在放射性皮炎小鼠模型中评估在疾病严重程度峰值时启动的冷大气压等离子体治疗

《Scientific Reports》：Assessment of cold atmospheric pressure plasma therapy initiated at peak severity in a mouse model of radiation dermatitis

　　

放射性皮炎（RD）是放射治疗常见的副作用，可能导致治疗中断。本研究评估了冷大气压等离子体（CAP）在小鼠RD模型中的疗效，特别关注在疾病严重程度峰值时启动治疗。作为次要目标，研究人员评估了高光谱成像（HSI）和光学相干断层扫描（OCT）作为客观监测疾病严重程度的方法。通过伽马射线照射诱导RD，在疾病严重程度峰值时开始每日CAP治疗。使用宏观评分和成像监测RD严重程度。研究人员发现，在测试条件下，在疾病峰值时启动的CAP治疗并未导致可测量的愈合改善。HSI显示，即使在宏观评分之外，健康皮肤与RD皮肤之间也存在显著差异（p?≤?0.05）。OCT能区分健康皮肤与病变皮肤，但在宏观愈合后未观察到显著差异。研究结果表明，在RD峰值时启动的CAP治疗不会加速恢复。然而，这一结果并不排除CAP在预防性给药或皮肤损伤早期给药时的潜在疗效。该研究强调了治疗时机的重要性，并指出HSI和OCT是用于客观评估RD的潜在有价值的非侵入性工具。

**论文解读：冷大气压等离子体治疗在放射性皮炎小鼠模型中的疗效评估及非侵入性成像监测技术研究**

**研究背景与问题**

放射性皮炎（RD）是癌症放射治疗中一种常见且令人困扰的副作用，常伴有剧烈瘙痒和疼痛。它可能发生在放疗期间、结束后三个月内，甚至持续超过三个月。尽管在RD的预防和管理方面已取得进展，但该问题仍高度普遍，可能导致放疗中断甚至终止。因此，亟需进一步改进RD的预防、治疗以及客观监测方法。

冷大气压等离子体（CAP）作为一种皮肤病学领域有前景的治疗方式，已被证明能有效促进伤口愈合、减轻瘙痒和疼痛。CAP是一种在体温下的部分电离气体，包含多种生物活性成分，如活性氧和氮物种（RONS）、带电原子和分子、电子、紫外线（UV）辐射、可见光和电磁场。尽管已有随机对照试验报告CAP治疗组相比标准护理对照组能加速慢性伤口愈合，但迄今为止，仅有两项研究探讨了CAP用于治疗RD。其中一项研究对30名乳腺癌患者进行了治疗后表面放电介质阻挡放电（DBD）等离子体设备治疗，但未设对照组，报告无严重不良反应，所有患者均会推荐此治疗。另一项研究报告了一例急性颈部RD患者的病例，患者自行使用针型反应器治疗后，报告了加速愈合、减轻肿胀、瘙痒和疼痛。然而，这两项研究均存在局限性（如缺乏对照组或为单病例报告）。

在临床前研究中，一项使用X射线诱导的大鼠RD模型的研究表明，在皮肤损伤出现最初迹象后立即应用CAP可减轻辐射诱导的皮肤损伤。但该研究侧重于早期干预，尚未有研究探讨在RD最严重时开始CAP治疗的疗效。使用动物模型的一大优势是能够比较具有同源背景的个体，从而减少混杂因素，提高临床前研究的可靠性、可重复性和可解释性。

目前，评估RD严重程度通常采用评分或分级系统，如放射治疗肿瘤组（RTOG）标准或不良事件通用术语标准（CTCAE）。这些评分系统评估皮肤变化的程度和影响，包括红斑、干性或湿性脱屑、溃疡及相关症状。然而，这些标准均受研究者主观判断影响。因此，非侵入性成像技术可被视为客观监测RD严重程度的手段，旨在通过量化皮肤变化（如发红、肿胀和组织损伤）来减少主观性，并提供可重复的数据。

**研究内容与结论**

本研究首次探讨了在疾病严重程度峰值时开始CAP治疗对小鼠RD的愈合效果。作为次要目标，研究人员评估了高光谱成像（HSI）和光学相干断层扫描（OCT）作为非侵入性客观指标，用于随时间监测RD的严重程度。此外，无标记多光子成像被用于研究健康与RD组织之间的定性差异。

研究结论表明，在峰值时启动的CAP治疗并未在测试条件下显著加速或改善RD的愈合。然而，HSI，特别是组织血红蛋白指数（THI），显示出作为客观、敏感工具监测RD进展的潜力。OCT也能区分健康与病变皮肤，但在宏观愈合后无显著差异。该研究强调了治疗时机的关键重要性，并指出CAP可能在疾病早期或预防性给药时更有效。

