بررسی القای آپوپتوز توسط پلاسمای سرد اتمسفری به عنوان مکانیسم مرگ سلولی در رده‌ی سلولی سرطان دهانه‌ی رحم (Hela)

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه فارماکولوژی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران

2 مهندس پلاسما، پژوهشکده‌ی لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 استادیار، پژوهشکده‌ی لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

4 استاد، پژوهشکده‌ی لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

5 دانشیار، گروه فارماکولوژی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

مقدمه: سرطان دومین عامل مرگ و میر در جهان و سومین عامل مرگ و میر در ایران است. روش‌های درمانی بسیاری برای مقابله با سرطان مورد بررسی قرار گرفته‌اند. استفاده از پلاسمای سرد اتمسفری و محیط فعال شده توسط آن، یکی از روش‌های تحقیقاتی نوین در زمینه‌ی درمان سرطان است. مطالعه‌ی حاضر با هدف بررسی القای آپوپتوز توسط پلاسمای سرد اتمسفری به عنوان مکانیسم مرگ سلولی در رده‌ی سلولی سرطان دهانه‌ی رحم (Hela) انجام شد.روش‌ها: در این مطالعه‌ی تجربی ابتدا اثرات پلاسمای اتمسفری هلیم و هلیم + اکسیژن و محیط فعال شده توسط آن‌ها (Plasma activated medium یا PAM) بر روی زیست‌پذیری سلول‌های Hela مورد بررسی قرار گرفت. سپس، میزان H2O2 محیط و همچنین، میزان پروتئین‌های کاسپاز 3، کاسپاز 8، B-cell lymphoma protein 2 (Bcl-2) و Bcl-2-associated X (Bax) در هر دو روش تابش مستقیم پلاسما و PAM به ترتیب از طریق MTT assay، Medium H2O2 assay و Western Blot analysis مورد ارزیابی قرار گرفت.یافته‌ها: میزان کاهش زیست‌پذیری سلول‌ها در روش تابش مستقیم پلاسما بیش از محیط فعال شده توسط آن بود (001/0 > P) و افزودن اکسیژن به پلاسما، باعث افزایش مرگ سلولی گردید. میزان H2O2 محیط در روش مستقیم بیش از روش محیط فعال شده بود (001/0 > P). همچنین، سطح بیان پروتئین‌های کاسپاز-3 و کاسپاز-8 در روش مستقیم، بالاتر از روش PAM بود (010/0 > P). افزایش نسبت Bcl-2/Bax نیز القای آپوپتوز را به عنوان مکانیسم اثر نشان داد (001/0 > P).نتیجه‌گیری: پلاسمای سرد اتمسفری، منبعی برای تولید گونه‌های فعال اکسیژنی و نیتروژنی است و باعث تولید رادیکال‌های آزاد مانند H2O2 در محیط مایع می‌شود که نقش مهمی در مرگ سلول‌های سرطانی دارد. نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از پلاسمای مستقیم و PAM از طریق القای آپوپتوز، باعث مرگ سلولی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Inducing Apoptosis as Cell Death Mechanism by Cold Atmospheric Plasma in Cervix Cancer Cell Line (Hela)

نویسندگان [English]

