Non-thermal atmospheric pressure plasma (APP) refers to cold plasma that is not in thermodynamic equilibrium. The biomedical applications of non-thermal APP in wound healing have been attracting considerable attention recently for its promising results. Angiogenesis forming new micro-vessels is a key factor of the wound healing process. Previous researchers have reported that APP stimulates wound healing through plasma-induced angiogenesis. However, very little is known about how plasma influences the angiogenesis in the wound healing process even though detailed characterization of plasma-induced angiogenesis during wound healing is crucial in understanding the effects of plasma treatment and therapeutic application. To reveal the angiogenesis effect of APP, we developed optimized atmospheric pressure needle plasma (APNP) source and observed its effect on the angiogenesis in wound healing by using angiographic optical coherence tomography (OCT) as follows. First, we optimized the APNP as considering its effect on in vitro tissues characterized by non-invasive OCT as well as electrical, optical, and thermal diagnostics. Through the optimization, treatment window of APNP was obtained. In the optimization process, we observed the acute plasma effect on vascular flow. Second, we observed angiogenesis induced by the optimized plasma treatment in the wound healing process of punched ear mouse by non-invasive in vivo angiographic OCT imaging methods. The angiographic OCT images revealed that the plasma effect penetrates into the wound surface and induces angiogenesis around the vascular wound boundary. The vascular wound area of plasma treated wound decreased as compared to that of control. Furthermore, the vascular density area ratio of the plasma-affected region around the vascular wound boundary region was higher than that in the unaffected region. This non-invasive optical approach would be a useful for evaluating the plasma-induced angiogenesis and provides further insight into biomedical plasma application.
최근 대기압 플라즈마 소스를 생의학 분야에 활용하려는 연구가 시도 되고 있다.폭넓은 연구를 통하여 암 치료, 충치 치료, 상처 재생 촉진 등의 영역에서 대기압 플라즈마 처리의 여러 장점이 보고 되고 있다. 특히, 플라즈마를 활용한 상처 재생 촉진은 유망한 플라즈마의 생의학적 활용 분야이다. 상처 재생에 있어 상처 주변으로 혈관들이 자라나는 현상은 상처 회복의 중요한 과정으로 플라즈마의 상처 재생 촉진 현상의 주요 메커니즘으로 생각된다. 그러나 플라즈마의 혈관 생성에 대한 영향은 플라즈마의 상처 재생 메커니즘을 밝힐 수 있는 중요한 인자임에도 불구하고 적절한 관찰법이 적용되지 못하여 이에 대한 연구가 부족한 현실이다. 우리는 대기압 플라즈마 처리가 혈관 생성에 미치는 영향을 밝히기 위하여 생체 처리에 최적화된 대기압 플라즈마 소스를 개발하였다. 이를 이용하여 실제 생체 모델에 플라즈마 처리를 하고 혈관 관측이 가능한 광간섭단층활영 이미지를 통하여 플라즈마가 상처 재생 과정에서 혈관 생성에 미치는 영향을 다음과 같이 밝혀 내었다. 먼저, 대기압에서 작동하는 바늘 플라즈마 소스를 제작하고 이 소스의 열적, 화학적, 전기적 특성을 분석하여 생체 적용시 우리가 보고자 하는 생의학적 효과를 내도록 최적화 하였다. 또한, 앞서 밝힌 특성 분석을 바탕으로하여 생체 처리가 가능한 플라즈마 발생 조건으로 닭가슴살에 플라즈마 처리를 하고 그 단면을 비침투적인 광간섭단층촬영을 통하여 실시간으로 관찰 함으로써 생체 적용시에 발생가능한 열, 습도, 전기 등의 영향을 분석하여 보다 안전하고 효과적인 플라즈마 생체 처리 조건을 이끌어 내었다. 그 다음으로, 이렇게 최적화된 플라즈마 생체 처리 조건을 적용하여 쥐의 귀에 원형의 상처를 내고 플라즈마 처리후 상처 재생과정을 광간섭단층촬영 방법으로 관찰하였다. 광간섭단층촬영 이미지를 통하여 플라즈마의 혈관 생성 효과가 상처 내부 혈관에 작용하여 상처 주변으로 혈관 생성을 촉진하는 것을 밝혀내었다. 또한 이 과정에서 플라즈마가 단기적인 혈관 확장의 효과가 있다는 사실도 관찰 하였다. 대조군에 비하여 플라즈마 처리를 한 상처의 경우 혈관이 아무는 속도가 더 빠르게 나타났다. 또한, 플라즈마 처리를 한 상처의 경우 플라즈마가 효과적으로 영향을 주었다고 여겨지는 상처 주변의 영역에 있어 혈관 면적의 밀도가 플라즈마가 닿지 않았다고 여겨지는 영역의 혈관 면적의 밀도보다 컸다.정리하면 본 연구에서는 광간섭단층 촬영 및 진단기를을 활용하여 바늘 플라즈마 소스의 생체 활용에 적합한 처리 조건을 밝히는 연구를 수행하였고, 이를 상처 재생에 적용하여 플라즈마가 상처 재생 과정에서 혈관 생성에 미치는 영향을 혈관영상 광간섭단층촬영을 통해 밝혀냄으로써 상처 재생 촉진 등의 생의학적 분야에 있어 플라즈마의 활용에 대한 이해를 넓힐 수 있는 연구 방법을 제시하였다.