**主要关键技术与方法**

1. **动物模型与RD诱导**：使用SKH1-Hr^hr小鼠品系，通过伽马射线照射（IBL637型伽马辐照器）在右后腿诱导中度RD。照射方案为连续五天，每天13 Gy，总剂量65 Gy。小鼠来源为罗斯托克大学医学中心中央动物核心设施。
2. **CAP治疗**：使用kINPen MED型等离子体射流装置，以氩气为工作气体（4 slm），在RD达到峰值时开始每日治疗，每次2分钟。
3. **HSI评估**：使用TIVITA? Tissue系统进行HSI，获取500-1000 nm光谱信息，量化组织血红蛋白指数（THI）、组织水指数（TWI）、深部组织氧合（NIR）和组织氧饱和度（StO₂）。通过线性混合效应模型（LMM）进行统计分析。
4. **OCT评估**：使用定制扫频源OCT系统（IVS-1000，Santec公司，日本），中心波长1060 nm，进行B扫描。通过ImageJ软件分析选定区域（ROI）的灰度值分布，比较上、下半层灰度值差异。
5. **多光子SHG显微镜**：使用TrimScope II型多光子显微镜，激发波长795 nm，检测胶原蛋白的二次谐波产生（SHG）信号，定性观察胶原结构差异。

**研究结果**

**1. 疾病进程与宏观评分**

放射性皮炎在照射后第7天出现首次症状，第14-15天（照射结束后约10天）达到峰值。无论是否接受CAP治疗，两组小鼠的RD均在达到峰值后不到两周内完全愈合。在宏观评分上，未观察到未治疗组与CAP治疗组之间存在统计学显著差异。

**2. HSI客观评估**

HSI测量了四个参数：THI、TWI、NIR、StO₂。在足部和腿部的测量中，时间点t1（峰值）和t2（半峰值）时，健康对照组与RD组之间在所有四个参数上均存在显著差异（p?≤?0.05）。值得注意的是，在t3（宏观愈合）时间点，足部的THI和TWI仍显示健康与RD组间的显著差异，表明HSI能检测到宏观评分无法区分的细微变化。在所有参数中，THI对RD的差异最敏感。与宏观评分结果一致，HSI未检测到未治疗与CAP治疗组之间的显著差异。

**3. OCT客观评估**

由于足部皮肤表面不平整导致图像质量差异大，OCT分析仅限于腿部图像。通过比较选定区域（ROI）的上半部分（浅层皮肤）和下半部分（深层皮肤）的灰度值，发现与健康对照组相比，RD小鼠在t1和t2时间点，深层皮肤区域的灰度值比例显著增加（p?
**4. 多光子SHG显微镜**

在t2时间点，通过SHG显微镜定性观察胶原蛋白-I结构。健康小鼠皮肤显示出强烈的SHG信号，胶原蛋白-I基质呈典型的各向同性取向排列。而RD小鼠皮肤的组织中观察到胶原蛋白-I网络明显解体，呈现不规则模式和信号强度。CAP治疗组在给定的时间点未观察到明显改善。

**讨论与结论**

**讨论总结**

研究结果表明，在疾病严重程度峰值时给予CAP治疗，并未在此小鼠模型中显著加速恢复过程。主要局限性在于CAP干预的时机。此外，本研究中模型（SKH1-Hr^hr小鼠，铯-137伽马射线，65 Gy分次照射）的RD在不治疗的情况下也愈合得相对较快，这与文献中其他模型（如C57BL/6小鼠或Sprague-Dawley大鼠，单次高剂量照射）的持续严重症状形成对比，快速的自身恢复可能掩盖了治疗效应。因此，在疾病峰值开始治疗可能为时已晚，未来研究应考虑在照射前或照射初期开始CAP治疗，一项大鼠研究已支持在RD早期迹象时开始治疗可减轻严重程度。

HSI被证实是一种敏感的定量评估RD严重程度的方法，优于依赖主观判断的传统评分系统，其研究结果与近期其他研究（如使用低成本算法HSI系统评估红斑）一致，表明HSI在RD客观评估中具有前景。

OCT虽能区分健康与病变皮肤，但本研究中使用的分析方法和设备存在局限性，如需手动选择ROI、对皮肤表面平整度要求高等，导致可重复性受限。然而，结合文献中更先进的自动化分析算法（如机器学习和深度学习），OCT技术仍显示出检测皮肤结构和血管化细微变化的潜力。

无标记SHG显微镜揭示了健康与病变皮肤中胶原蛋白结构的定性差异，但数据仅为定性支持性证据，未证明结构性组织改变。

**研究结论翻译**

本研究首次探索了在小鼠模型中冷大气压等离子体（CAP）治疗皮炎的效果。作为次要目标，研究人员研究了非侵入性成像技术，如高光谱成像（HSI）和光学相干断层扫描（OCT），在监测和评估放射性皮炎中的作用。尽管在疾病峰值时启动的CAP治疗在测试条件下并未显著增强或加速放射性皮炎的愈合，但研究结果强调了所采用小鼠模型中该病症的自然恢复速度较快，提示需要进一步优化实验参数，例如治疗时机。这一发现并不构成CAP对放射性皮炎整体无效的证据。相反，它强烈表明，CAP在此情境下的治疗窗口可能更早，可能在疾病的初始炎症阶段甚至预防性使用。

重要的是，HSI成为评估放射性皮炎严重程度的一种有前景的客观工具，其中组织血红蛋白指数（THI）在监测疾病进展和消退方面显示出特别的前景。OCT也显示出区分健康与病变皮肤的能力，但在本研究所使用的设备和设置下，由于成像不一致性，分析更具挑战性。

总体而言，研究结果强调了非侵入性成像技术（如HSI）作为可靠工具用于客观评估放射性皮炎的潜力。预期进一步的研究将阐明CAP在放疗后早期阶段的作用，并完善用于客观评估放射性皮炎的非侵入性成像技术。这些进展有望显著改善放射性皮炎在临床前和临床环境中的管理和治疗。