IRRADIATION OF MESENCHYMAL STEM CELLS WITH AN ARGON PLASMA JET WITH VARIOUS OXYGEN ADMIXTURES

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of experiments on the usage of a low-temperature plasma (LTP) jet to activate the nutrient liquid medium αMEM containing mesenchymal stem cells (MSCs) isolated from the bone marrow of Wistar rats are presented. The LTP jet had been created by an axially symmetric barrier discharge with a thin rod electrode located inside a quartz tube along its axis. The tube has been purged with argon at a flow rate of about 25 m/s at the tube output. The conditions under which LTP activation of the αMEM medium can accelerate MSC proliferation have been studied. It turns out that the final effect of the activated liquid medium on cells strongly depends on the purity of argon used to form the plasma jet. A small admixture of oxygen in argon at a level of 700 ppm leads to the formation of active oxygen species in the discharge and in the plasma jet, as well as ozone at a fairly high concentration. Ozone supplied by a jet into a liquid medium dissolves well in it and, as a strong oxidizer, can have a detrimental effect on stem cells. The results on the difference in the composition of active particles in plasma jets in pure argon and in argon with a small admixture of oxygen are presented, as well as the results of microbiological studies on the effect of two types of plasma jets on mesenchymal stem cells.

About the authors

A. E. Zakharchenko

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

P. A. Domnin

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

E. V. Kalinin

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

A. G. Grosheva

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

A. V. Petryakov

Troitsk Institute of Innovative and Thermonuclear Research

Email: petryakov@triniti.ru
Moscow, Troitsk, Russia

M. A. Medvedev

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology; Troitsk Institute of Innovative and Thermonuclear Research

Moscow, Russia; Moscow, Troitsk, Russia

E. A. Fefelova

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

K. Hajisharifi

Kharazmi University

Tehran, Iran

E. Heydari

Kharazmi University

Tehran, Iran

H. Mehdian

Kharazmi University

Tehran, Iran

E. Robert

Kharazmi University

Tehran, Iran

A. Stancampiano

Universite´ d’Orle´ans

Orle´ans, UMR 7344 GREMI, CNRS. France

S. A. Ermolaeva

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

Yu. S. Akishev

N.F.Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology; Troitsk Institute of Innovative and Thermonuclear Research; National Research Nuclear University “Moscow Engineering Physics Institute” (MEPhI)

