Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Electromagnetic fields instantaneously modulate nitric oxide signaling in challenged biological systems med./bio.

[Elektromagnetische Felder modulieren unmittelbar den Stickoxid-Signalweg in gestressten biologischen Systemen]

Von: Pilla AA

Veröffentlicht in: Biochem Biophys Res Commun 2012; 426 (3): 330-333

Es sollte die Wirkung eines athermischen gepulsten elektromagnetischen Feldes auf die Ausschüttung von Stickstoffmonoxid in neuronalen Zellen, die vorher mit Lipopolysacchariden (LPS) gestresst wurden, untersucht werden. Außerdem sollte der Einfluss von Calcium/Calmodulin auf die Reaktion eines solchen Feldes in Fibroblasten untersucht werden.

Mehrere Zell-, Tier- und klinische Studien berichteten über signifikante Wirkungen auf Gewebe-Heilung, Angiogenese, Schmerz und Entzündung durch elektromagnetische Signale. Um diese Mechanismen genauer zu verstehen wurden zwei Experimente durchgeführt:
Im ersten Experiment wurden neuronale Zellen aus dem Inkubator (37°C) genommen und das Kulturmedium wurde gegen eine Salzlösung (23°C) ausgetauscht. Somit wurden die Zellen durch einen Temperaturunterschied und den Entzug des Mediums gestresst. Nach drei Minuten wurde eine nicht-toxische Konzentration von Lipopolysacchariden hinzugegeben. Zwei Minuten bevor die Lipopolysaccharide hinzugefügt wurden, wurde das elektromagnetische Feld eingeschaltet. Die Konzentration von Stickstoffmonoxid wurde elektro-chemisch in Echtzeit gemessen.
Für das zweite Experiment wuchsen Fibroblasten-Kulturen, die Kälber-Serum (erhöht die cytosolische Ca²⁺-Konzentration) enthielten, für 24 Stunden im Inkubator. Drei Stunden vor einer Exposition in einem elektromagnetischen Feld wurde der Calmodulin Antagonist W-7 in verschiedenen Konzentrationen hinzugegeben. Nach einer 15-minütigen Exposition wurde die Konzentration an Stickstoffmonoxid gemessen.

Exposition	Parameter
Exposition 1: 27,12 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: 2 min vor der LPS-Verabreichung MN9D-Zellen	magnetische Flussdichte: 2,5 µT Spitzenwert (in der Mitte einer Ebene 1 cm von der Spulen-Oberfläche entfernt) elektrische Feldstärke: 41 V/m Mittelwert (± 10 V/m in den Zellen am Boden einer 35 mm Petrischale)
Exposition 2: 27,12 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 15 min Fibroblasten	magnetische Flussdichte: 2,5 µT Spitzenwert (in der Mitte einer Ebene 1 cm von der Spulen-Oberfläche entfernt) elektrische Feldstärke: 41 V/m Mittelwert (± 10 V/m in den Zellen am Boden einer 35 mm Petrischale)

Frequenz	27,12 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	2 min vor der LPS-Verabreichung
Zusatzinfo	MN9D-Zellen

Expositionsquelle	Spule(n)
Aufbau	single turn coil with a diameter of 20 cm; a) for studies at 37°C: coil placed inside an incubator equipped with a single plastic shelf b) for studies at 23 ± 1°C: coil placed on a non-metallic laboratory bench

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	2,5 µT	Spitzenwert	gemessen	-	in der Mitte einer Ebene 1 cm von der Spulen-Oberfläche entfernt
elektrische Feldstärke	41 V/m	Mittelwert	gemessen	-	± 10 V/m in den Zellen am Boden einer 35 mm Petrischale

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	2,5 µT	Spitzenwert	gemessen	-	in der Mitte einer Ebene 1 cm von der Spulen-Oberfläche entfernt
elektrische Feldstärke	41 V/m	Mittelwert	gemessen	-	± 10 V/m in den Zellen am Boden einer 35 mm Petrischale

Pilla A et al. (2011): Electromagnetic fields as first messenger in biological signaling: Application to calmodulin-dependent signaling in tissue repair

Exponiertes System:

Untersuchtes System:

Untersuchungszeitpunkt:

Im ersten Experiment war nach Zugabe einer nicht-toxischen Konzentration von Lipopolysacchariden die Stickstoffmonoxid Ausschüttung in exponierten neuronalen Zellen ungefähr dreimal höher als in den Kontroll-Zellen.
Im zweiten Experiment war die Ausschüttung von Stickstoffmonoxid in exponierten Fibroblasten ungefähr zweimal so hoch wie in nicht exponierten Zellen. Dieser Effekt wurde durch die Zugabe des Calmodulin-Antagonisten W-7 geblockt.
Die Autore schlussfolgern, dass die Ergebnisse dieser Studie die These unterstützen, dass die Calcium/Calmodulin-abhängige Produktion von Stickstoffmonoxid als wichtiger Mittler bei der Reaktion auf elektromagnetische Felder fungiert. Dadurch könnten die beobachteten Wirkungen elektromagnetischer Felder auf Gewebe-Heilung, Angiogenese, Schmerz und Entzündung in Tier-Modellen und klinischen Studien erklärt werden.

Studienmerkmale:

Pilla A et al. (2011): Electromagnetic fields as first messenger in biological signaling: Application to calmodulin-dependent signaling in tissue repair
Rohde C et al. (2010): Effects of pulsed electromagnetic fields on interleukin-1 beta and postoperative pain: a double-blind, placebo-controlled, pilot study in breast reduction patients
Fitzsimmons RJ et al. (2008): A pulsing electric field (PEF) increases human chondrocyte proliferation through a transduction pathway involving nitric oxide signaling
Seaman RL et al. (2002): Ultra-wideband pulses increase nitric oxide production by RAW 264.7 macrophages incubated in nitrate
Hendee SP et al. (1996): The effects of weak extremely low frequency magnetic fields on calcium/calmodulin interactions