  • Tahereh Tayebi 1
  • Mahya Aminrayajezeh 2
  • Mohammad Reza Khani 3
  • Babak Shokri 4
  • Hassan Niknejad 5
1 PhD Candidate, Department of Pharmacology, School of Medicine, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
2 Plasma Engineering, Laser and Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Laser and Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 Professor, Laser and Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
5 Associate Professor, Department of Pharmacology, School of Medicine, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background: Cancer is the second leading cause of death in the world and third in Iran. Various methods have been investigated for cancer treatment in which the use of cold atmospheric plasma and plasma-activated medium (PAM) are two new research methods in the field of cancer therapy. This study aimed to evaluate the inducing of apoptosis as cell death mechanism by cold atmospheric plasma in cervix cancer cell line (Hela)Methods: At first, the effects of helium and helium + oxygen atmospheric plasma and PAM on the viability of Hela cell line were investigated. Then, the rate of H2O2 in the medium, and the levels of caspase-3, caspase-8, Bcl-2-associated X (Bax), and B-cell lymphoma protein 2 (Bcl2) proteins in both direct plasma and PAM treatments were evaluated using MTT assay, medium H2O2 assay, and Western Blot analysis, respectively.Findings: The decrease of cells viability in direct plasma treatment group was more than PAM group (P < 0.001), and adding oxygen to plasma increased the rate of cell death. The H2O2 level in medium in direct method was more than PAM (P < 0.001). Moreover, the expression of caspase-3 and caspase-8 proteins in direct plasma were higher than PAM (P < 0.010). Higher ratio of Bcl-2/Bax showed the induction of apoptosis in cancer cells (P < 0.001).Conclusion: Cold atmospheric plasma is a source of oxygen and nitrogen reactive species, which can produce free radicals such as H2O2 in medium that plays an important role in the treatment of cancer. Moreover, direct plasma and PAM induce apoptosis in cancer cells, as a probable mechanism of cell death.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Apoptosis
  • Cell viability
  • Reactive oxygen species
  • Reactive nitrogen species

