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Characterisations of a helium cold plasma at the atmospheric pressure
No full textLes jets de plasma froid à la pression atmosphérique connaissent un réel engouement dans de nombreux domaines du biomédical depuis la dernière décennie. Dans les différentes applications de ces jets, le plasma généré est amené à interagir avec de nombreux types de surfaces. Les jets de plasma ont une influence sur les surfaces traitées, mais il est maintenant connu que les surfaces traitées influencent également le plasma en fonction de leurs caractéristiques. Le travail mené dans cette thèse a donc pour but de caractériser un jet de plasma froid d'hélium à la pression atmosphérique en contact avec trois types de surfaces (diélectrique, métallique et eau ultrapure) au moyen de différents diagnostics électriques et optiques afin de comprendre l'influence de la nature des surfaces sur les propriétés physiques du plasma et les espèces chimiques générées. La première partie de cette thèse s'intéresse à l'étude de l'influence des surfaces sur le jet de plasma. Différents paramètres sont étudiés, tels que la nature de la surface exposée, le débit de gaz, la distance entre la sortie du dispositif et la surface exposée ou encore la composition du gaz plasmagène. Pour ce faire, nous avons utilisé dans un premier temps l'imagerie Schlieren afin de suivre le flux d'hélium en sortie du dispositif en présence ou non de la décharge. La spectroscopie d'émission a été utilisée pour déterminer les espèces émissives générées par le plasma. L'imagerie rapide nous a permis de suivre la génération et la propagation de la décharge et la distribution de certaines espèces excitées dans le jet avec l'aide de filtres interférentiels passe-bandes. Une cible diélectrique entraîne un étalement de l'onde d'ionisation sur sa surface et une cible conductrice entraîne la formation d'un canal de conduction. L'évolution de la densité d'espèces excitées (OH*, N2*, He* et O*) augmente avec la permittivité relative de la surface traitée. Le rôle joué par les espèces actives générées par les jets de plasma est fondamental dans la cinétique et la chimie des mécanismes liés aux procédés plasma. La seconde étape de la thèse porte donc sur l'évaluation spatiale et temporelle des densités du radical hydroxyle OH, une espèce jouant un rôle majeur dans de nombreux mécanismes. La cartographie spatiale et l'évolution temporelle des densités absolues et relatives de OH ont été obtenues au moyen de diagnostics lasers LIF et PLIF. La densité de OH générée augmente avec la permittivité relative de la surface traitée. On constate que les radicaux OH restent présents dans le canal d'hélium entre deux décharges consécutives (plusieurs dizaines de microsecondes). Enfin, nous nous sommes intéressés à la production d'espèces réactives à longue durée de vie dans l'eau ultrapure traitée par plasma. L'influence de différents paramètres sur la concentration d'espèces dans l'eau traitée a été étudiée dans le but d'optimiser la production de ces espèces. Dans nos conditions expérimentales, la mise à la masse de l'eau ultrapure lors du traitement permet l'augmentation de la concentration de H2O2. Par ailleurs, la mise à la masse induit une diminution la concentration de NO2-.Cold atmospheric pressure plasma jets are a subject of great interest in many biomedical fields for the past decade. In the various applications of these jets, the plasma generated can interact with many types of surfaces. Plasma jets influence the treated surfaces, but it is now well known that the treated surface also influences the plasma according to their characteristics. The work carried out in this thesis therefore aims to characterize a cold helium atmospheric pressure plasma jet in contact with three surfaces (dielectric, metallic and ultrapure water) by means of different electrical and optical diagnostics in order to understand the influence of the nature of the surfaces on the physical properties of the plasma and the chemical species generated. The first part of this thesis is focused on the study of the influence of surfaces on the plasma jet. Different parameters are studied, such as the nature of treated surfaces, the gas flow, the distance between the outlet of the device and the surface or the composition of the injected gas. For this