Toward understanding the selective anticancer capacity of cold atmospheric plasma—A model based on aquaporins (Review)

Biointerphases

Volumn 10, Issue 4, 2015, Pages 1-13

  Yana, Dayun ^a   Talbot, Annie ^b   Nourmohammadi, Niki ^b   Sherman, Jonathan H ^c   Cheng, Xiaoqian ^a   Keidar, Michael ^a  

^a George Washington University   (United States)

^b GEORGE WASHINGTON UNIVERSITY   (United States)

^c GEORGE WASHINGTON UNIVERSITY SCHOOL OF MEDICINE AND HEALTH SCIENCES   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CELL MEMBRANES; CELL PROLIFERATION; DISEASES; GLYCOPROTEINS; HYDROGEN PEROXIDE; IONIZATION OF GASES;

CANCER CELLS; CANCER THERAPY; COLD ATMOSPHERIC PLASMAS; CYTOPLASMIC MEMBRANE; GLIOBLASTOMA CELLS; MODEL-BASED OPC; NEAR ROOM TEMPERATURE; TRANS-MEMBRANE DIFFUSION;

CYTOLOGY;

ANTINEOPLASTIC AGENT; AQUAPORIN; HYDROGEN PEROXIDE; PLASMA GAS;

BIOLOGICAL MODEL; CELL MEMBRANE; CELL SURVIVAL; DRUG EFFECTS; HUMAN; HYDROSTATIC PRESSURE; METABOLISM; PHARMACOLOGY; PLASMA GAS; TUMOR CELL LINE;

ANTINEOPLASTIC AGENTS; AQUAPORINS; CELL LINE, TUMOR; CELL MEMBRANE; CELL SURVIVAL; HUMANS; HYDROGEN PEROXIDE; HYDROSTATIC PRESSURE; MODELS, BIOLOGICAL; PLASMA GASES;

EID: 84973408634     PISSN: 19348630     EISSN: 15594106     Source Type: Journal    
DOI: 10.1116/1.4938020     Document Type: Review

References (146)