مراجع

  1. Stewart BW, Wild CP. World Cancer Report 2014. Geneva Switzerland: WHO; 2014.
  2. GLOBOCAN 2012: Estimated Cancer Incidence, Mortality and Prevalence Worldwide in 2012 [Online]. [cited 2012]; Available from: URL: https://publications.iarc.fr/Databases/Iarc-Cancerbases/GLOBOCAN-2012-Estimated-Cancer-Incidence-Mortality-And-Prevalence-Worldwide-In-2012-V1.0-2012
  3. Hajiesmaeil M, Tafvizi F, Sarmadi S. The association between methylenetetrahydrofolate reductase C677T polymorphism and cervical cancer. Koomesh 2016; 17(3):651-659. [In Persian].
  4. Panngom K, Baik KY, Nam MK, Han JH, Rhim H, Choi EH. Preferential killing of human lung cancer cell lines with mitochondrial dysfunction by nonthermal dielectric barrier discharge plasma. Cell Death Dis 2013; 4: e642.
  5. Kaushik N, Kumar N, Kim CH, Kaushik NK, Choi EH. Dielectric barrier discharge plasma efficiently delivers an apoptotic response in human monocytic lymphoma. Plasma Process Polym 2014; 11(12): 1175-87.
  6. Aminraya Jezeh M, Khani M, Shokri B, Niknejad H. The effects of plasma-activated medium on the viability of breast (MDA-MB-231) and cervical (Hela) cancer cell lines. J Isfahan Med Sch 2019; 37(526): 493-9. [In Persian].
  7. Ahn HJ, Kim KI, Hoan NN, Kim CH, Moon E, Choi KS, et al. Targeting cancer cells with reactive oxygen and nitrogen species generated by atmospheric-pressure air plasma. PLoS One 2014; 9(1): e86173.
  8. Yan D, Talbot A, Nourmohammadi N, Cheng X, Canady J, Sherman J, et al. Principles of using cold atmospheric plasma stimulated media for cancer treatment. Sci Rep 2015; 5: 18339.
  9. Yan D, Sherman JH, Cheng X, Ratovitski E, Canady J, Keidar M. Controlling plasma stimulated media in cancer treatment application. Appl Phys Lett 2014; 105(22): 224101.
  10. Ma Y, Ha CS, Hwang SW, Lee HJ, Kim GC, Lee KW, et al. Non-thermal atmospheric pressure plasma preferentially induces apoptosis in p53-mutated cancer cells by activating ROS stress-response pathways. PLoS One 2014; 9(4): e91947.
  11. Gibson AR, Graham W, O'Connell D, McCarthy H, Ali A. Effect of a non-thermal atmospheric pressure plasma effluent on liquid chemistry and cellular response. Proceedings of 39th IEEE International Conference on Plasma Science; 2012 Jul 8-12; Edinburgh, Scotland, UK. 2012.
  12. Lukes P, Dolezalova E, Sisrova I, Clupek M. Aqueous-phase chemistry and bactericidal effects from an air discharge plasma in contact with water: Evidence for the formation of peroxynitrite through a pseudo-second-order post-discharge reaction of H2O 2 and HNO2. Plasma Sources Sci Technol 2014; 23(1): 015019.
  13. Lopez-Lazaro M. Dual role of hydrogen peroxide in cancer: possible relevance to cancer chemoprevention and therapy. Cancer Lett 2007; 252(1): 1-8.
  14. Nathan CF, Cohn ZA. Antitumor effects of hydrogen peroxide in vivo. J Exp Med 1981; 154(5): 1539-53.
  15. Tochigi M, Inoue T, Suzuki-Karasaki M, Ochiai T, Ra C, Suzuki-Karasaki Y. Hydrogen peroxide induces cell death in human TRAIL-resistant melanoma through intracellular superoxide generation. Int J Oncol 2013; 42(3): 863-72.
  16. Redza-Dutordoir M, Averill-Bates DA. Activation of apoptosis signalling pathways by reactive oxygen species. Biochim Biophys Acta 2016; 1863(12): 2977-92.
  17. Khodapasand E, Jafarzadeh N, Farrokhi F, Kamalidehghan B, Houshmand M. Is Bax/Bcl-2 ratio considered as a prognostic marker with age and tumor location in colorectal cancer? Iran Biomed J 2015; 19(2): 69-75.
  18. Aminraya Jezeh M, Khani M, Shokri B, Niknejad H. The effect of cold helium and helium-oxygen plasma on viability of breast (MDA-MB-231) and cervical (Hela) cancer cells. Koomesh 2019. [Unpublished].
  19. Keidar M, Walk R, Shashurin A, Srinivasan P, Sandler A, Dasgupta S, et al. Cold plasma selectivity and the possibility of a paradigm shift in cancer therapy. Br J Cancer 2011; 105(9): 1295-301.
  20. Kang SU, Cho JH, Chang JW, Shin YS, Kim KI, Park JK, et al. Nonthermal plasma induces head and neck cancer cell death: The potential involvement of mitogen-activated protein kinase-dependent mitochondrial reactive oxygen species. Cell Death Dis 2014; 5: e1056.
  21. Vandamme M, Robert E, Pesnel S, Barbosa E, Dozias S, Sobilo J, et al. Antitumor effect of plasma treatment on u87 glioma xenografts: Preliminary results. Plasma Process Polym 2010; 7(34): 264-73.
  22. Tanaka H, Mizuno M, Ishikawa K, Nakamura K, Kajiyama H, Kano H, et al. Plasma-activated medium selectively kills glioblastoma brain tumor cells by down-regulating a survival signaling molecule, AKT kinase. Plasma Med 2011; 1(3-4): 265-77.
  23. Yan D, Xu W, Yao X, Lin L, Sherman JH, Keidar M. The cell activation phenomena in the cold atmospheric plasma cancer treatment. Sci Rep 2018; 8(1): 15418.
  24. Yan D, Cui H, Zhu W, Talbot A, Zhang LG, Sherman JH, et al. The strong cell-based hydrogen peroxide generation triggered by cold atmospheric plasma. Sci Rep 2017; 7(1): 10831.
  25. Niknejad H, Khayat-Khoei M, Peirovi H, Abolghasemi H. Human amniotic epithelial cells induce apoptosis of cancer cells: A new anti-tumor therapeutic strategy. Cytotherapy 2014; 16(1): 33-40.
  26. Gomez Sarosi LA, Rieber MS, Rieber M. Hydrogen peroxide increases a 55-kDa tyrosinase concomitantly with induction of p53-dependent p21 waf1 expression and a greater Bax/Bcl-2 ratio in pigmented melanoma. Biochem Biophys Res Commun 2003; 312(2): 355-9.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 37، شماره 556 - شماره پیاپی 556
بهمن و اسفند 1398
صفحه 1354-1360

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 شهریور 1398
  • تاریخ بازنگری: 28 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار