Es sollten die Wirkungen einer Exposition von primären Rinder-Chondrozyten bei einem 60 Hz-Magnetfeld alleine oder in Kombination mit mechanischer Stimulation auf die Genexpression und die Produktion der extrazellulären Matrix im Hinblick auf einen therapeutischen Nutzen untersucht werden.
Gelenk-Knorpel hat eine sehr geringe Regenerationsfähigkeit und Tissue Engineering scheint ein vielversprechendes therapeutisches Werkzeug für die Knorpel-Reparatur zu sein. Die Kultivierung von Chondrozyten auf 3-D-Matrizen (in dieser Studie ein kombiniertes Hydrogel-Polyurethan-Gerüst), mechanische Stimulation (Druck- und Scherkräfte) und EMF-Exposition haben eine positive Wirkung auf die in vitro Chondrogenese und Knorpel- Reifung gezeigt. Allerdings war bis dato keine Kombination dieser Faktoren getestet worden.
Die Zellen wurden auf den Matrizen kultiviert und nach 7 Tagen in die folgenden Gruppen unterteilt: Exposition bei einem Magnetfeld von 1) 1 mT, 2) 2 mT, 3) 3 mT), 4) mechanische Stimulation, 5) 1 mT-MF-Exposition und mechanische Stimulation, 6) 2 mT-MF-Exposition und mechanische Stimulation, 7) 3 mT-MF-Exposition und mechanische Stimulation, 8) Kontrollgruppe.
Es wurden vier unabhängige Experimente mit Zellen von verschiedenen Kälbern durchgeführt. Alle Zell-Gerüste wurden in zwei gleiche Hälften für die spätere Analyse zerteilt, was insgesamt 24 Gerüsthälften pro Gruppe ergab. 9 dieser Hälften wurden für die Genexpressions-Analyse, 8 für die biochemische Analyse und 7 für die histologische Analyse verwendet.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
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Exposition 1:
60 Hz
Expositionsdauer:
intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden)
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Exposition 2:
60 Hz
Expositionsdauer:
intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden)
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Exposition 3:
60 Hz
Expositionsdauer:
intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden)
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In co-exposure groups, mechanical stimulation and MF exposure were conducted on alternating days; in exclusive MF exposure and mechanical stimulation groups, respective treatments were conducted every other day; on respective days, mechanical stimulation was conducted for 1 h twice a day with 8 h rest in between
| Frequenz | 60 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden) |
| Expositionsquelle |
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|---|---|
| Kammer | bioreactors covered with sterile glass bodies were placed in an incubator at 37°C, 95% air, 5% CO2 and 95% humidity |
| Aufbau | exposure system (similar to a Helmholtz system) consisted of 2 coils of 120 turns each and 12 cm diameter; distance between the coils was 8 cm. Both coils were wrapped onto a non-magnetic body entirely made of polyethylene together with the cooling system consisting of turns of a polysiloxane tube connected to a water bath in which water at 37°C was circulating to guarantee a constant temperature inside the incubator; between exposure cycles, cells remained outside the coil system |
| Zusatzinfo | there were three incubators, one dedicated to MF exposure, one containing the mechanical stimulation system and one used to keep the cells between stimulation/exposure cycles |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| magnetische Flussdichte | 1 mT | - | gemessen | - | - |
| Frequenz | 60 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden) |
| Expositionsquelle |
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|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| magnetische Flussdichte | 2 mT | - | gemessen | - | - |
| Frequenz | 60 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | intermittierende Exposition für 3 Stunden/Tag alle zwei Tage für 2 Wochen (insgesamt 24 Stunden) |
| Expositionsquelle |
|
|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| magnetische Flussdichte | 3 mT | - | gemessen | - | - |
Die Genexpression war zwischen allen Ko-Expositions-Gruppen (Gruppen 5-7) und der Kontrollgruppe signifikant unterschiedlich, wobei das Kollagen 2/Kollagen-1-Verhältnis signifikant erhöht war und die Metalloproteinase-13-Genexpression signifikant verringert war. Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede für andere Gene gefunden, jedoch zeigten die Ko-Expositions-Gruppen ebenfalls eine nicht-signifikante Tendenz zu einer höheren Genexpression von Proteoglykan-4 und einer niedrigere Genexpression der Metalloproteinase-3 im Vergleich zur Kontrollgruppe.
Die Produktion der extrazellulären Matrix war in allen behandelten Gruppen (Gruppen 1-7) im Vergleich zu der Kontrollgruppe signifikant erhöht, wobei der höchste Wert in der 3 mT-Ko-Expositions-Gruppe (Gruppe 7) gemessen wurde.
In der immunhistochemischen Auswertung zeigte sich eine Tendenz (keine Signifikanz angegeben) zu einem verringerten Gehalt an Kollagen 1- und erhöhten Gehalten an Kollagen 2- und Aggrecan in allen behandelten Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Ko-Expositions-Gruppen zeigten dabei die größten Unterschiede zur Kontrollgruppe mit Spitzenwerten in der 3 mT-Ko-Expositions-Gruppe.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Exposition von primären Rinder-Chondrozyten bei einem 60 Hz-Magnetfeld in Kombination mit mechanischer Stimulation die Produktion von extrazellulärer Matrix verbessern könnte. Eine alleinige Exposition bei dem Magnetfeld hatte nur eine leichte und nicht signifikante positive Wirkung.
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