Ny anvendelse af et atmosfæretryk Plasma Jet som en Neuro-beskyttende middel mod glukose afsavn-induceret skade af SH-SY5Y celler
Summary
En protokol til neuroprotektive anvendelsen af lav-dosis atmosfæretryk plasma behandling på glucose afsavn-induceret SH-SY5Y skader.
Abstract
Atmosfæretryk plasma jet (APPJ) har tiltrukket sig opmærksomhed fra mange forskere fra flere discipliner i de seneste år fordi dens emissioner omfatter flere typer af reaktive nitrogen arter (RNS) og reaktive ilt arter (ROS). Vores tidligere undersøgelse har vist cytoprotective effekten af APPJ mod oxidativt stress-induceret skader. Formålet med den foreliggende undersøgelse er at give en detaljeret in vitro- behandling protokol vedrørende neuroprotektive programmerne for helium APPJs på glucose afsavn-induceret skade i SH-SY5Y celler. SH-SY5Y humane neuroblastoma-afledte cellelinje blev fastholdt i RPMI 1640 medium suppleret med 15% føtalt kalveserum. Næringssubstratet skiftede derefter til RPMI 1640 uden glukose før APPJ behandling. Efter en 1 h inkubation i en celle inkubator, var cellernes levedygtighed bestemmes ved hjælp af celle tælle Kit 8. Resultaterne viste, at i forhold til gruppen glukose afsavn, celler behandles med APPJ udstillet betydeligt øget cellernes levedygtighed i en dosisafhængig måde, med 8 s/godt observeret som en optimal dosis. I mellemtiden, helium flow havde ingen effekt på glucose afsavn-induceret celle værdiforringelse. Vores resultater viste, at APPJ potentielt kunne anvendes som en behandlingsmetode for sygdomme i centralnervesystemet relateret til glukose afsavn. Denne protokol kan også bruges som et cytoprotective program for andre celler med forskellige funktionsnedsættelser, men cellekultur og APPJ behandling betingelser bør justeres, og behandling dosis skal være forholdsvis lav.
Introduction
Den voksne hjerne bruger næsten udelukkende glukose som substrat for energimetabolisme under normale fysiologiske forhold. Den menneskelige hjerne udgør kun 2% af kropsvægten, men forbruger ca 25% af den samlede glukose i kroppen1. Det er veldokumenteret at glukose metabolisme dysfunktion er en af de store patologiske ændringer under iskæmisk slagtilfælde og forskellige neurodegenerative sygdomme, herunder Alzheimers sygdom (AD), Huntington’s chorea (HD) og Parkinsons sygdom (PD) 2,3. Af mangel på glucose og enten nedsat glukoseoptagelse eller oxidativ fosforylering kan direkte påvirke ATP produktion og yderligere fremkalde neurale celledød, der kan øge risikoen for neuronal dysfunktion, hvilket tyder på at opretholde celle levedygtighed eller at forsinke celle skade efter glukose afsavn kan være en fornuftig tilgang til behandling af disse sygdomme. Undersøgelsen af neuroprotektive effekter via glukose graduering, med fokus på anti-inflammatoriske lægemidler, ion-kanal modulatorer, frie radikaler skyllevæsker, neurotrope faktorer, etc. har været af interesse. Oversættelse af disse neuroprotektive tilgange fra bænken til klinisk praksis har imidlertid ikke været vellykket4.
Atmosfærisk tryk plasma jets (APPJs) er en ny slags atmosfæriske lav temperatur gas udledning teknologi, der har tiltrukket sig opmærksomhed fra mange forskere fra flere discipliner i de seneste år. APPJs har været brugt i årtier i forskellige biomedicinske anvendelser såsom kræft celle behandling, bakteriel inaktivering, blodkoagulation, sårheling, oral medicin, etc.5,6, på grund af emissionerne af flere typer af reaktive nitrogen arter (RNS) og reaktive ilt arter (ROS) (figur 1)7. Tidligere plasma bio-medicin programmer primært fokuseret på den oxidative og/eller nitrative stress på bakterier, celler og væv8. APPJ kunne også være en “tveægget sværd” da RNS og ROS er vigtigt intracellulær signalering molekyler relateret til mange fysiologiske og patofysiologiske processer9. Nitrogenoxid (NO) styrer en bred vifte af biologiske processer og spiller en dobbelt rolle i den menneskelige krop, især i centralnervesystemet (CNS). Lave niveauer af NO har vist deres neuroprotektive aktiviteter både i in vitro og i vivo via flere signal veje10. Vores tidligere undersøgelse først rapporteret at helium APPJ-induceret ingen produktion var involveret i neuroprotektive effekt af APPJ mod oxidativt stress-induceret skader11. Effekter af APPJs på andre skader er dog ikke blevet rapporteret. Formålet med den foreliggende undersøgelse er derfor, at give en in vitro- behandling protokol vedrørende neuroprotektive programmerne for helium APPJ på glucose afsavn-induceret skade i SH-SY5Y celler. Forskellig fra tidligere undersøgelser, vores protokol brugt lavdosis plasma behandling for neuroprotektive programmer uden konsekvenserne af overdreven plasma-induceret skader, der angiver, at APPJ behandling potentielt kunne anvendes som en roman “ingen donor stof “for fremtidig forskning og selv for kliniske oversættelse. Denne protokol blev også foreslået skal bruges som et cytoprotective program til andre celletyper med forskellige funktionsnedsættelser, men APPJ behandling betingelser bør re justerede og behandling dosis skal være forholdsvis lav.