Moscow, Russia; Moscow, Troitsk, Russia; Moscow, Russia

References

  1. Герасименко М.Ю., Зайцева Т.Н., Евстигнеева И.С. // Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. 2019. Т. 1. С. 79. https://doi.org/10.36425/2658-6843-2019-3-79-89
  2. Laroussi M. // Frontiers Phys. 2020. V. 8. P. 74. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00074
  3. Thomas J.E., Stapelmann K. // Plasma. 2024. V. 7. P. 386. https://doi.org/10.3390/plasma7020022
  4. von Woedtke Th., Bekeschus S., Weltmann K.-D., Wende K. // Plasma Processes Polymers. 2025. V. 22. P. e2400255. https://doi.org/10.1002/ppap.202400255
  5. Kong M.G., Kroesen G., Morfill G., Nosenko T., Shimizu T., Van Dijk J., Zimmermann J.L. // New J. Phys. 2009. V. 11. P. 115012. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/11/115012
  6. van Gils C.A.J., Hofmann S., Boekema B.K.H.L., Brandenburg R., Bruggeman P.J. // J. Phys. D Appl. Phys. 2013. V. 46. P. 175203. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/17/175203
  7. Takamatsu T., Uehara K., Sasaki Y., Hidekazu M., Matsumura Y., Iwasawa A., Ito N., Kohno M., Azuma T., Okino A., Yousfi M. // PLoS One. 2015. V. 10(7). P. e0132381. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0132381
  8. Setsuhara Y. // Arch. Biochem. Biophys. 2016. V. 605. P. 3. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.04.009
  9. Lu X.P., Reuter S., Laroussi M., Liu D.W. Nonequilibrium Atmospheric Pressure Plasma Jets: Fundamentals, Diagnostics, and Medical Applications. Boca Raton: CRC Press, 2019.
  10. von Woedtke T., Emmert S., Metelmann H.-R., Rupf S., Weltmann K.-D. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 070601. https://doi.org/10.1063/5.0008093
  11. Laroussi M., Bekeschus S., Keidar M., Bogaerts A., Fridman A., Lu X., Ostrikov K., Hori M., Stapelmann K., Miller V. et al. // IEEE Trans. Radiat. Plasma Med. Sci. 2022. V. 6. P. 127. https://doi.org/10.1109/TRPMS.2021.3135118
  12. Keidar M., Weltmann K.-D., Macheret S. // J. Appl. Phys. 2021. V. 130. P. 080401. https://doi.org/10.1063/5.0065750
  13. Ermolaeva S.A., Varfolomeev A.F., Chernukha M.Y., Yurov D.S., Vasiliev M.M., Kaminskaya A.A., Moisenovich M.M., Romanova J.M., Murashev A.N., Selezneva I.I. et al. // J. Med. Microbiol. 2011. V. 60. P. 75. https://doi.org/10.1099/jmm.0.020263-0
  14. Heinlin J., Zimmermann J.L., Zeman F., Bunk W., Isbary G., Landthaler M., Maisch T., Monetti R., Morfill G., Shimizu T., Steinbauer J., Stolz W., Karrer S. // Wound Repair Regen. 2013. V. 21. P. 800. https://doi.org/10.1111/WRR.12078
  15. Scholtz V., Pazlarovа´ J., Souskovа´c H., Khuna J., Julа´k J. // Biotechnol Adv. 2015. V. 33. P. 1108. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.01.002
  16. Arndt S., Unger P., Berneburg M., Bosserhoff A.K., Karrer S. // J. Dermatol. Sci. 2018. V. 89. P. 181. https://doi.org/10.1016/J.JDERMSCI.2017.11.008
  17. Weishaupt C., Emmert S. // Clin. Plasma Med. 2018. V. 10. P. 16. https://doi.org/10.1016/J.CPME.2018.03.002
  18. Chailakhyan R. K., Grosheva A. G., Gerasimov Y. V., Vorob’eva N. N., Ermolaeva S. A., Sysolyatina E. V., Petryakov A.V., Akishev Y.S. // Bull. Exp. Biol. Med. 2019. V. 167. P. 182. https://doi.org/10.1007/S10517-019-04486-0
  19. Biryukov M., Semenov D., Kryachkova N., Polyakova A., Patrakova E., Troitskaya O., Milakhina E., Poletaeva J., Gugin P., Ryabchikova E. et al. // Biomolecules. 2023. V. 13. P. 1672. https://doi.org/10.3390/biom13111672
  20. Keidar M. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 083504. https://doi.org/10.1063/1.5034355
  21. Bogaerts A., Neyts E., Gijbels R., van der Mullen J. // Spectrochimica Acta Part B. 2002. V. 57. P. 609. https://doi.org/10.1016/S0584-8547(01)00406-2
  22. Ehlbeck J., Schnabel U., Polak M., Winter J., von Woedtke Th., Brandenburg R., Von Dem Hagen T., Weltmann K.-D. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 13002. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/1/013002
  23. Laroussi M., Lu X., Keidar M. // J. Appl. Phys. 2017. V. 122. P. 020901. https://doi.org/10.1063/1.4993710
  24. Fu W., Zhang Ch., Nie C., Li X, Yan Y. // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 114. P. 254106. https://doi.org/10.1063/1.5108538
  25. Lai M., Song S., Oshin E., Potter L., Lai N., Jiang Ch. // J. Appl. Phys. 2022. V. 131. P. 173301. https://doi.org/10.1063/5.0083568
  26. Konchekov E.M., Gudkova V.V., Burmistrov D.E., Konkova A.S., Zimina M.A., Khatueva M.D., Polyakova V.A., Stepanenko A.A., Pavlik T.I., Borzosekov V.D. et al. // Biomolecules. 2024. V. 14. P. 181. https://doi.org/10.3390/ biom14020181
  27. Lu X., Naidis G.V., Laroussi M., Reuter S., Graves D.B., Ostrikov K. // Phys. Rep. 2016. V. 630. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.03.003
  28. Швейгерт И.В., Закревский Д.Э., Милахина Е.В., Гугин П.П„ Бирюков М.М., Патракова Е.А., Троицкая О.С., Коваль О.А. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 447. https://doi.org/10.31857/S0367292122601400
  29. Швейгерт И.В., Закревский Д.Э., Милахина Е.В., Александров А.Л., Бирюков М.М., Коваль О.А. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 1178. https://doi.org/10.31857/S0367292123601042
  30. Friedenstein A.J., Chailakhjan R.K., Lalykina K.S. // Cell Tissue Kinet. 1970. V. 3. P. 393. https://doi.org/10.1111/J.1365-2184.1970.TB00347.X
  31. Bekeschus S., Kramer A., Schmidt A. // Molecules. 2021. V. 26. P. 5682. https://doi.org/10.3390/molecules26185682
  32. Barjasteh A., Kaushik N., Choi E.H., Kaushik N.K. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 16657. https://doi.org/10.3390/ijms242316657
  33. Ермаков А.М., Ермакова О.Н., Скавуляк А.Н., Маевский Е.И. // Биофизика. 2013. Т. 14. С. 802.
  34. Ермаков А.М., Знобищева А.В., Ермакова О.Н., Попов А.Л., Юнусова А.К. // Вестн. Новых Медицинских Технологий. 2016. Т. 23. С. 24.
  35. Akishev Y., Grushin M., Karalnik V., Kochetov I., Napartovich A., Trushkin N. // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 257. P. 012014. https://doi.org/10.1088/1742-6596/257/1/012014
  36. Akishev Y., Balakirev A., Grushin M., Karalnik V., Kochetov I., Napartovich A., Petryakov A., Trushkin N. // IEEE Transac. Plasma Sci. 2015. V. 43. P. 745. https://doi.org/10.1109/TPS.2014.2383618
  37. Lietz A.M., Kushner M.J. // J. Applied Phys. 2018. V. 124. P. 153303. https://doi.org/10.1063/1.5049430
  38. Van Gaens W., Iseni S., Schmidt-Bleker A., Weltmann K-D., Reuter S., Bogaerts A. // New J. Phys. 2015. V. 17. P. 033003. https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/3/033003
  39. Klutev F.D., Schutz A., Michels A., Vadla C., Veza D., Horvatic V. // Analyst. 2016. V. 141. P. 5842. https://doi.org/10.1039/c6an01352j
  40. Эпштейн Л.А., Вольгрот И.Э. // Труды ЦАГИ. 1967. Вып. 1061. 33 с.
  41. http://www.specair-radiation.net//

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».