Plasma

Der Begriff „Plasma“ hat in der Wissenschaft mehrere Bedeutungen. In der Biologie bezieht es sich auf das Karyo- oder Zytoplasma, in der Medizin auf das Blutplasma. In der Physik jedoch bezieht sich der Begriff „Plasma“ auf ein elektrisch leitfähiges Gas, das aus positiven und negativen Ionen, Elektronen sowie angeregten und neutralen Atomen und Molekülen besteht. Plasma wird auch als 4. Aggregatszustand bezeichnet.

Physikalische Plasmen sind in der Natur weit verbreitet. Etwa 99% aller sichtbaren Materie im Universum existiert im Plasmazustand. Die meisten natürlichen Plasmen sind heiß, z.B. Sterne und Blitze. Ein Beispiel für ein kaltes Plasma ist das Polarlicht (auf der Nordhalbkugel als Nordlicht oder als Aurora borealis bezeichnet; auf der Südhalbkugel als Südlicht, Aurora australis bezeichnet) ist eine Leuchterscheinung durch angeregte Stickstoff- und Sauerstoffatome der Hochatmosphäre (Elektrometeor), die in Polargebieten beim Auftreffen beschleunigter geladener Teilchen . Plasmen können für technische und medizinische Zwecke künstlich erzeugt werden.

Grundsätzlich können Plasmen abhängig von der Gastemperatur unterteilt werden in:

• kaltes Plasma (Temperaturen um 40°C) und
• heißes Plasma.

Medizinische Nutzung:

Heiße Plasmen (Argon-Plasma-Koagulation) werden seit längerem in der Gastroenterologie und Chirurgie, z. B. bei der endoskopischen Stillung innerer Blutungen aber auch schneidend, bei Leberresektionen oder Polypektomien eingesetzt.

Kalte Plasmen (Temperaturen um 40°C) wurden erst in den letzten Jahren zur Anwendung gebracht. Kalte Plasmen sind aus Wärmestrahlen, sichtbarem Licht, UV-Strahlen, elektromagnetischer Strahlung, reaktiven Radikalen sowie Ionen und Elektronen zusammengesetzt (Wiegend C et al. 2017).   

Die Entwicklung von kaltem Atmosphärenplasmen (cold atmospheric plasmas kurz CAP oder KAP genannt) hat zu der Anwendung eines neuen Anwendungs- und Forschungsfeldes geführt, der Plasmamedizin. Als Plasmagas kommt vorzugsweise Luft zum Einsatz. Für besondere Anwendungen lassen sich jedoch auch andere Gase wie Argon oder Helium und Mischungen verwenden. Die Plasmagase ionisieren und dissoziieren durch die Energie des Plasmabogens. Die Folge der Einwirkung sind z. B. chemische Veränderungen an der Oberfläche biologischen Strukturen.

Die Temperaturen für die direkte (nicht thermische) therapeutische Anwendung am menschlichen Körper (KAPs) liegen im Bereich der Körpertemperatur. Zahlreiche Studien über kaltes physikalisches Plasma belegen eine stark antibakterielle, antientzündliche und wundheilungsfördernde Wirkung (Matthes R et al. 2013).

Aktuelle Studien weisen auf den wundheilungsfördernden Einsatz von kaltem Atmosphärenplasma bei Epidermolysis bullosa systrophica hin.

So sind kalte Plasmen (KAPs) besonders geeignet zur Dekontamination von biologischen und technischen Oberflächen. KPAs sind in der Lage Mikroorganismen abzutöten. Diese werden wahrscheinlich durch die auftretenden ROS und RNS, wie z.B. atomarer Sauerstoff, Ozon, Hydroxylradikale und Nitrit abgetötet.

Ebenfalls in der Zahnmedizin kann kaltes Plasma zur Antiseptik eingesetzt. Es kann vor allem gegen Biofilme eingesetzt werden, die sich auf Zähnen oder Implantaten bilden

Weiterhin können KAPs dosisabhängig, selektiv Apoptose in Tumorzellen induzieren. Insofern könnte diese Technologie auch bei onkologischen Fragestellungen zur Anwendung kommen (Gay-Mimbrera J et al. 2016).

Seit 2013 sind Geräte erhältlich, die eine Zulassung nach dem Medizinproduktegesetz erhalten haben. Somit kann das medizinische elektrische Gerät als zugelassenes Plasma-Medizinprodukt in Verkehr gebracht werden.

Kaltplasma kann auf 2 Arten hergestellt werden:

Barriereentladung = dialektrisch behinderte Entladung: zwischen 2 flächigen Elektroden wird eine Spannung aufgebaut, eine Elektrode wird dabei durch eine isoliterende Schicht abgedeckt

Plasma-Jet-Gerät: Ein Gas wie z. B. Argon oder Helium, das durch eine Düse fließt, wird mittels einer angelegten hohen Spannung ionisiert.

1. Gay-Mimbrera J et al. (2016) Clinical and Biological Principles of Cold Atmospheric Plasma Application in Skin Cancer. Adv Ther33:894-909.
2. Matthes R et al. (2013) Antimicrobial efficacy of two surface barrier discharges with air plasma against in vitro biofilms.PLoS One 8:e70462. 
3. Wiegend C et al. (2017) Plasmamedizin. Kaltes Plasma zur Behandlung von Hautinfektionen. Akt Derdatol 43: 339-345
4. Yan D et al. (2017) Cold atmospheric plasma, a novel promising anti-cancer treatment modality. Oncotarget 8: 15977-15995.