《Biochemistry and Biophysics Reports》：Dual-transferred atmospheric-pressure plasma jet modulates matrix metalloproteinase expression in breast cancer stem cells
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為應對乳腺癌干細胞(BCSCs)驅動腫瘤轉移與耐藥的嚴峻挑戰，伊朗Mazandaran大學的研究團隊開發了新型雙轉移常壓等離子體射流(DTAPPJ)平臺。該研究證實，DTAPPJ能夠穩定、低功耗地高效產生活性氧氮物種(RONS)，并針對性地抑制BCSCs中多種MMPs（如MMP-1, -2, -3, -7, -9, -10, -11, -13, -14）的表達，同時降低BCSCs的活性與代謝，從而為靶向BCSCs、抑制腫瘤侵襲轉移提供了有前景的新型物理治療策略。
乳腺癌是全球女性最常見的惡性腫瘤之一，其治療面臨的一個核心難題是復發與轉移。這背后，乳腺癌干細胞扮演著關鍵角色。這群細胞如同腫瘤中的“種子”，不僅具有自我更新和分化能力，更能驅動腫瘤發生、抵抗常規治療，并促成致命的遠端轉移。它們的“超能力”部分來源于一類名為基質金屬蛋白酶的工具。MMPs就像細胞外基質（即包裹細胞的“土壤”）的“挖掘機”，能降解細胞周圍的膠原蛋白等結構，為癌細胞的侵襲和轉移開辟道路。因此，靶向抑制BCSCs及其分泌的MMPs，成為遏制乳腺癌進展的戰略要地。
然而，傳統的藥物靶向策略常面臨特異性不足、毒性大或易產生耐藥等問題。近年來，冷大氣壓等離子體作為一種新興的非熱物理治療手段，進入了研究者的視野。它能在近室溫下產生富含活性氧氮物種的等離子體，這些活性物質可選擇性地誘導癌細胞死亡并調節其生物學行為。但常規等離子體射流存在射程短、活性物種在長距離傳輸中衰減快、難以深入復雜生物環境等局限。為此，來自伊朗馬贊德蘭大學的研究團隊開發了一種創新的“雙轉移常壓等離子體射流”平臺，旨在更安全、高效地將等離子體的治療效應送達目標。這項研究成果發表在《Biochemistry and Biophysics Reports》期刊上。
本研究主要采用了以下幾項關鍵技術方法：首先，研究團隊設計并構建了DTAPPJ系統，該系統以氬氣或氦氣為工作氣體，通過嵌入長導管中的浮動銅電極實現等離子體的兩次接力傳輸。其次，利用該DTAPPJ對源自MCF7細胞系的乳腺癌干細胞進行直接照射處理，處理時間分別為120、180和240秒。細胞培養方面，研究采用了更貼近體內環境的三維Matrigel基質膠培養體系來培養BCSCs。最后，通過MTT法檢測細胞活力，并采用實時定量PCR技術系統分析了九種關鍵MMP基因的轉錄水平變化。
研究結果
DTAPPJ系統的物理與化學特性： 研究證實，DTAPPJ系統能夠在低功耗下穩定運行，其輸出功率低于1瓦，確保了操作的安全性。電壓-電流測量顯示，等離子體在兩次轉移過程中能穩定傳播，盡管電壓和電流有所衰減。更重要的是，通過光學發射光譜分析發現，從初級、次級到三級射流，反應性氧氮物種的種類和發射強度呈現逐級放大的趨勢，特別是氦氣驅動的DTAPPJ產生的RONS更為豐富。這證明了DTAPPJ設計能有效克服長距離傳輸中的活性衰減問題，為后續生物學效應奠定了基礎。
DTAPPJ顯著抑制BCSCs中多種MMP基因的表達： 生物學實驗的核心發現是，DTAPPJ暴露能時間依賴性地強力抑制BCSCs中一系列MMP基因的轉錄。受抑制的MMPs包括MMP-1、-2、-3、-7、-9、-10、-11、-13和-14。其中，膠原酶MMP-1和MMP-13， gelatin酶MMP-2和MMP-9，以及膜型MMP-14均受到顯著下調。比較而言，氦氣驅動的DTAPPJ在抑制MMP表達方面始終優于氬氣驅動的DTAPPJ，且更長的暴露時間（240秒）產生更強的抑制效果。這些MMPs是癌細胞降解細胞外基質、實現侵襲轉移的關鍵執行者，它們的廣泛抑制意味著DTAPPJ可能從根本上削弱BCSCs的侵襲潛能。
DTAPPJ降低BCSCs的活力與代謝活性： MMP表達的抑制伴隨著BCSCs生存能力的下降。MTT實驗結果顯示，DTAPPJ處理能劑量依賴性地降低BCSCs的代謝活性。在三維培養體系中，經240秒氦氣DTAPPJ處理的BCSCs活力下降最為明顯。這表明DTAPPJ產生的氧化壓力足以突破BCSCs本身較強的抗氧化防御系統，對其生存造成直接威脅。
結論與意義
該研究得出結論：新型雙轉移常壓等離子體射流是一種低功耗、安全且高效的新型等離子體治療模式。它通過獨特的雙轉移結構和浮動電極設計，實現了活性氧氮物種的遠程、穩定、增強式輸送。DTAPPJ產生的RONS能夠有效調控乳腺癌干細胞的分子表型，其核心機制在于對MMPs表達譜的廣泛且協同的轉錄抑制。這種抑制可能通過影響對氧化還原敏感的關鍵轉錄因子（如NF-κB、STAT3等）來實現。同時，DTAPPJ還能直接降低BCSCs的活力，并在三維腫瘤微環境下依然有效，表明其具有克服微環境介導的干細胞特性維持與耐藥的能力。
這項研究的意義重大。首先，它在技術層面提供了一種性能更優的等離子體輸送方案，解決了傳統設備在穿透深度和空間控制上的局限性，提高了治療的安全性和適用性。其次，在生物學層面，研究首次系統揭示了DTAPPJ對BCSCs中一個關鍵侵襲相關蛋白家族——MMPs的多靶點抑制作用，為理解等離子體抗腫瘤轉移的分子機制提供了新見解。最重要的是，研究將先進的物理工程技術與前沿的腫瘤生物學問題相結合，證實了DTAPPJ同時靶向“種子”（BCSCs）和“工具”（MMPs）的雙重功效，為開發針對乳腺癌干細胞、抑制腫瘤轉移的創新型、微創或輔助治療方法奠定了堅實的實驗基礎，展示了等離子體醫學在轉化抗癌應用中的巨大潛力。
