《Biochemistry and Biophysics Reports》：Dual-transferred atmospheric-pressure plasma jet modulates matrix metalloproteinase expression in breast cancer stem cells
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为应对乳腺癌干细胞(BCSCs)驱动肿瘤转移与耐药的严峻挑战，伊朗Mazandaran大学的研究团队开发了新型双转移常压等离子体射流(DTAPPJ)平台。该研究证实，DTAPPJ能够稳定、低功耗地高效产生活性氧氮物种(RONS)，并针对性地抑制BCSCs中多种MMPs（如MMP-1, -2, -3, -7, -9, -10, -11, -13, -14）的表达，同时降低BCSCs的活性与代谢，从而为靶向BCSCs、抑制肿瘤侵袭转移提供了有前景的新型物理治疗策略。
乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤之一，其治疗面临的一个核心难题是复发与转移。这背后，乳腺癌干细胞扮演着关键角色。这群细胞如同肿瘤中的“种子”，不仅具有自我更新和分化能力，更能驱动肿瘤发生、抵抗常规治疗，并促成致命的远端转移。它们的“超能力”部分来源于一类名为基质金属蛋白酶的工具。MMPs就像细胞外基质（即包裹细胞的“土壤”）的“挖掘机”，能降解细胞周围的胶原蛋白等结构，为癌细胞的侵袭和转移开辟道路。因此，靶向抑制BCSCs及其分泌的MMPs，成为遏制乳腺癌进展的战略要地。
然而，传统的药物靶向策略常面临特异性不足、毒性大或易产生耐药等问题。近年来，冷大气压等离子体作为一种新兴的非热物理治疗手段，进入了研究者的视野。它能在近室温下产生富含活性氧氮物种的等离子体，这些活性物质可选择性地诱导癌细胞死亡并调节其生物学行为。但常规等离子体射流存在射程短、活性物种在长距离传输中衰减快、难以深入复杂生物环境等局限。为此，来自伊朗马赞德兰大学的研究团队开发了一种创新的“双转移常压等离子体射流”平台，旨在更安全、高效地将等离子体的治疗效应送达目标。这项研究成果发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》期刊上。
本研究主要采用了以下几项关键技术方法：首先，研究团队设计并构建了DTAPPJ系统，该系统以氩气或氦气为工作气体，通过嵌入长导管中的浮动铜电极实现等离子体的两次接力传输。其次，利用该DTAPPJ对源自MCF7细胞系的乳腺癌干细胞进行直接照射处理，处理时间分别为120、180和240秒。细胞培养方面，研究采用了更贴近体内环境的三维Matrigel基质胶培养体系来培养BCSCs。最后，通过MTT法检测细胞活力，并采用实时定量PCR技术系统分析了九种关键MMP基因的转录水平变化。
研究结果
DTAPPJ系统的物理与化学特性： 研究证实，DTAPPJ系统能够在低功耗下稳定运行，其输出功率低于1瓦，确保了操作的安全性。电压-电流测量显示，等离子体在两次转移过程中能稳定传播，尽管电压和电流有所衰减。更重要的是，通过光学发射光谱分析发现，从初级、次级到三级射流，反应性氧氮物种的种类和发射强度呈现逐级放大的趋势，特别是氦气驱动的DTAPPJ产生的RONS更为丰富。这证明了DTAPPJ设计能有效克服长距离传输中的活性衰减问题，为后续生物学效应奠定了基础。
DTAPPJ显著抑制BCSCs中多种MMP基因的表达： 生物学实验的核心发现是，DTAPPJ暴露能时间依赖性地强力抑制BCSCs中一系列MMP基因的转录。受抑制的MMPs包括MMP-1、-2、-3、-7、-9、-10、-11、-13和-14。其中，胶原酶MMP-1和MMP-13， gelatin酶MMP-2和MMP-9，以及膜型MMP-14均受到显著下调。比较而言，氦气驱动的DTAPPJ在抑制MMP表达方面始终优于氩气驱动的DTAPPJ，且更长的暴露时间（240秒）产生更强的抑制效果。这些MMPs是癌细胞降解细胞外基质、实现侵袭转移的关键执行者，它们的广泛抑制意味着DTAPPJ可能从根本上削弱BCSCs的侵袭潜能。
DTAPPJ降低BCSCs的活力与代谢活性： MMP表达的抑制伴随着BCSCs生存能力的下降。MTT实验结果显示，DTAPPJ处理能剂量依赖性地降低BCSCs的代谢活性。在三维培养体系中，经240秒氦气DTAPPJ处理的BCSCs活力下降最为明显。这表明DTAPPJ产生的氧化压力足以突破BCSCs本身较强的抗氧化防御系统，对其生存造成直接威胁。
结论与意义
该研究得出结论：新型双转移常压等离子体射流是一种低功耗、安全且高效的新型等离子体治疗模式。它通过独特的双转移结构和浮动电极设计，实现了活性氧氮物种的远程、稳定、增强式输送。DTAPPJ产生的RONS能够有效调控乳腺癌干细胞的分子表型，其核心机制在于对MMPs表达谱的广泛且协同的转录抑制。这种抑制可能通过影响对氧化还原敏感的关键转录因子（如NF-κB、STAT3等）来实现。同时，DTAPPJ还能直接降低BCSCs的活力，并在三维肿瘤微环境下依然有效，表明其具有克服微环境介导的干细胞特性维持与耐药的能力。
这项研究的意义重大。首先，它在技术层面提供了一种性能更优的等离子体输送方案，解决了传统设备在穿透深度和空间控制上的局限性，提高了治疗的安全性和适用性。其次，在生物学层面，研究首次系统揭示了DTAPPJ对BCSCs中一个关键侵袭相关蛋白家族——MMPs的多靶点抑制作用，为理解等离子体抗肿瘤转移的分子机制提供了新见解。最重要的是，研究将先进的物理工程技术与前沿的肿瘤生物学问题相结合，证实了DTAPPJ同时靶向“种子”（BCSCs）和“工具”（MMPs）的双重功效，为开发针对乳腺癌干细胞、抑制肿瘤转移的创新型、微创或辅助治疗方法奠定了坚实的实验基础，展示了等离子体医学在转化抗癌应用中的巨大潜力。
