Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

DNA fragmentation in human fibroblasts under extremely low frequency electromagnetic field exposure med./bio.

[DNA-Fragmentierung in menschlichen Fibroblasten unter extrem niederfrequenter elektromagnetischer Feld-Exposition]

Von: Focke F, Schuermann D, Kuster N, Schär P

Veröffentlicht in: Mutation Research - Fundamental and Molecular Mechanism of Mutagenesis 2010; 683 (1-2): 74-83

Ziel der Studie (lt. Autor)

Das Ziel der Studie war es, frühere Studien von Ivancsits et al. zu wiederholen (Ivancsits et al. 2002, Ivancsits et al. 2003), die einen Anstieg von DNA-Strangbrüchen in primären Fibroblasten implizierten, die intermittierend bei 50 Hz extrem niederfrequenten elektromagnetischen Feldern (ELF-EMF) exponiert wurden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Reproduzierbarkeit dieser Beobachtungen zu untersuchen und den Ursprung und die Natur der ELF-EMF-induzierten DNA-Schäden zu klären (es wurden identische experimentelle Bedingungen und Verfahren angewendet).

Hintergrund/weitere Details

Wasserstoffperoxid wurde verwendet, um den durch oxidativen Stress-induzierten DNA-Schaden zu untersuchen.

Endpunkt

Genotoxizität/Mutation: DNA-Schaden, DNA-Strangbrüche

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- Hochspannungsfreileitung

Exposition	Parameter
Exposition 1: 50 Hz Expositionsdauer: 5 min an - 10 min aus - für 15 h	magnetische Flussdichte: 1 mT elektrische Feldstärke: 33,2 mV/m Maximum (induziertes Feld am Rand einer 10 cm Petrischale) elektrische Feldstärke: 0 mV/m (im Zentrum der Petrischale)
Exposition 2: 50 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 15 h	magnetische Flussdichte: 1 mT elektrische Feldstärke: 33,2 mV/m Maximum (induziertes Feld am Rand einer 10 cm Petrischale) elektrische Feldstärke: 0 mV/m (im Zentrum der Petrischale)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	5 min an - 10 min aus - für 15 h
Zusatzinfo	with frequency components up to 1 kHz

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Spule(n)
Aufbau	four-coil system consisting of bifilar coils placed in a µ-metal box inside an incubator
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1 mT	-	-	-	-
elektrische Feldstärke	33,2 mV/m	Maximum	gemessen	-	induziertes Feld am Rand einer 10 cm Petrischale
elektrische Feldstärke	0 mV/m	-	gemessen	-	im Zentrum der Petrischale

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 15 h
Zusatzinfo	with frequency components up to 1 kHz

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1 mT	-	-	-	-
elektrische Feldstärke	33,2 mV/m	Maximum	gemessen	-	induziertes Feld am Rand einer 10 cm Petrischale
elektrische Feldstärke	0 mV/m	-	gemessen	-	im Zentrum der Petrischale

Referenzartikel

Schuderer J et al. (2004): In vitro exposure apparatus for ELF magnetic fields
Ivancsits S et al. (2003): Intermittent extremely low frequency electromagnetic fields cause DNA damage in a dose-dependent way
Ivancsits S et al. (2002): Induction of DNA strand breaks by intermittent exposure to extremely-low-frequency electromagnetic fields in human diploid fibroblasts

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
HeLa-Zellen (humane Adenokarzinom-Zelllinie), MRC-5 (menschliche primäre fötale Lungen-Fibroblasten) und primäre menschliche Fibroblasten

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Genotoxizität/Mutation: DNA-Schaden, DNA-Strangbrüche (alkalischer Komet-Assay und Fpg (Formamidopyrimidin-DNA-Glykosylase)-modifizierter Komet-Assay (um einen durch oxidativen Stress-induzierten DNA-Schaden zu messen))
molekulare Biosynthese: DNA-Synthese (Bromdesoxyuridin-Inkorporierung; Durchflusszytometrie)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zellzyklus-Analyse (Propidiumiodid-Färbung; Durchflusszytometrie); Apoptose (Annexin V-FITC oder Propidiumiodid-Färbung; Durchflusszytometrie)

Untersuchtes System:

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Ergebnisse bestätigten, dass eine intermittierende Exposition (aber nicht eine kontinuierliche) von menschlichen primären Fibroblasten bei einem elektromagnetischem 50 Hz-Feld (bei einer magnetischen Flussdichte von 1 mT) einen leichten, aber signifikanten Anstieg der DNA-Fragmentierung im Komet-Assay induziert. Die Autoren liefern zum ersten Mal die Evidenz dafür, dass dies eher durch das Magnetfeld als durch das elektrische Feld verursacht wird (für diesen Zweck wurden die Zellen aus den zentralen und peripheren Bereichen der Petrischalen miteinander verglichen). Darüber hinaus zeigten die Autoren, dass die elektromagnetischen Feld-induzierten Reaktionen im Komet-Assay abhängig von der Zellproliferation waren, was darauf hindeutet, dass eher die Prozesse der DNA-Replikation beeinflusst worden sein könnten und nicht die DNA selbst. Übereinstimmend korrelierten die Wirkungen im Komet-Assay mit einer Verminderung der sich aktiv replizierenden Zellen und einer gleichzeitigen Erhöhung der apoptotischen Zellen in den exponierten Zellkulturen, wohingegen der Fpg-modifizierte Komet-Assay keine Evidenz für einen merklichen Beitrag eines oxidativen DNA-Basen-Schadens lieferte.
Daher sind die ELF-EMF-induzierten Wirkungen im Komet-Assay unter spezifischen Bedingungen reproduzierbar und können durch kleine Störungen in den S-Phase-Prozessen und eher durch eine gelegentliche Auslösung von Apoptose als durch die Erzeugung eines DNA-Schadens erklärt werden. Schließlich kann die S-Phasen-Abhängigkeit die Probleme bei der Reproduzierbarkeit der ELF-EMF-induzierten Komet-Assay-Wirkungen erklären (der Anteil von S-Phase-Zellen in einer Zell-Population wird durch die Kultur-Bedingungen und die verwendeten Zelllinien bestimmt, und diese Parameter können zwischen den Laboren variieren).

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Replikations-/Reproduktionsstudie
Blindstudie

Studie gefördert durch

Forschungsstiftung Mobilkommunikation (FSM; Research Foundation on Mobile Communication; at the Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH)), Switzerland
Nationales Forschungsprogramm NFP 57 (National Research Programme NRP 57), Switzerland
Swiss National Science Foundation (SNF)

Replizierte Studien

Ivancsits S et al. (2003): Intermittent extremely low frequency electromagnetic fields cause DNA damage in a dose-dependent way
Ivancsits S et al. (2002): Induction of DNA strand breaks by intermittent exposure to extremely-low-frequency electromagnetic fields in human diploid fibroblasts

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