1. 1 J. Ferlay, H. R. Shin, F. Bray, D. Forman, C. Mathers, and D. M. Parkin, Int. J. Cancer 127, 2893 (2010).
2. 2 D. Hanahan and R. A. Weinberg, Cell 144, 646 (2011).
3. 3 A. D. Wagner, W. Grothe, J. Haerting, G. Kleber, A. Grothey, and W. E. Fleig, J. Clin. Oncol. 24, 2903 (2006).
4. 4 T. Yu, Z. Wang, and T. J. Mason, Ultrason. Sonochem. 11, 95 (2004).
5. 5 G. P. Browman, D. I. Hodson, R. J. Mackenzie, N. Bestic, and L. Zuraw, Head Neck 23, 579 (2001).
6. 6 L. Raj et al., Nature 475, 231 (2011).
7. 7 D. Meirow and D. Nugent, Hum. Reprod. Update 7, 535 (2001).
8. 8 A. Coates, S. Abraham, S. B. Kaye, T. Sowerbutts, C. Frewin, R. M. Fox, and M. H. N. Tattersall, Eur. J. Cancer Clin. Oncol. 19, 203 (1983).
9. 9 M. Keidar, Plasma Sources Sci. Technol. 24, 033001 (2015).
10. 10 A. Shashurin, M. A. Stepp, T. S. Hawley, S. Pal-Ghosh, L. Brieda, S. Bronnikov, R. A. Jurjus, and M. Keidar, Plasma Processes Polym. 7, 294 (2010).
11. 11 S. Kalghatgi, C. M. Kelly, E. Cerchar, B. Torabi, O. Alekseev, A. Fridman, G. Friedman, and J. Azizkhan-Clifford, PloS One 6, e16270 (2011).
12. 12 G. Fridman, A. Shereshevsky, M. M. Jost, A. D. Brooks, A. Fridman, A. Gutsol, V. Vasilets, and G. Friedman, Plasma Chem. Plasma Process. 27, 163 (2007).
13. 13 E. A. Ratovitski, X. Cheng, D. Yan, J. H. Sherman, J. Canady, B. Trink, and M. Keidar, Plasma Processes Polym. 11, 1128 (2014).
14. 14 N. Georgescu and A. R. Lupu, IEEE Trans. Plasma Sci. 38, 1949 (2010).
15. 15 J. Y. Kim, S.-O. Kim, Y. Wei, and J. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 203701 (2010).
16. 16 J. L. Zirnheld, S. N. Zucker, T. M. DiSanto, R. Berezney, and K. Etemadi, IEEE Trans. Plasma Sci. 38, 948 (2010).
17. 17 M. Naciri, D. Dowling, and M. Al-Rubeai, Plasma Processes Polym. 11, 391 (2014).
18. 18 H. Tanaka, M. Mizuno, K. Ishikawa, K. Nakamura, H. Kajiyama, H. Kano, F. Kikkawa, and M. Hori, Plasma Med. 1, 265 (2011).
19. 19 F. Utsumi et al., PloS One 8, e81576 (2013).
20. 20 T. Adachi, H. Tanaka, S. Nonomura, H. Hara, S. Kondo, and M. Hori, Free Radical Biol. Med. 79, 28 (2014).
21. 21 D. Yan, J. H. Sherman, X. Cheng, E. Ratovitski, J. Canady, and M. Keidar, Appl. Phys. Lett. 105, 224101 (2014).
22. 22 S. Ja Kim, H. Min Joh, and T. H. Chung, Appl. Phys. Lett. 103, 153705 (2013).
23. 23 J.-M. Lü, J. Nurko, S. M. Weakley, J. Jiang, P. Kougias, P. H. Lin, Q. Yao, and C. Chen, Med. Sci. Monit. 16, RA93 (2010).
24. 24 H. J. Ahn, K. I. Kim, G. Kim, E. Moon, S. S. Yang, and J.-S. Lee, PloS One 6, e28154 (2011).
25. 25 K. P. Arjunan, G. Friedman, A. Fridman, and A. M. Clyne, J. R. Soc., Interface 9, 147 (2012).
26. 26 X. Yan, Z. Xiong, F. Zou, S. Zhao, X. Lu, G. Yang, G. He, and K. K. Ostrikov, Plasma Processes Polym. 9, 59 (2012).
27. 27 X. Cheng, J. Sherman, W. Murphy, E. Ratovitski, J. Canady, and M. Keidar, PloS One 9, e98652 (2014).
28. 28 S. Zhao et al., PloS One 8, e73665 (2013).
