大气压等离子体射流促进干细胞增殖与分化的机理研究

Applications of room temperature-atmospheric pressure plasma (RT-APP) in health care include sterilization, inducing cancer cell apoptosis, etc. Lots of related researches on plasma medicine and the interacting mechanism between plasma and treatment objects have been done by researchers around the world. However, reports about the use of RT-APP to promote the proliferation and differentiation of neural stem cells were rarely seen. In this project, we will investigate the effects of RT-APP on the proliferation and differentiation of neural stem cell and the mechanisms underlying. (1) Through changing the discharge parameters of plasma jet, we will study the effects of RT-APP on the proliferation and differentiation of neural stem cell, and get the optimal working conditions. (2) To get a preliminary understanding of the mechanism on the promoting effect of plasma on the proliferation and differentiation of stem cells, concentrations of various reactive species will be measured under different discharge conditions. (3) We will also analyze the differentiated cell lineages to get a better understanding of the mechanism on the promoting effect of plasma on neural stem cells. (4) Preliminary exploration will be carried out on the synergy of plasma and traditional differentiation promoting factor of neural stem cell. (5) Moreover, biological safety of plasma on neural stem cell will be explored. (6) In the end, the effects of plasma on the nervous system repair of spinal cord injury and brain damage will be also studied from animal level.

常温大气压等离子体（RT-APP）在生物医学领域的应用包括灭菌、诱导癌细胞凋亡等。国内外研究者在其机理及应用方面都开展了大量的研究工作。而利用RT-APP来促进神经干细胞的增殖与分化则非常少。本课题将研究RT-APP促进神经干细胞增殖与分化的效果及其机理。通过（1）改变等离子体射流的放电参数，确定他们对神经干细胞增殖、分化的影响效果，获得最优工作条件；（2）测量不同放电参数下等离子体中各种活性粒子浓度，并与第一部分结果进行综合对照分析，初步了解等离子体促进干细胞增殖与分化的机理；（3）对等离子体处理后神经干细胞分化的细胞谱系进行分析，从而深入了解等离子体促进神经干细胞分化的机制；（4）并初步开展等离子体与传统促进神经干细胞分化因子协同作用的研究；及（5）等离子体对神经干细胞增殖、分化作用的生物安全性分析；最后，（6）从动物水平研究等离子体处理对脊髓损伤、脑损伤小鼠的神经系统修复效果。

干细胞是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞。神经干细胞则是一类存在于中枢神经系统中的多能干细胞，具有分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的潜能。近年来诱导神经干细胞定向分化被认为是治疗神经系统疾病的一个重要方向，但目前却缺乏有效诱导神经干细胞定向分化的方法。大气压等离子体射流能够在产生大量活性粒子的同时保持气体温度在室温左右，其在生物医学中的应用，如杀菌消毒、伤口处理以及癌症治疗等已经被广泛报道。本课题的研究目的则是确认大气压等离子体射流是否能够促进干细胞的增殖和分化。.本课题以小鼠神经干细胞C17.2-NSCs为体外模型来研究APPJs对神经干细胞的生物学效应，通过研究首先确定了对神经干细胞不产生毒害作用的APPJs放电参数和处理时间，而且发现大气压等离子体射流处理不仅能够促进神经干细胞的分化，而且能选择性的促进神经干细胞朝神经元细胞(75%)与少突胶质细胞(8%)的分化，而对星形胶质细胞的分化没有促进作用。其次通过进一步研究发现大气压等离子体产生的活性粒子在促进干细胞的分化过程中发挥着重要作用。因此本课题又对实验用的大气压等离子体射流产生的两种重要的活性粒子OH和O原子的浓度和时空分布特征进行了诊断，同时确定了各种外部条件变化这两种活性粒子的浓度和时空分布的影响。本课题通过一系列的研究，为今后通过精确控制APPJs中活性粒子的浓度从而达到调控神经干细胞的增殖与分化奠定了理论与实验基础。