Es sollten die Echtzeit-Veränderungen der Ca2+-Spike-Muster als Reaktion auf eine Millimeterwellen-Exposition unter Verwendung von P19-abgeleiteten Neuron-ähnlichen Zellen (d.h. die neuronale Zelldifferenzierung wurde spezifisch induziert) untersucht werden.
Vorübergehende Erhöhungen in der Ca2+-Konzentration im Zytosol, was Spikes genannt wird, sind eine beinahe universale Signalform, sowohl in erregbaren Zellen als auch in nicht-erregbaren Zellen. Während die Rolle oszillierender Ca2+-Signale nicht vollständig verstanden wird, ist es evident, dass räumliche und zeitliche Muster der Ca2+-Dynamiken (z.B. Spike-Amplitude und -Frequenz sowie räumliche Verteilung) wichtige Eigenschaften der zellulären regulatorischen Signalwege sind.
Die Zellen wurden mit pharmakologischen Inhibitoren (u.a. ω-Conotoxin GVIA: N-Typ-Ca2+-Kanal-Blocker, Thapsigargin: Ca2+-ATPase-Inhibitor, Cytochalasin D: Aktin-Polymerisations-Blocker, U73122: Phospholipase C-Inhibitor) behandelt, um die möglichen Signaltransduktionen des Ca2+-Influx/Efflux aufzuklären.
Um die Wirkung der Millimeterwellen-Exposition auf die Aktinfilament-Organisation zu untersuchen, verwendeten die Autoren Fibroblasten, da diese dafür bekannt sind, reichlich Aktin zu exprimieren (im Gegensatz zu den P19-abgeleiteten neuronalen Zellen).
In einer Reihe von Kontroll-Experimenten wurden die Zellen bei gewünschten Temperaturen im Bereich von 25-42°C untersucht.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
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Exposition 1:
94 GHz
Expositionsdauer:
kontinuierlich für bis zu 60 Min.
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| Frequenz | 94 GHz |
|---|---|
| Typ | |
| Expositionsdauer | kontinuierlich für bis zu 60 Min. |
| Expositionsquelle | |
|---|---|
| Kammer | exposure chamber consisting of 24 mm x 30 mm cover slips separated by cover-slip-thick spacers |
| Aufbau | fixed tuned Gunn oscillator connected to WR10 waveguide operating in TE10 mode, directed to the cell exposure chamber placed on a microscope stage; 2.54 mm x 1.27 mm exposure exit aperture touching the glass of the exposure chamber |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Leistungsflussdichte | 3,1 kW/m² | Minimum | gemessen | - | - |
| Leistungsflussdichte | 18,6 kW/m² | Maximum | gemessen | - | - |
Die Millimeterwellen-Exposition bei 18,6 kW/m² erhöhte signifikant die Ca2+-Spike-Frequenz in aktiven Zellen (d.h. in den Zellen, die Ca2+-Oszillation aufwiesen). Allerdings wurde bei geringeren Leistungsdichten (3.1-7.8 kW/m²), im Vergleich zu den Kontrollen, keine statistisch signifikante Erhöhung in der Ca2+-Spike-Frequenz gefunden.
Die N-Typ-Calciumkanäle, die Phospholipase C und das Aktin-Zytoskelett schienen an der Vermittlung des erhöhten Ca2+-Spiking beteiligt zu sein (wie durch spezifische Inhibitoren gezeigt werden konnte, die wirksam das Spiking hemmten). Die Reorganisierung der Aktin-Mikrofilamente durch ein 94 GHz-Feld scheint nicht nur bei der Modulation der Ca2+-Aktivität eine entscheidende Rolle zu spielen, sondern auch bei der Biomechanik (Verminderung der Zell-Elastizität). Eine Millimeterwellen-Exposition bei 18,6 kW/m² für 30 Minuten verursachte einigen Schaden an der Aktin-Struktur (im Gegensatz dazu führte eine Hyperthermie-Behandlung bei 42°C für 30 Minuten nicht zu einer nachhaltigen Aktin-Reorganisation).
Viele, aber nicht alle beobachteten zellulären Reaktionen auf die Millimeterwellen-Exposition waren denen der thermisch-induzierten Wirkungen ähnlich. Zum Beispiel induzierte eine 94 GHz-Exposition die Stickoxid-Produktion bei einigen morphologisch individuellen neuronalen Zellen, die nicht durch thermische Erwärmung der Zellen bis 42°C reproduziert werden konnten.
Die Ergebnisse könnten in der Gewebezüchtung und bei Anwendungen in der regenerativen Medizin für die Entwicklung neuartiger Ansätze zur Kontrolle des Zellverhaltens durch externe physikalische Stimulation von Vorteil sein.
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