Effects of plasma acid on rat uterine tissue in vitro

The aim of the study was to evaluate the effect of plasma acid on the uterine tissue of laboratory animals in vitro.

Materials and methods. Treatment of dimethyl sulfoxide – water solution and water for injections with a spark discharge in air resulted in a decrease in pH, which contributed to generation of plasma acid in the solutions. We incubated uterine tissues in vitro in plasma acid at room temperature for 30 minutes. The treated tissues were examined histologically and immunohistochemically.

Results. We showed that plasma acid had pronounced biological activity. Immunohistochemistry was used to show that, depending on the type of a solution, plasma acid altered generation of nitrosative damage products (3-NT) and oxidative DNA damage (8-OHdG) and modulated the number of cells with high proliferative potential (including CD133⁺ cells) and production of vascular endothelial growth factor (VEGF). These effects contributed to the general cytotoxicity of plasma acid solutions.

Conclusion. During 30-minute exposure in vitro, plasma acid prepared from the dimethyl sulfoxide (DMSO) – water mixture exhibits various biological effects in uterine tissue samples obtained from experimental animals. Plasma-treated water exerts cytotoxic effects associated with oxidative DNA damage and promotes induction of pro-angiogenic activity in the uterine tissue. Plasma-treated DMSO does not have a cytotoxic effect. It inhibits cell proliferation, reducing the population of CD133⁺ cells and VEGF production in the tissue.

1. Bafort C., Beebeejaun Y., Tomassetti C., Bosteels J., Duffy J. Laparoscopic surgery for endometriosis. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2020;(10):CD011031. DOI: 10.1002/14651858.CD011031.pub2.

2. Grund K.E., Storek D., Farin G. Endoscopic argon plasma coagulation (APC) first clinical experiences in flexible endoscopy. Endoscopic Surgery and Allied Technologies. 1994;2(1):42– 46.

3. Давыдов А.И., Чакветадзе Л., Клиндухов И.А., Бахтияров К.Р., Воронои С.В. Оценка морфологической структуры миометрия и миомы матки после контактного воздействия воздушно-плазменного потока: Материалы I Всероссийской конференции «Проблемы женского здоровья и пути их разрешения». М.: 2007:17–18.

4. Оловянникова Р., Макаренко T., Лычковская Е., Гудкова Е., Мурадян Г., Медведева Н. и др. Химические механизмы действия холодной плазмы на клетки. Фундаментальная и клиническая медицина. 2020;5(4):104–116. DOI: 10.23946/2500-0764-2020-5-4-104-115.

5. Иванова И., Трофимова С., Аристова Н., Архипова Е., Бурхина O., Сысоева В. и др. Анализ активных продуктов излучения плазмы искрового разряда, определяющих биологические эффекты в клетках. Современные технологии в медицине. 2012;(2):20–30.

6. Иванова И., Трофимова С., Пискарев И., Ичеткина А., Бурхина O., Сысоева В. Влияние излучения плазмы искрового разряда на модификацию белков и липидов. Фундаментальные исследования. 2013;3(1):572–575.

7. Achkasov E., Esipov A., Pekshev A., Musailov V. Use of an exogenous nitric oxide generator for treatment of peritonitis. Biomedical Engineering. 2018;52(1):64–67. DOI: 10.1007/s10527-018-9783-2.

8. Schönebeck R. kINPen MED®. Comprehensive Clinical Plasma Medicine: Springer; 2018:485–494.

9. Давыдов А., Стрижаков А., Пекшев А., Кучухидзе С., Клиндухов И. Возможности и перспективы плазменной эндохирургии с генерацией монооксида азота при операциях на матке и ее придатках. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2002;1(2):57–60.

10. Давыдов А., Стрижаков А., Чакветадзе Л., Шехтер А., Пекшев А., Клиндухов И. Клинико-морфологический анализ влияния на ткани матки и яичников плазматронов нового поколения при лапароскопических операциях. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2007;6(5):5–10.

11. Давыдов А.И., Белоцерковцева Л.Д. Диагностика и лечение доброкачественных заболевании шейки матки. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2012;11(6):74–81.

12. Давыдов А.И., Кучухидзе С., Шехтер А., Ханин А., Пекшев А., Панкратов В. Клиническая оценка интраоперационного применения воздушно-плазменного потока, обогащенного монооксидом азота, при операциях на матке и ее придатках. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2004;3(4):12–17.

13. Давыдов А.И., Шахламова М.Н., Чабан O.В., Пирогова М.Н. Высокие хирургические энергии в оперативной гинекологии. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2013;12(5):75–85.

14. Салмин В.В., Салмина А.Б., Моргун А.В. Плагин для программы Imagej для подсчета флуоресцентных меток на микрофотографиях: RU 2020612777.2020.

15. Friel A.M., Zhang L., Curley M.D., Therrien V.A., Sergent P.A., Belden S.E. et al. Epigenetic regulation of CD133 and tumorigenicity of CD133 positive and negative endometrial cancer cells. Reproductive Biology and Endocrinology. 2010;8(1):147. DOI: 10.1186/1477-7827-8-147.

16. Sun Y., Yoshida T., Okabe M., Zhou K., Wang F., Soko C. et al. Isolation of stem-like cancer cells in primary endometrial cancer using cell surface markers CD133 and CXCR4. Translational Oncology. 2017;10(6):976–987. DOI: 10.1016/j.tranon.2017.07.007.

17. Li Z. CD133: a stem cell biomarker and beyond. Experimental Hematology & Oncology. 2013;2(1):17. DOI: 10.1186/21623619-2-17.

18. Qiu Y., Chen C., Zhang J., Chen M., Gong H., Gong L. et al. VEGF attenuates lung injury by inducing homing of CD133+ progenitors via VEGFR1. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2019;511(3):650–657. DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.02.071.

19. Sharkey A.M., Day K., McPherson A., Malik S., Licence D., Smith S.K. et al. Vascular endothelial growth factor expression in human endometrium is regulated by hypoxia. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2000;85(1):402–409. DOI: 10.1210/jcem.85.1.6229.

20. Kim Y.-W., Byzova T.V. Oxidative stress in angiogenesis and vascular disease. Blood. 2014;123(5):625–631. DOI: 10.1182/blood-2013-09-512749.

21. Ren Q.Z., Qian Z.H., Jia S.H., Xu Z.Z. Vascular endothelial growth factor expression up-regulated by endometrial ischemia in secretory phase plays an important role in endometriosis. Fertil. Steril. 2011;95(8):2687–2689. DOI: 10.1016/j.fertnstert.2011.05.001.

22. Guo D., Wang Q., Li C., Wang Y., Chen X. VEGF stimulated the angiogenesis by promoting the mitochondrial functions. Oncotarget. 2017;8(44):77020–77027. DOI: 10.18632/onco-target.20331.