29. 29 N. K. Kaushik, N. Kaushik, D. Park, and E. H. Choi, PloS One 9, e103349 (2014).
30. 30 M. Ishaq, M. D. M. Evans, and K. Ostrikov, Biochim. Biophys. Acta 1843, 2827 (2014).
31. 31 M. Ishaq, S. Kumar, H. Varinli, Z. J. Han, A. E. Rider, M. D. Evans, A. B. Murphy, and K. Ostrikov, Mol. Biol. Cell 25, 1523 (2014).
32. 32 K. Torii et al., Gastric Cancer 18, 635 (2015).
33. 33 K. Panngom, K. Y. Baik, M. K. Nam, J. H. Han, H. Rhim, and E. H. Choi, Cell Death Dis. 4, e642 (2013).
34. 34 N. K. Kaushik, H. Uhm, and E. Ha Choi, Appl. Phys. Lett. 100, 084102 (2012).
35. 35 R. N. Ma, H. Q. Feng, Y. D. Liang, Q. Zhang, Y. Tian, B. Su, J. Zhang, and J. Fang, J. Phys. D Appl. Phys. 46, 285401 (2013).
36. 36 M. Le Bras, M. Clement, S. Pervaiz, and C. Brenner, Histol Histopathol 20, 205 (2005).
37. 37 S. Moncada and J. D. Erusalimsky, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3, 214 (2002).
38. 38 S. Padmaja, G. L. Squadrito, and W. A. Pryor, Arch. Biochem. Biophys. 349, 1 (1998).
39. 39 T. Keng, C. T. Privalle, G. S. Gilkeson, and J. B. Weinberg, Mol. Med. 6, 779 (2000).
40. 40 I. V. Peshenko and H. Shichi, Free Radical Biol. Med. 31, 292 (2001).
41. 41 M. Lopez-Lazaro, Cancer Lett. 252, 1 (2007).
42. 42 C. F. Nathan and Z. A. Cohn, J. Exp. Med. 154, 1539 (1981).
43. 43 E. S. Henle and S. Linn, J. Biol. Chem. 272, 19095 (1997).
44. 44 S. W. Ballinger, B. Van Houten, C. A. Conklin, G.-F. Jin, and B. F. Godley, Exp. Eye Res. 68, 765 (1999).
45. 45 Q. Chen and B. N. Ames, Proc. Natl. Acad. Sci. 91, 4130 (1994).
46. 46 H. J. Ahn, K. I. Kim, N. N. Hoan, C. H. Kim, E. Moon, K. S. Choi, S. S. Yang, and J. S. Lee, PloS One 9, e86173 (2014).
47. 47 N. Kaushik, N. Kumar, C. H. Kim, N. K. Kaushik, and E. H. Choi, Plasma Processes Polym. 11, 1175 (2014).
48. 48 S. Bekeschus, J. Kolata, C. Winterbourn, A. Kramer, R. Turner, K. D. Weltmann, B. Bröker, and K. Masur, Free Radical Res. 48, 542 (2014).
49. 49 J. Schlegel, J. Köritzer, and V. Boxhammer, Clin. Plasma Med. 1, 2s (2013).
50. 50 P. Babington, K. Rajjoub, J. Canady, A. Siu, M. Keidar, and J. H. Sherman, Biointerphases 10, 029403 (2015).
51. 51 J. Y. Kim, J. Ballato, P. Foy, T. Hawkins, Y. Wei, J. Li, and S. O. Kim, Biosens. Bioelectron. 28, 333 (2011).
52. 52 D. B. Graves, J. Phys. D Appl. Phys. 45, 263001 (2012).
53. 53 D. Trachootham, J. Alexandre, and P. Huang, Nat. Rev. Drug Discovery 8, 579 (2009).
54. 54 R. A. Cairns, I. S. Harris, and T. W. Mak, Nat. Rev. Cancer 11, 85 (2011).
55. 55 J. Wang and J. Yi, Cancer Biol. Ther 7, 1875 (2008).
56. 56 R. A. Cairns, I. Harris, S. McCracken, and T. W. Mak, Cold Spring Harbor Symposia Quantitative Biol. 76, 299 (2011).
57. 57 G. P. Bienert, J. K. Schjoerring, and T. P. Jahn, Biochim. Biophys. Acta 1758, 994 (2006).
58. 58 G. P. Bienert and F. Chaumont, Biochim. Biophys. Acta 1840, 1596 (2014).
59. 59 E. W. Miller, B. C. Dickinson, and C. J. Chang, Proc. Natl. Acad. Sci. 107, 15681 (2010).