purpose, helium flow at the outlet of the device is followed by Schlieren imagery with and without the discharge. Emission spectroscopy is used to determine the emissive species generated by the plasma. ICCD imagery is employed to follow the generation and the propagation of the discharge and the distribution of several excited species in the jet by using band-pass interference filters. A dielectric target causes the ionization wave to spread over its surface and a conductive target leads to the formation of a conduction channel. The evolution of excited species densities (OH*, N2*, He* and O*) increases with the relative permittivity of the treated surface. As well known, active species generated by plasma jets play a fundamental role in the kinetics and the chemistry of the mechanisms linked to plasma processes. The second part of the present work therefore relates to the spatial and temporal evaluation of the densities of the hydroxyl radical OH which plays a major role in many cellular mechanisms. The spatial mapping and the temporal evolution of the absolute and relative densities of OH are obtained by LIF and PLIF laser diagnostics. The density of OH generated increases with the electrical conductivity of the treated surface. It can be noted that the OH molecules remain present in the helium channel between two consecutive discharges (several tens of microseconds). Finally, we focus on the production of chemical species in ultrapure water treated with plasma. The influence of different parameters on the concentration of species in the treated water has been studied to optimize the production of chemical species. In experimental conditions, grounding the ultrapure water during treatment increases the concentration of H2O2. Furthermore, the grounding induces a decrease in the NO2- concentration
Treatments of chronic wounds with cold atmospheric plasma : study of the biological mechanisms involved
No full textLe plasma froid à pression atmosphérique (CAP) est un gaz partiellement ionisé délivrant un cocktail thérapeutique d'espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS). C'est une technologie émergente avec un fort potentiel pour des applications biomédicales telles que la stérilisation des matériaux, la désinfection et des stratégies anti-tumorales. Il a également été démontré que l'application de plasma froid améliore la cicatrisation des plaies in vivo, mais les types cellulaires et les mécanismes biologiques impliqués ne sont pas bien connus. C'est dans ce contexte que nous avons fait l'hypothèse d'une action du CAP sur les kératinocytes de l'épiderme. Les objectifs de ce travail étaient de visualiser et d'analyser les réponses des kératinocytes au traitement par plasma froid, en utilisant un prototype de jet plasma d'hélium que nous avons récemment développé. J'ai tout d'abord testé les effets d'une application directe du CAP sur des kératinocytes humains cultivés en monocouches. J'ai ensuite traité les mêmes cellules de manière indirecte, en utilisant un milieu liquide activé par plasma (PAM). Finalement, le potentiel thérapeutique du PAM a été évalué à l'aide d'un modèle de blessure sur explants de peau humaine. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet des traitements directs par jet de plasma d'hélium pendant 10 à 120s sur des kératinocytes de la lignée N/TERT-1 et des kératinocytes primaires humains en culture 2D. J'ai évalué l'effet du CAP sur la viabilité, la prolifération, la différenciation et finalement la migration des cellules. J'ai aussi examiné les espèces actives générées par le traitement au plasma et étudié leurs effets sur les kératinocytes. Nous avons montré que l'exposition directe des kératinocytes humains au jet plasma d'hélium pour des durées supérieures à 60s est cytotoxique. Au contraire des traitements pour des durées inférieures à 60s n'affectent ni leur viabilité, ni leur prolifération ni leur capacité de différentiation. Ils n'induisent pas de stress cellulaire majeur, notamment de stress thermique, n'affectent ni le potentiel de la membrane mitochondriale ni le fonctionnement des mitochondries, et n'influent pas les RONS intracellulaires. En revanche, ces traitements courts améliorent les capacités migratoires des kératinocytes. Ceci pourrait en partie expliquer l'effet pro-cicatrisant des traitements au CAP. Dans un second temps, nous