等离子体驱动Aβ聚集体解聚：理化刺激协同作用的新策略

《Cell Reports Physical Science》：Plasma-driven disassembly of amyloid-β aggregates by the interplay of physicochemical stimuli

本研究报道了一种无需外源纳米药物的冷等离子体系统，通过脉冲调制产生的活性氧氮物种（RONS）有效解构阿尔茨海默病相关的β-淀粉样蛋白（Aβ）纤维及斑块。实验表明，等离子体诱导的多重刺激（PIMS）可破坏Aβ的交叉β折叠结构，并在AD小鼠脑切片中显著减少斑块数量。该研究为神经退行性疾病提供了非侵入性、可控的物理干预新思路。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是困扰全球的神经退行性疾病，其大脑中异常沉积的β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集体被认为是致病元凶之一。这些蛋白聚集体形成坚硬的纤维结构，如同大脑中的“垃圾堆积”，破坏神经元功能。尽管科学家们开发了多种靶向Aβ的药物，如单克隆抗体（例如lecanemab和donanemab），但它们价格昂贵且存在一定的局限性。因此，研究者们将目光转向非药物干预手段，例如利用物理刺激直接破坏Aβ的有序结构。

近期，一项发表在《Cell Reports Physical Science》上的研究提出了一种创新策略：使用冷等离子体技术来分解Aβ聚集体。等离子体是物质的第四态，富含活性粒子，此前已在生物医学领域展现出应用潜力。Jo等人设计的等离子体诱导多重刺激（Plasma-induced multi-stimulation, PIMS）系统，能够在低温下产生高浓度活性氧氮物种（Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS），并协同电场、光子等多重物理因素，实现对Aβ聚集体的高效解聚。

为验证该技术的可行性，研究团队运用了几项关键实验方法：利用光学发射光谱和紫外-可见吸收光谱实时监测等离子体处理液中RONS的动态变化；通过圆二色谱（Circular Dichroism, CD）和硫黄素T（Thioflavin T, ThT）荧光分析检测Aβ纤维的二级结构变化；借助原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）直观观察纤维形态的解体过程；采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry, MALDI-TOF MS）分析Aβ肽段的化学修饰与断裂位点；并利用5xFAD转基因阿尔茨海默病模型小鼠的脑切片进行离体（ex vivo）实验，评估等离子体对实际病理斑块的清除效果。

physicochemical characterization of the PIMS system

研究人员首先对PIMS系统进行了详细的物理化学表征。该系统以氩气为工作气体，通过调控脉冲宽度（1微秒、25微秒、50微秒）来控制等离子体中的活性物种产量。光谱分析显示，等离子体中存在羟基自由基（OH）、一氧化氮（NO）、氮分子（N₂）等激发态物种。液相检测进一步证实，等离子体处理后的缓冲液中过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（O₂^?）、过氧亚硝酸盐（ONOO^?）等RONS浓度显著上升，且短脉冲（1微秒）条件下ONOO^?的生成量是长脉冲（50微秒）的2.04倍。系统温度始终维持在低温范围（约21°C），表明其生物相容性良好。

structural modification of Aβ fibrils by PIMS exposure

在结构层面的实验中，PIMS处理显著破坏了Aβ纤维的β折叠结构。ThT荧光强度在20分钟处理后下降至初始值的21.1%，CD光谱中代表β折叠的特征峰（195纳米处正峰、216纳米处负峰）也明显减弱。BestSel算法分析显示，β折叠含量从66.3%降至49.7%，而无规卷曲结构从10.1%增至37.0%。AFM图像直观展示了纤维从长链状逐渐断裂为碎片的过程，图像骨架化分析进一步表明分支长度显著缩短。

molecular-level modifications of Aβ fibrils

质谱分析揭示了PIMS作用的分子机制。未经处理的Aβ_1–42在m/z 4514.3处呈现主峰，对应完整肽段；而等离子体处理后，该峰消失，代之以一系列低分子量片段（如Aβ_1–12、Aβ_1–10等）。这些片段表明，等离子体诱导的氧化和硝化反应切断了Aβ肽链中多个关键位点（如Asp1/Ala2、Tyr10/Glu11、His13/His14等），尤其是破坏了N端β片层结构，从而瓦解了纤维的整体稳定性。

ex vivo evaluation of PIMS in AD transgenic mouse brain

在离体实验中，研究人员将5xFAD转基因AD小鼠的脑切片直接暴露于PIMS系统1小时。硫黄素S（Thioflavin S, ThS）染色显示，等离子体处理区域的Aβ斑块密度降低了68.3%，斑块平均尺寸也从46.8平方微米缩小至34.9平方微米。组织形态保持完整，未见明显热损伤，证明该技术具备病理环境下的应用潜力。

综上所述，本研究首次将冷等离子体技术应用于Aβ聚集体的可控解聚，通过脉冲调制实现RONS的精准递送，从结构、形态和分子层面系统阐释了其作用机制。该技术无需外源纳米药物，避免了生物相容性与靶向递送等复杂问题，为阿尔茨海默病及其他蛋白聚集相关疾病提供了一种新型物理治疗范式。未来，通过优化等离子体参数与设备设计，有望推动其在临床中的深入探索与应用。