60. 60 A. Almasalmeh, D. Krenc, B. Wu, and E. Beitz, FEBS J. 281, 647 (2014).
61. 61 P. Agre, L. S. King, M. Yasui, W. B. Guggino, O. P. Ottersen, Y. Fujiyoshi, A. Engel, and S. Nielsen, J. Physiol. 542, 3 (2002).
62. 62 R. E. Day, P. Kitchen, D. S. Owen, C. Bland, L. Marshall, A. C. Conner, R. M. Bill, and M. T. Conner, Biochim. Biophys. Acta 1840, 1492 (2014).
63. 63 B. Wu and E. Beitz, Cellular Mol. Life Sci. 64, 2413 (2007).
64. 64 K. Murata, K. Mitsuoka, T. Hirai, T. Walz, P. Agre, J. B. Heymann, A. Engel, and Y. Fujiyoshi, Nature 407, 599 (2000).
65. 65 H. Sui, B.-G. Han, J. K. Lee, P. Walian, and B. K. Jap, Nature 414, 872 (2001).
66. 66 P. Agre, Angew. Chem. 43, 4278 (2004).
67. 67 S. Tornroth-Horsefield, K. Hedfalk, G. Fischer, K. Lindkvist-Petersson, and R. Neutze, FEBS Lett. 584, 2580 (2010).
68. 68 W. E. Harries, D. Akhavan, L. J. Miercke, S. Khademi, and R. M. Stroud, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101, 14045 (2004).
69. 69 A. Frick, U. K. Eriksson, F. de Mattia, F. Oberg, K. Hedfalk, R. Neutze, W. J. de Grip, P. M. Deen, and S. Tornroth-Horsefield, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 111, 6305 (2014).
70. 70 J. D. Ho, R. Yeh, A. Sandstrom, I. Chorny, W. E. Harries, R. A. Robbins, L. J. Miercke, and R. M. Stroud, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106, 7437 (2009).
71. 71 R. Horsefield et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 13327 (2008).
72. 72 K. Ishibashi, S. Hara, and S. Kondo, Clin. Exp. Nephrol. 13, 107 (2009).
73. 73 M. C. Papadopoulos and S. Saadoun, Biochim. Biophys. Acta 1848, 2576 (2015).
74. 74 C. Estrada, C. G_omez, J. Mart_ın-Nieto, T. De Frutos, A. Jim_enez, and A. Villalobo, Biochem. J 326, 369 (1997).
75. 75 M. Choi et al., Science 331, 768 (2011).
76. 76 Y. Huang et al., Cancer Res. 64, 4294 (2004).
77. 77 M. M. Gottesman, T. Fojo, and S. E. Bates, Nat. Rev. Cancer 2, 48 (2002).
78. 78 S. V. Sharma, D. W. Bell, J. Settleman, and D. A. Haber, Nat. Rev. Cancer 7, 169 (2007).
79. 79 A. Y. Andreyev, Y. E. Kushnareva, and A. Starkov, Biochemistry (Moscow) 70, 200 (2005).
80. 80 G. Filomeni, G. Rotilio, and M. R. Ciriolo, Biochem. Pharmacol. 64, 1057 (2002).
81. 81 A. G. Cox, C. C. Winterbourn, and M. B. Hampton, Biochem. J. 425, 313 (2010).
82. 82 C. J. Norbury and B. Zhivotovsky, Oncogene 23, 2797 (2004).
83. 83 H. E. Poulsen, H. Prieme, and S. Loft, Eur. J. Cancer Prev. 7, 9 (1998).
84. 84 J. Bartkova et al., Nature 434, 864 (2005).
85. 85 T. D. Halazonetis, V. G. Gorgoulis, and J. Bartek, Sci. 319, 1352 (2008).
86. 86 J. H. Hoeijmakers, N. Engl. J. Med. 361, 1475 (2009).
87. 87 S. Mirpour, H. Ghomi, S. Piroozmand, M. Nikkhah, S. H. Tavassoli, and S. Z. Azad, IEEE Trans. Plasma Sci. 42, 315 (2014).
88. 88 M. Ishaq, Z. J. Han, S. Kumar, M. D. M. Evans, and K. K. Ostrikov, Plasma Processes Polym. 12, 574 (2015).
89. 89 R. Guerrero-Preston et al., Int. J. Mol. Med. 34, 941 (2014).
