Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Determination of death thresholds and identification of Terahertz (THz)-specific gene expression signatures med./bio.

[Feststellung der Sterbe-Schwellenwerte und die Identifizierung von Terahertz (THz)-spezifischen Genexpressions-Profilen]

Von: Wilmink GJ, Ibey BL, Roth CL, Vincelette RL, Rivest BD, Horn CB, Bernhard J, Roberson D, Roach WP

Veröffentlicht in: Optical interactions with tissues and cells XXI: 25 - 27 January 2010, San Francisco, California, United States. SPIE, 2010: 75620K

doi:10.1117/12.844917

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Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte untersucht werden, ob starke THz-Strahlung zelluläre und/oder molekulare Wirkungen bei menschlichen Jurkat-Zellen und dermalen Fibroblasten-Zelllinien verursacht.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 2,52 THz
- Terahertz-Felder

Exposition	Parameter
Exposition 1: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für bis zu 15 Sek. Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Fibroblasten	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²
Exposition 2: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 Min. oder 2 Min. Genexpressions-Experimente	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²
Exposition 3: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für 5, 10, 20, 30, 40 Min. Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Jurkat-Zellen	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	2,52 THz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für bis zu 15 Sek.
Zusatzinfo	Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Fibroblasten

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	far-infrared optically pumped THz laser system
Kammer	25.4 mm 90° off-axis gold parabolic mirror used to focus the THz beam on the cell cultures in 35 mm petri dishes
Aufbau	exposure system consists of a 50 W tunable CO₂ pump laser, a pump frequency laser lock, and two non-folded THz laser cells; CO₂ laser (tuned to 9P36) used to excite the rotational bands of methanol (at 380 mTorr), difluoromethane and methyl chloride
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	227 mW/cm²	-	-	-	-

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	2,52 THz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 1 Min. oder 2 Min.
Zusatzinfo	Genexpressions-Experimente

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Aufbau	cells exposed in plates with 24 wells
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	227 mW/cm²	-	-	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	2,52 THz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 5, 10, 20, 30, 40 Min.
Zusatzinfo	Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Jurkat-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Aufbau	cells seeded in plates with 96 wells
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	227 mW/cm²	-	-	-	-

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Jurkat Zellen (menschliche lymphoblastoide T-Zellen) und menschliche dermale Fibroblasten

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

molekulare Biosynthese: Genexpression (bei Fibroblasten; mRNA-Microarray)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zelllebensfähigkeit bei (adhärenten) Fibroblasten (Propidiumiodid und FITC-Annexin V-Färbung; Konfokalmikroskopie); Zelllebensfähigkeit bei Jurkat-Zellen (MTT-Test); nekrotischer und apoptotischer Zelltod bei Jurkat-Zellen (Propidiumiodid und FITC-Annexin V-Färbung; Durchflusszytometrie)

Untersuchtes System:

DNA/RNA (in vitro)
intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Der MTT-Test zeigte, dass 60% der Jurkat-Zellen die 30-minütige THz-Exposition überlebten, wohingegen nur 20% die 40-minütige Exposition überlebten. Die Ergebnisse der Durchflusszytometrie zeigten ähnliche Ergebnisse und lieferten die zusätzliche Evidenz, dass der THz-induzierte Zelltod sowohl durch nekrotische als auch durch apoptotische Prozesse vermittelt wurde.
Die vorläufigen Ergebnisse der Konfokalmikroskopie deuteten darauf hin, dass Zellen, die bei THz-Strahlung für 12 Sekunden oder länger exponiert wurden, beachtliche Anzeichen für Zelltod zeigten.
Die vorläufigen Microarray-Daten zeigten, dass dermale Fibroblasten bei THz-Befeldung verschiedene Gene hochregulierten (hauptsächlich inflammatorische Zytokine).
Insgesamt liefern die Ergebnisse die Evidenz für zelluläre und molekulare Wirkungen von THz-Befeldung.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie
Pilot-/Erkundungs-/Vorstudie

Studie gefördert durch

Air Force Research Laboratory's (AFRL) Human Effectiveness Directorate, USA
HQ AF/SGRS (Headquarters United States Air Force/Surgeon General Research and Development Divison), USA

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