avons étudié les effets d'un traitement des kératinocytes de la lignée N/TERT-1 et des kératinocytes primaires humains en culture 2D pendant 1h avec du PBS préalablement exposé au plasma pendant 10 à 120s. La quantification des principaux RONS générées dans notre installation expérimentale indique que des concentrations micromolaires de peroxyde d'hydrogène, de nitrite et de nitrate ont été produites pendant l'exposition du PBS au plasma. Les traitements des kératinocytes en 2D avec du PBS activé pendant 60 s ou plus se sont révélés à nouveau cytotoxiques, ont réduit la migration des kératinocytes et ont induit un stress oxydant. Au contraire, les traitements avec du PBS activé pendant 10-30s ne sont pas cytotoxiques, n'induisent pas d'altération des mitochondries, n'affectent ni la prolifération ni la différenciation des kératinocytes mais augmentent leur migration. Les effets observés semblaient indépendants des RONS produits. Une analyse protéomique quantitative globale a mis en évidence une expression accrue de plusieurs protéines connus comme impliquées dans la migration cellulaire. Finalement, un modèle de cicatrisation en 3D a été mis au point, des explants de peau humaine maintenus en culture pendant 1 semaine après une brûlure superficielle standardisée. Dans ce modèle, l'application de PBS activé pendant 20-30s a accéléré la ré-épithélialisation. Ces résultats montrent que le plasma froid améliore la cicatrisation en stimulant la migration des kératinocytes, et suggèrent une nouvelle méthode thérapeutique pour les blessures récalcitrantes.Cold Atmospheric Plasma (CAP) is a partially ionized gas that generates a combination of Reactive Oxygen and Nitrogen Species (RONS) at low temperature. It is an emerging technology with strong potential for biomedical applications such as material sterilization, disinfection and anti-tumor strategies. Cold plasma application has also been shown to improve wound healing in vivo, but the cell types and biological mechanisms involved are not well known. Our study aims to assess a possible effect of cold plasma on keratinocytes of the epidermis, using a plasma helium jet prototype that we recently developed. Thus, the objectives of this work were to visualize and analyze keratinocyte responses to cold plasma treatments with both direct application of CAP and indirect application through the use of a plasma-activated liquid medium (PAM). Finally the therapeutic potential of PAM was evaluated on a 3D model of burn injury on human skin explants. First, we studied the effect of helium plasma jet treatments applied from 10 to 120 s on both N/TERT-1 keratinocyte cell line and human primary keratinocytes in 2D culture, assessing the effects on viability, proliferation, cell differentiation, and ultimately cell migration. I also examined the active species generated by the plasma treatments and studied their effects on keratinocytes. We showed that direct exposure of human keratinocytes to helium plasma for less than 60 s (10-40 s) does not affect their viability, proliferation and differentiation, but it does improve their migratory capacity. CAP treatments of less than 60 s do not induce major cell stress in keratinocytes, especially thermal stress, and do not affect the potential of the mitochondrial membrane, the mitochondrial functioning, and the intracellular RONS levels. Secondly, we studied the effects of PAM on the N/TERT-1 keratinocytes and human primary keratinocytes in 2D culture. Cells were treated for 1h with PBS previously exposed to plasma for 10 to 120 s. Quantification of the main RONS generated in our experimental facility indicate that micromolar concentrations of hydrogen peroxide, nitrite and nitrate were produced during plasma exposure of PBS. Treatments of 2D keratinocytes with PBS activated for 60 s or more were cytotoxic, reduced keratinocyte migration, and induced an oxidative stress. Treatments with PBS activated for 10-30 s were not cytotoxic, did not induce alteration of mitochondria, did not affect proliferation or differentiation of keratinocytes but increased their migration. The observed effects appeared to be independent of the micromolar produced RONS. A global quantitative proteomic analysis showed an increased expression of several proteins known to be involved in cell migration. Then we developed a 3D model of wound healing, on human skin explants with a standardized superficial burn injury. In this 3D model, applications of PBS activated for 20-30 s accelerated the re-epithelialization process. These results show that cold plasma improves healing by stimulating keratinocyte migration, suggesting a new therapeutic method for recalcitrant wounds