90. 90 X. Tan, S. Zhao, Q. Lei, X. Lu, G. He, and K. Ostrikov, PloS One 9, e101299 (2014).
91. 91 M. Keidar et al., Br. J. Cancer 105, 1295 (2011).
92. 92 S. Iseki, K. Nakamura, M. Hayashi, H. Tanaka, H. Kondo, H. Kajiyama, H. Kano, F. Kikkawa, and M. Hori, Appl. Phys. Lett. 100, 113702 (2012).
93. 93 F. Utsumi, H. Kajiyama, K. Nakamura, H. Tanaka, M. Hori, and F. Kikkawa, SpringerPlus 3, 398 (2014).
94. 94 S. N. Zucker, J. Zirnheld, A. Bagati, T. M. DiSanto, B. Des Soye, J. A. Wawrzyniak, K. Etemadi, M. Nikiforov, and R. Berezney, Cancer Biol. Therapy 13, 1299 (2012).
95. 95 O. Volotskova, T. S. Hawley, M. A. Stepp, and M. Keidar, Sci. Rep. 2, 636 (2012).
96. 96 N. Kaushik, N. Uddin, G. B. Sim, Y. J. Hong, K. Y. Baik, C. H. Kim, S. J. Lee, N. K. Kaushik, and E. H. Choi, Sci. Rep. 5, 8587 (2015).
97. 97 A. M. Hirst, M. S. Simms, V. M. Mann, N. J. Maitland, D. O’Connell, and F. M. Frame, British J. Cancer 112, 1536 (2015).
98. 98 S. Saadoun, M. Papadopoulos, D. Davies, S. Krishna, and B. Bell, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 72, 262 (2002).
99. 99 S. Saadoun, M. C. Papadopoulos, D. C. Davies, B. A. Bell, and S. Krishna, British J. Cancer 87, 621 (2002).
100. 100 A. Warth et al., J. Neurosci. Res. 85, 1336 (2007).
101. 101 S. J. Zhu, K. J. Wang, S. W. Gan, J. Xu, S. Y. Xu, and S. Q. Sun, Biochem. Biophys. Res. Commun. 440, 168 (2013).
102. 102 G. Tan, S. Sun, and D. Yuan, J. Int. Med. Res. 36, 777 (2008).
103. 103 N. El Hindy, A. Bankfalvi, A. Herring, M. Adamzik, N. Lambertz, Y. Zhu, W. Siffert, U. Sure, and I. E. Sandalcioglu, Anticancer Res. 33, 609 (2013).
104. 104 K. Oshio, D. K. Binder, Y. Liang, A. Bollen, B. Feuerstein, M. S. Berger, and G. T. Manley, Neurosurgery 56, 375 (2005).
105. 105 P. Deb, S. Pal, V. Dutta, D. Boruah, V. M. Chandran, and H. S. Bhatoe, J. Cancer Res. Ther. 8, 571 (2012).
106. 106 A. Warth, S. Kröger, and H. Wolburg, Acta Neuropathol. 107, 311 (2004).
107. 107 A. Warth, M. Mittelbronn, P. Hülper, B. Erdlenbruch, and H. Wolburg, Appl. Immunohistochem. Mol. Morphol. 15, 193 (2007).
108. 108 S. Jelen, B. Parm Ulhøi, A. Larsen, J. Frøkiær, S. Nielsen, and M. Rützler, PloS One 8, e75764 (2013).
109. 109 R. K. Dua, B. I. Devi, and T. Yasha, Br. J. Neurosurg. 24, 454 (2010).
110. 110 D. Niu, T. Kondo, T. Nakazawa, T. Yamane, K. Mochizuki, T. Kawasaki, T. Matsuzaki, K. Takata, and R. Katoh, Histopathology 61, 543 (2012).
111. 111 W. Otto et al., BMC Cancer 12, 459 (2012).
112. 112 S. J. Lee et al., Ann. Surg. Oncol. 21, 375 (2014).
113. 113 Z. Shi, T. Zhang, L. Luo, H. Zhao, J. Cheng, J. Xiang, and C. Zhao, J. Surgical Oncol. 106, 267 (2012).
114. 114 R. Chen, Y. Shi, R. Amiduo, T. Tuokan, and L. Suzuk, PloS One 9, e98576 (2014).
115. 115 T. Zhang, C. Zhao, D. Chen, and Z. Zhou, Medical Oncol. 29, 1998 (2012).
116. 116 H. Chang, Y. Shi, T. Tuokan, R. Chen, and X. Wang, Int. J. Clin. Exp. Pathol. 7, 3928 (2014).
