان همچنین توسط پلاسماها، عمدتا به دلیل تولید درجا هیدروژن پراکسید تقویت می شود.

کاربردهای پیش بینی شده دیگری نیز وجود دارد، اعم از پاکسازی خون، فرآيندهاي لازم دارویی براي درمان سرطان، اما از گذشته تا کنون اين موارد به اندازه كافي توسعه نيافته اند تا به جزئیات انجام شوند. با این وجود، آن ها همچنان عنوان های تحقیقاتی جذابی هستند.