Liquids activated by cold pasma jet for selective treatment of colorectal cancer : synthesis, characterization and therapeutic trials on 3D in vitro and in vivo models
No full textLes dispositifs plasma à la pression atmosphérique (PA) produisent de nombreuses espèces actives physiques (photons, particules chargées, champ électriques etc.) et chimiques (radicaux libres, espèces réactives de l'oxygène, espèces réactives de l'azote etc.). Ces espèces connues pour leurs effets biologiques directs ou indirects font de l'utilisation des jets de plasmas froids à la PA pour des traitements biomédicaux un sujet de recherche en plein développement. La recrudescence des cas de radiorésistance et chimiorésistance chez les micro-organismes et les cellules cancéreuses impose la recherche de nouveaux modes de traitements innovants. C'est dans ce contexte général que s'inscrit les travaux présentés ici dont l'enjeu majeur est la compréhension des mécanismes d'actions des plasmas froids à la PA sur le cancer colorectal (deuxième cause de mortalité par cancer en France). Le travail de thèse présenté concerne l'utilisation d'un modèle biologique in-vitro (sphéroïde tumoraux multicellulaire du cancer du côlon HCT116) en 3 dimensions qui permet de prendre en compte des paramètres déterminants dans la prolifération tumorale. Ce modèle permet ainsi une meilleure prédiction des résultats in vivo dans l'objectif d'une étude clinique ultérieure. De plus les cinétiques de créations des espèces actives ont été étudiées dans leur globalité depuis le dispositif plasma jusqu'aux interactions intracellulaires à partir d'analyses physiques, biologiques et chimiques. Le traitement indirect par utilisation de liquides activés par jet de plasma d'hélium a été privilégié pour élaborer un traitement endoscopique du cancer colorectal. L'ensemble des travaux menés sur l'observation des interactions des liquides activés par plasma sur les sphéroïdes tumoraux multicellulaires a permis de révéler deux modes d'actions distincts. Le premier étant une génotoxicité du liquide activé induite par la présence de peroxyde d'hydrogène dont l'action induit une cassure double brin de l'ADN intracellulaire conduisant les cellules à la mort par apoptose. Une interaction directe des radicaux libres produits dans le milieu avec les composants de ce dernier (acides aminés, glucose, etc.) ainsi que la présence de nitrites et nitrates induisent également un effet antiprolifératif à long terme du milieu activé par plasma sur les tumeurs HCT116. Différentes méthodes comme la résonance paramagnétique électronique et la spectroscopie d'émission optique ont permis de révéler des voies de création possibles conduisant à la formation de ces espèces actives. Des campagnes d'essais thérapeutiques ont permis d'évaluer la capacité des liquides activés par plasma à cibler davantage les cellules cancéreuses plutôt que les cellules saines ce qui en fait une méthode de traitement sélectif particulièrement prometteuse. Le développement et la caractérisation d'un second jet de plasma d'argon a été réalisé avec l'objectif d'optimiser l'effet antiprolifératif des plasmas sur les tumeurs tout en tenant compte des contraintes imposées par l'utilisation d'un tel dispositif pour le traitement du cancer colorectal.Plasma devices at atmospheric pressure (AP) generate many physical active species (photons, charged particles, electric field, etc.) and chemical (free radicals, reactive oxygen species, reactive nitrogen species, etc...). This species are well known for their direct or indirect biological effects thus biomedical treatment by low temperature plasma jets at AP is currently a hot research topic. The upsurge of radioresistance and chemoresistance of microorganisms and cancer cells requires the development of new biomedical treatment. In this general context, the present work is a step towards the understanding of the effect induced by low temperature plasma jets at atmospheric pressure on colorectal cancer (second leading cause of death by cancer in