117. 117 S. Aishima, Y. Kuroda, Y. Nishihara, K. Taguchi, T. Iguchi, A. Taketomi, Y. Maehara, and M. Tsuneyoshi, Human Pathol. 38, 1819 (2007).
118. 118 P. R. Mazal, M. Susani, F. Wrba, and A. Haitel, Human Pathol. 36, 1226 (2005).
119. 119 P. Longatti, L. Basaldella, E. Orvieto, A. Dei Tos, and A. Martinuzzi, Pediatr. Neurosurg. 42, 228 (2006).
120. 120 H. Fischer, R. Stenling, C. Rubio, and A. Lindblom, BMC Physiol. 1, 1 (2001).
121. 121 T. Yoshida, S. Hojo, S. Sekine, S. Sawada, T. Okumura, T. Nagata, Y. Shimada, and K. Tsukada, Mol. Clin. Oncol. 1, 953 (2013).
122. 122 S. K. Kang et al., Am. J. Pathol. 173, 518 (2008).
123. 123 X. Shi, S. Wu, Y. Yang, L. Tang, Y. Wang, J. Dong, B. Lu, G. Jiang, and W. Zhao, Tumour Biol. 35, 7035 (2014).
124. 124 W. Wang, Q. Li, T. Yang, G. Bai, D. Li, Q. Li, and H. Sun, World J. Surg. Oncol. 10, 242 (2012).
125. 125 H. Pan, C. C. Sun, C. Y. Zhou, and H. F. Huang, Int. J. Gynaecol. Obstetrics 101, 239 (2008).
126. 126 Y. H. Huang, X. Y. Zhou, H. M. Wang, H. Xu, J. Chen, and N. H. Lv, Tumour Biol. 34, 1743 (2013).
127. 127 Y. Chen, O. Tachibana, M. Oda, R. Xu, J. Hamada, J. Yamashita, N. Hashimoto, and J. A. Takahashi, J. Neuro-Oncol. 80, 219 (2006).
128. 128 B. Guan, D. Zhu, Z. Dong, and Z. Yang, J. Clin. Otorhinolaryngol. Head Neck Surg. 6, 10 (2007).
129. 129 X. Guo, T. Sun, M. Yang, Z. Li, Z. Li, and Y. Gao, BioMed. Res. Int. 2013, 206525 (2013).
130. 130 E. M. Jablonski et al., Cancer Lett. 250, 36 (2007).
131. 131 M. O. Hoque, J. C. Soria et al., Am. J. Pathol. 168, 1345 (2006).
132. 132 Y. Xie, X. Wen, Z. Jiang, H. Q. Fu, H. Han, and L. Dai, Clin. Lab 58, 75 (2012).
133. 133 Y. L. Liu et al., Human Pathol. 38, 171 (2007).
134. 134 Y. Machida, Y. Ueda, M. Shimasaki, K. Sato, M. Sagawa, S. Katsuda, and T. Sakuma, Human Pathol. 42, 669 (2011).
135. 135 P. Wang, R. Y. Ni, M. N. Chen, K. J. Mou, Q. Mao, and Y. H. Liu, Genet. Mol. Res. 10, 2165 (2011).
136. 136 W. H. Ng, J. W. Hy, W. L. Tan, D. Liew, T. Lim, B. T. Ang, and I. Ng, J. Clin. Neurosci. 16, 441 (2009).
137. 137 Q. Li and B. Zhang, J. Otolaryngol.-Head Neck Surg. 39, 511 (2010).
138. 138 S. Liu, S. Zhang, H. Jiang, Y. Yang, and Y. Jiang, Med. Oncol. 30, 636 (2013).
139. 139 M. Kusayama et al., Cancer Sci. 102, 1128 (2011).
140. 140 J. H. Yang, Y. F. Shi, Q. Cheng, and L. Deng, Gynecol. Oncol. 100, 294 (2006).
141. 141 J.-H. Yang, Y.-Q. Yu, and C. Yan, Histol. Histopathol. 26, 1197 (2011).
142. 142 H. Kafe, J. M. Verbavatz, B. Cochand-Priollet, P. Castagnet, and A. Vieillefond, Virchows Arch. 445, 637 (2004).
143. 143 T. Watanabe et al., J. Physiol. Sci. 59, 113 (2009).
144. 144 J. Chen, T. Wang, Y.-C. Zhou, F. Gao, Z.-H. Zhang, H. Xu, S.-L. Wang, and L.-Z. Shen, J. Exp. Clin. Cancer Res. 33, 38 (2014).
145. 145 D. Niu et al., PloS One 7, e40770 (2012).
146. 146 S. Ishimoto, K. Wada, Y. Usami, N. Tanaka, T. Aikawa, M. Okura, A. Nakajima, M. Kogo, and Y. Kamisaki, Int. J. Oncol. 41, 67 (2012).