Protocol
Representative Results
Discussion
SH-SY5Y celler er en human neuroblastoma-afledte cellelinie og er almindeligt anvendt som en passende celle model for in vitro- undersøgelser den neurotoksiske eller neuroprotection12. SH-SY5Y cellelinje var følsomme over for glukose afsavn betingelser. Cellernes levedygtighed faldt til næsten 50% efter 1 h glukose afsavn, som er den optimale celle levedygtighed betingelse for undersøgelser af farmakodynamik. Derudover CCK-8 reagens har ingen cytotoksicitet celler og celler blev inkub…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af innovationsfond Beijing Neurokirurgiske Institute (2014-11), National Natural Science Foundation i Kina (nr. 11475019 og 81271286) og Beijing Natural Science Foundation (nr. 7152027).
Materials
| SH-SY5Y cell line | China Center for Type Culture Collection | 3111C0001CCC000026 | |
| RPMI 1640 medium | Thermo Scientific | 21875091 | stored at 4 °C |
| RPMI 1640 medium no glucose | Thermo Scientific | 11879020 | stored at 4 °C |
| fetal calf serum | Thermo Scientific | 16000044 | stored at -20 °C |
| tripsin-EDTA solution | Solarbio | T1300 | stored at 4 °C |
| 96 wells plate | corning | 3599 | |
| Cell Counting Kit-8 (CCK-8) | Dojindo Laboratories | CK04 | stored at 4 °C |
| microplate reader | Tecan | M200 Pro | for measuring the absorbance at 450 nm |
| High – voltage Power Amplifier | Trek | PD06087 | for amplifing the power |
| Function Signal Generator | MaZe Electronics Science&Technology | AT30120 | for providing the specific signal |
| High – Voltage Probe | Tektronix | P6015A | for detecting high voltage |
| Digital Oscilloscope | Tektronix | DPO4104B | for displaying the signal |
References
- Yang, S. H., et al. Alternative mitochondrial electron transfer for the treatment of neurodegenerative diseases and cancers: Methylene blue connects the dots. Prog. Neurobiol. , (2015).
- Bhat, A. H., et al. Oxidative stress, mitochondrial dysfunction and neurodegenerative diseases; a mechanistic insight. Biomed. Pharmacother. 74, 101-110 (2015).
- Bullon, P., Newman, H. N., Battino, M. Obesity, diabetes mellitus, atherosclerosis and chronic periodontitis: a shared pathology via oxidative stress and mitochondrial dysfunction?. Periodontol. 2000. 64 (1), 139-153 (2014).
- Sutherland, B. A., et al. Neuroprotection for ischaemic stroke: translation from the bench to the bedside. International Journal of Stroke. 7 (5), 407-418 (2012).
- Yan, D., et al. Principles of using Cold Atmospheric Plasma Stimulated Media for Cancer Treatment. Scientific Reports. 5 (5), 18339 (2015).
- Lu, X., Laroussi, M., Puech, V. On atmospheric-pressure non-equilibrium plasma jets and plasma bullets. Plasma Sources Science & Technology. 21 (3), 034005 (2012).
- Lu, X., et al. Reactive species in non-equilibrium atmospheric-pressure plasmas: Generation, transport, and biological effects. Phys. Rep. 630, 1-84 (2016).
- Lu, X., Naidis, G. V., Laroussi, M., Ostrikov, K. Guided ionization waves: Theory and experiments. Phys. Rep. 540 (3), 123-166 (2014).
- Di, M. S., Reed, T. T., Venditti, P., Victor, V. M. Role of ROS and RNS Sources in Physiological and Pathological Conditions. Oxid. Med. Cell Longev. 2016 (22), 1245049 (2016).
- Contestabile, A., Ciani, E. Role of nitric oxide in the regulation of neuronal proliferation, survival and differentiation. Neurochemistry International. 45 (6), 903-914 (2004).
- Yan, X., et al. Protective effect of atmospheric pressure plasma on oxidative stress-induced neuronal injuries: an in vitro study. J. Phys. D: Appl. Phys. 50 (9), 095401 (2017).
- Xie, H. R., Hu, L. S., Li, G. Y. SH-SY5Y human neuroblastoma cell line: in vitro cell model of dopaminergic neurons in Parkinson’s disease. Chin. Med. J. 123 (8), 1086-1092 (2010).
- Tsutsui, C., et al. Treatment of cardiac disease by inhalation of atmospheric pressure plasma. Japanese Journal of Applied Physics. 53 (6), 060309 (2014).
- Graves, D. B. Low temperature plasma biomedicine: A tutorial review. Physics of Plasmas. 21 (8), 104-117 (2014).