France). This thesis focuses on the implementation of an in vitro biological model (multicellular tumor spheroid of colorectal cancer HCT116) in 3 dimensions which allows to take into account key parameters in tumor proliferation. This model is also well suited for the prediction of in vivo results in the aim of a subsequent clinical study. Further research about kinetic reactions of active species has been studied from the plasma device up to intracellular interactions through physical, biological and chemical analyses. Indirect treatment of tumors was carried out through helium plasma jet activated liquids. This solution was chosen for its relevance for endoscopic treatment of colorectal cancer. Interaction between plasma activated liquid and multicellular tumor spheroids has shown two distinct pathways. The first one is the genotoxicity of activated medium induced by the occurrence of hydrogen peroxide which induced DNA damages once penetrated in intracellular medium and leading to cell death by apoptosis. A direct interaction between free radicals generated in liquid medium and the latter components (amino acids, glucose, etc.) associated with the occurrence of nitrites and nitrates induces a long-term antiproliferative effect of plasma activated liquid. Chemical pathways of the formation of these active species were identified by using different analysis techniques such as electron paramagnetic resonance and optical emission spectroscopy. Therapeutic analysis have also demonstrated that plasma activated liquid damage preferentially colon cancer cells rather than healthy cells making it a particularly promising selective treatment method. The design and the characterization of a second plasma jet using argon as a carrier gas was carried out with the aim to improve the antiproliferative effect of plasmas on tumors while taking into account the requirement for the use of such device for colorectal cancer treatment
Effect of plasma-activated medium on colorectal cancer cells in vitro and in vivo
No full textInternational audienc
Study of anti-tumoral mechanisms induced by cold plasma jet activated medium : towards a new therapeutic strategy
No full textLes thérapies anticancéreuses basées sur des principes physiques (radiofréquences, ultrasons, laser, électroporation...) ont considérablement augmenté lors de la dernière décennie. Leurs objectifs sont de détruire directement les cellules cancéreuses, de favoriser l'entrée ciblée de molécules thérapeutiques ou encore de stimuler le système immunitaire du patient afin d'éliminer la tumeur. Le plasma froid suscite l'intérêt dans le domaine de l'oncologie grâce à sa capacité à générer des espèces réactives oxygénées (ROS) et azotées (RNS) qui peuvent être génotoxiques et cytotoxiques pour les cellules cancéreuses. Deux approches d'utilisation du plasma sont étudiées : soit l'exposition directe de cellules au jet plasma, soit l'exposition indirecte via l'utilisation d'un Milieu Activé par Plasma (PAM). Le PAM étant plus facile à délivrer par injection dans la tumeur, c'est cette approche qui est choisie lors de ces travaux. Le travail de thèse présenté consiste à étudier l'effet génotoxique et cytotoxique du PAM, obtenu après exposition du milieu au jet de plasma d'hélium, sur des tumeurs in vitro et in vivo. Pour les études in vitro, nous avons choisi d'utiliser un modèle 3D : le sphéroïde (MCTS - MultiCellular Tumor Spheroid). Ce modèle présente des caractéristiques proches du modèle in vivo grâce à son organisation en sphéroïde. Les MCTS présentent en effet des gradients de pénétration d'oxygène, de nutriments et de prolifération cellulaire. La première partie de la thèse concerne l'identification et la quantification des espèces générées dans le PAM. Les méthodes d'analyses utilisées sont la résonance paramagnétique électronique, la fluorimétrie, la colorimétrie, la chromatographie en phase liquide et la spectrométrie de masse. Ces analyses ont mis en évidence que la toxicité du PAM était due à plusieurs facteurs : d'un côté la génération de ROS et RNS mais aussi à la dégradation des nutriments pour les cellules contenues dans le milieu via par exemple l'oxydation et la nitrosylation des acides aminés. La deuxième partie est dédiée à l'étude des effets du PAM sur les MCTS HCT-116 (cancer du côlon).