Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Membrane permeabilization and cell damage by ultrashort electric field shocks med./bio.

[Membranpermeabilisation und Zellschädigung durch ultrakurze Schocks mit elektrischen Feldern]

Von: Pakhomov AG, Shevin R, White JA, Kolb JF, Pakhomova ON, Joshi RP, Schoenbach KH

Veröffentlicht in: Arch Biochem Biophys 2007; 465 (1): 109-118

Diese Studie wurde durchgeführt, um Auswirkungen der Exposition bei nanosekunden-gepulsten elektrischen Feldern auf die Zellmembran-Permeabilisierung bei Zellen der Maus und menschlichen Zellen in vitro zu analysieren.

Die Auswirkungen der Exposition mit gepulsten elektrischen Feldern bei Zellen der Maus und bei menschlichen Zellen wurden in vier verschiedenen Ionen-Milieus und unter der Verwendung von Propidiumiodid getestet. Die Aufnahme des fluoreszierenden Farbstoffes Propidiumiodid in die Zelle wurde gemessen, da es einen sensitiver Marker der Intaktheit der Zellmembran darstellt. Das Auftreten des Farbstoffes in der Zelle zeigt den Verlust der Membran-Intaktheit an. Auf diese Weise sollten die Mechanismen der veränderten Membran-Permeabilisierung näher charakterisiert werden.

Exposition	Parameter
Exposition 1: 10–50 kHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: bis zu 200 Pulse	elektrische Feldstärke: 12 kV/cm U = 540 - 580 V

Expositionsquelle	pair of tungsten electrodes with a diameter of 0.125 mm each and a gap of 0.31 mm
Abstand zw. exponiertem Objekt und Expositionsquelle	5 µm
Aufbau	cells placed in the middle of the electrode gap
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	12 kV/cm	-	berechnet	-	-
s. Bemerkungen	-	-	berechnet	-	U = 540 - 580 V

Exponiertes System:

Untersuchtes System:

Untersuchungszeitpunkt:

Nach der Exposition bei kurzzeitigen nanosekunden-gepulsten elektrischen Feldern wurde bei den Zellen eine erhöhte Membran-Leitfähigkeit beobachtet. Zusätzlich erschienen nekrotische Veränderungen nach der Exposition bei langen nanosekunden-gepulsten elektrischen Feldern. Beide Parameter waren vom Zelltyp abhängig. Bei den menschlichen Zervix-Karzinom-Zellen waren sie geringer ausgeprägt als bei den Hypophysen-Zellen der Maus.
Bei keiner Zelllinie wurde eine Propidiumiodid-Aufnahme beobachtet. Lanthan- und Gadolinium-Ionen unterdrückten signifikant die gesteigerte Membran-Leitfähigkeit unter der nanosekunden-gepulsten elektrischen Feld-Exposition. Außerdem schützten sie die exponierten Zellen vor Nekrose.

Studienmerkmale:

Garcia D et al. (2007): Pulsed electric fields cause bacterial envelopes permeabilization depending on the treatment intensity, the treatment medium pH and the microorganism investigated
Pakhomov AG et al. (2007): Long-lasting plasma membrane permeabilization in mammalian cells by nanosecond pulsed electric field (nsPEF)
Hall EH et al. (2005): Nanosecond pulsed electric fields (nsPEF) induce direct electric field effects and biological effects on human colon carcinoma cells
Phez E et al. (2005): New insights in the visualization of membrane permeabilization and DNA/membrane interaction of cells submitted to electric pulses
Vernier PT et al. (2004): Nanoelectropulse-Induced Phosphatidylserine Translocation
Golzio M et al. (2002): Cell synchronization effect on mammalian cell permeabilization and gene delivery by electric field
Sajin G et al. (2000): Cell membrane permeabilization of human erythrocytes by athermal 2450-MHz microwave radiation
Savopol T et al. (1995): Membrane damage of human red blood cells induced by low-power microwave irradiation