[...]Cancer therapies based on physical principles (radiofrequency, ultrasound, laser, electroporation...) have considerably increased in the last decade. Their objectives are to directly destroy cancer cells, to favor the targeted entry of therapeutic molecules or to stimulate the patient's immune system in order to eliminate the tumor. Cold plasma still arouses interest in the field of oncology through its ability to generate reactive oxygen species (ROS) and nitrogen species (RNS) which can be genotoxic and cytotoxic for cancer cells. Two approaches to the use of plasma are studied: either direct exposure of cells to the plasma jet, or indirect exposure via the use of a Plasma Activated Medium (PAM). The PAM being easier to deliver by injection into the tumor, this approach was chosen in this work. The work presented consists in studying the genotoxic and cytotoxic effects of PAM resulting from exposure of the medium to the helium plasma jet on in vitro and in vivo tumors. For in vitro studies, we chose to use a 3D model: the spheroid (MCTS - MultiCellular Tumor Spheroid). This model has similar characteristics to the in vivo model thanks to its spheroidal organization. The spheroids have indeed gradients of oxygen penetration, nutrients and cell proliferation. The first part of the thesis concerns the identification and quantification of the species generated in PAM. The analytical methods used are paramagnetic electronic resonance, fluorimetry, colorimetry, liquid chromatography and mass spectrometry. These analyses revealed that the toxicity of PAM was due to several factors: on the one hand to the generation of ROS and RNS and on the other hand to the degradation of cell nutrients contained in the medium via, for example, the oxidation and nitrosylation of the amino acids. The second part is dedicated to the study of the effects of PAM on HCT-116 (colon cancer) spheroids[...
Preclinical study of the effects of plasma-activated liquids and pulsed electric fields on tumour growth
No full textAu cours de ces dernières décennies, l'arsenal des thérapies anticancéreuses basées sur des principes physiques tels que les radiofréquences, les ultrasons, le laser, l'électroporation, la thérapie photo dynamique et les plasmas a considérablement augmenté. Ces approches permettent d'éradiquer les cellules cancéreuses, directement ou via la stimulation du système immunitaire. Elles sont aussi proposées en tant que méthodes de vectorisation pour délivrer des molécules d'intérêt thérapeutique. Plus récemment, est apparu un intérêt grandissant pour l'utilisation en thérapie anti-cancéreuse de liquides enrichis en espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS) via leur exposition au plasma froid. Les cellules cancéreuses peuvent ainsi être éradiquées, de façon sélective, après contact avec du liquide activé par plasma (PAL). Néanmoins, les mécanismes d'action de ces PAL sont encore peu connus à ce jour. C'est dans ce contexte que nous avons évalué le potentiel thérapeutique de différentes solutions salines exposées au jet de plasmas froids sur les cellules cancéreuses. Parallèlement, l'électroperméabilisation ou électroporation (EP) réversible connaît un essor important en raison du développement de ses applications cliniques notamment en électrochimiothérapie pour favoriser le transfert d'agent anti-cancéreux. Nous avons proposé une approche innovante reposant sur la combinaison des PAL et de l'EP, afin de potentialiser les effets cytotoxiques et génotoxiques des PAL, via la déstabilisation par l'EP de la tumeur, et obtenir ainsi une éradication plus efficace. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet du tampon phosphate salin (PBS) et du chlorure de sodium (NaCl) exposés au jet hélium de plasma froid, in vitro, sur la croissance, la viabilité/mort cellulaire et l'organisation structurelle de modèles 3D de tumeurs non-vascularisées (les sphéroïdes). Deux lignées cellulaires cancéreuses ont été utilisées : cellules de cancer colorectal humain HCT-116 et cellules de carcinose ovarienne péritonéale humaine SKOV-3. Nous avons mis en évidence que ces PAL induisent une cascade d'évènements cellulaires : fuite de l'ATP intracellulaire, dommages à l'ADN et dysfonction mitochondriale, provoquant la mort apoptotique des cellules des couches externes du sphéroïde dans les heures suivant le traitement (~6 heures). De plus, le PBS activé par plasma a montré une cytotoxicité et génotoxicité supérieure au NaCl, qui est corrélée avec la quantité de RONS présente dans les PAL. L'efficacité d'éradication des cellules cancéreuses de ces PAL se limitent aux cellules en périphérie des sphéroïdes. Il est nécessaire de faire plusieurs traitements pour avoir une éradication totale. Ainsi dans une deuxième partie, afin de pallier les problèmes de pénétration des PAL, nous avons proposé de les associer à l'EP réversible. La combinaison de ces deux approches a montré une potentialisation de la cytotoxicité et la génotoxicité des PAL, induisant la mort de toutes les cellules cancéreuses du sphéroïde. Cette augmentation de l'efficacité est en partie causée par des réarrangements des jonctions cellulaires suite à l'EP et à l'induction d'une mort cellulaire par autophagie.[...]Over the past decades, physic-based anticancer therapies such as radiofrequencies, ultrasound, laser-assisted medicine, electroporation, photodynamic therapy and cold plasma have significantly increased. These novel approaches allow efficient eradication of cancer cells, either directly or via the stimulation of immune response, and are now proposed as vectorization methods for anti-cancer drugs delivery. More recently, there is a growing interest in the use for anti-cancer therapy based on reactive oxygen and nitrogen species (RONS)-enriched solutions exposed to cold plasma. Cancer cells can be selectively eradicated after being in contact with these plasma-activated liquids (PAL). Nevertheless, little is known about cellular mechanisms underlying cell death caused by PAL. In this light, we evaluate the therapeutic anti-cancer potential of different saline solutions exposed to cold plasma. In parallel, reversible electropermeabilization or electroporation (EP) is booming due to its development for clinical applications such as electrochemotherapy, which enhanced chemotherapeutic agents tumour delivery. We propose a novel approach based on the combination of PAL and EP with the aim of potentiate cytotoxic and genotoxic effects of PAL, via EP-induced tumour destabilization, and thus to achieve a more efficient eradication. First of all, we study the effect of phosphate buffered saline (PBS) and sodium chloride (NaCl) solutions exposed to a helium plasma jet, in vitro. Growth, viability and death, morphological changes and cell organization within multicellular tumour spheroids, a 3D avascularised tumour model, are evaluated. Two different cell lines are used: human colorectal cancer cells HCT-116 and peritoneal ovarian cancer cells SKOV-3. We show that PAL induce a specific cellular events cascade: intracellular ATP leakage, DNA damages and mitochondrial dysfunction, that lead to a rapid apoptosis of cells localized in the rim of spheroid (~6 hours after PAL treatment). Moreover, plasma-activated PBS display higher cytotoxicity and genotoxicity that plasma-activated NaCl, directly correlated with the amount of RONS generated in the PAL. Eradication efficiency of these PAL is limited to the peripheral cells. Several treatments were necessary to obtain spheroid total eradication. Thus, in the second part of the project, in order to alleviate penetration limits of PAL within spheroids, we propose to use reversible EP conditions. The combination of the two approaches lead to PAL cytotoxicity and genotoxicity potentiation, and induces cell death within whole spheroid. This potentiation is partly due to cellular junction's reorganization and autophagic cell death allowed by reversible EP. In vivo transposition of this new treatment modality, which can lead to solid tumour eradication, was initiated at the last part of the PhD on several tumour types, murine and human, and show variable tumour responses, depending on tumour model. The work carried out during this PhD contribute to, on the one hand, a better understanding of cell death mechanisms induced by PAL. On the other hand, we show for the first time that EP can be proposed as a way to potentiate PAL anti-cancer effects, thus leading to another cell death: the autophagy. This novel strategy, combination of PAL and EP, could complete anti-cancer therapies arsenal
Effect of plasma-activated medium on colorectal cancer cells in vitro and in vivo
No full textInternational audienc
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