Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Direction-Dependent Effects of Combined Static and ELF Magnetic Fields on Cell Proliferation and Superoxide Radical Production med./bio.

[Richtungsabhängige Wirkungen von kombinierten statischen und ELF-Magnetfeldern auf die Zellproliferation und Bildung von Superoxid-Radikalen]

Von: Naarala J, Kesari KK, McClure I, Chavarriaga C, Juutilainen J, Martino CF

Veröffentlicht in: Biomed Res Int 2017; 2017: 5675086

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer kombinierten Exposition bei statischen Magnetfeldern und horizontalen oder vertikalen extrem niederfrequenten Magnetfeldern auf die Proliferation von Endothel-Zellen und auf den Superoxid-Gehalt bei Ratten-Gliom-Zellen untersucht werden.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 18–50 Hz
- 50/60 Hz
- magnetisches Feld
- statisches Magnetfeld
- Abschirmung/Feld-Entzug
- Ko-Exposition

Exposition	Parameter
Exposition 1: DC/statisch Expositionsdauer: nicht angegeben	magnetische Flussdichte: 60 µT
Exposition 2: DC/statisch Expositionsdauer: nicht angegeben	magnetische Flussdichte: 120 µT
Exposition 3: 0–18 Hz Expositionsdauer: nicht angegeben	magnetische Flussdichte: 60 µT (statisches Magnetfeld) magnetische Flussdichte: 30 µT Effektivwert (vertikales 18 Hz-Magnetfeld)
Exposition 4: 0–18 Hz Expositionsdauer: nicht angegeben	magnetische Flussdichte: 60 µT (statisches Magnetfeld) magnetische Flussdichte: 30 µT Effektivwert (horizontales 18 Hz-Magnetfeld)
Exposition 5: 0–18 Hz Expositionsdauer: nicht angegeben	magnetische Flussdichte: 120 µT (statisches Magnetfeld) magnetische Flussdichte: 30 µT Effektivwert (vertikales 18 Hz-Magnetfeld)
Exposition 6: erdmagnetisch Expositionsdauer: nicht angegeben annähernd Null-Magnetfeld	magnetische Flussdichte: 0,2 µT Minimum magnetische Flussdichte: 2 µT Maximum
Exposition 7: 50 Hz Expositionsdauer: 24 Stunden	magnetische Flussdichte: 30 µT (horizontal)
Exposition 8: 50 Hz Expositionsdauer: 24 Stunden	magnetische Flussdichte: 30 µT (vertikal)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	DC/statisch
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	Endothel-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule
Kammer	Zellen wurden in 8 mal 12 cm 6-Well-Platten exponiert, Platten wurden vertikal und horizontal zwischen den Spulen positioniert; Temperatur 30°C
Aufbau	triaxiale, einfach-gewundene Helmholtz-Spulen wurden benutzt, um das einheitliche, statische Magnetfeld und das vertikale oder horizontale 18 Hz-Magnetfeld zu generieren; jede Spule bestand aus 20 Windungen Kupferdraht; jede Seite der viereckigen Spule maß 20-25 cm und jedes Spulenpaar war 10-12 cm auseinander; ein Funktionsgenerator war direkt mit den Spulen verbunden

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	60 µT	-	gemessen	-	-

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	DC/statisch
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	Endothel-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	120 µT	-	gemessen	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	0–18 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	Endothel-Zellen, kombiniertes Feld DC + AC (18 Hz)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	60 µT	-	gemessen	-	statisches Magnetfeld
magnetische Flussdichte	30 µT	Effektivwert	gemessen	-	vertikales 18 Hz-Magnetfeld

Exposition 4

Hauptcharakteristika

Frequenz	0–18 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	Endothel-Zellen, kombiniertes Feld DC + AC (18 Hz)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	60 µT	-	gemessen	-	statisches Magnetfeld
magnetische Flussdichte	30 µT	Effektivwert	gemessen	-	horizontales 18 Hz-Magnetfeld

Exposition 5

Hauptcharakteristika

Frequenz	0–18 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	Endothel-Zellen, kombiniertes Feld DC + AC (18 Hz)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	120 µT	-	gemessen	-	statisches Magnetfeld
magnetische Flussdichte	30 µT	Effektivwert	gemessen	-	vertikales 18 Hz-Magnetfeld

Exposition 6

Hauptcharakteristika

Frequenz	erdmagnetisch
Expositionsdauer	nicht angegeben
Zusatzinfo	annähernd Null-Magnetfeld
Zusatzinfo	Endothel-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	abgeschirmter Raum
Aufbau	Magnetfeld wurde abgeschwächt durch ein horizontal befestigten µ-Metall-Zylinder (Radius 12 cm und Länge 30 cm); Zylinder ließ Fluss von CO₂-Luft-Gemisch zu, aber schwächte Magnetfeld über einen Bereich von 8 mal 12 cm in der Mitte des Zylinders ab

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	0,2 µT	Minimum	gemessen	-	-
magnetische Flussdichte	2 µT	Maximum	gemessen	-	-

Exposition 7

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	24 Stunden
Zusatzinfo	Gliom-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule
Kammer	Temperatur war konstant (± 0,1°C)
Aufbau	Helmholtz-Spulen wurden zur Generierung des 50 Hz-Magnetfelds benutzt; jede Spule (Radius von 10,5 cm) bestant aus 5 Windungen Kupferdraht mit 2 mm Durchmesser; zur Erzeugung eines vertikalen oder horizontalen Feldes musste das Spulensystem gedreht werden; es wurden zwei identische Spulensysteme in zwei identischen Inkubatoren zur gleichzeiteigen Magnetfeld-Exposition und Schein-Exposition benutzt (kein Strom angeschlossen für die Schein-Exposition)
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Zusatzinfo	Erdmagnetfeld war etwa 33 µT und annähernd vertikal (Inklination 80-85°) im Inkubator

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	30 µT	-	gemessen	-	horizontal

Zusätzliche Parameterdetails

senkrecht zum Erdmagnetfeld

Exposition 8

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	24 Stunden
Zusatzinfo	Gliom-Zellen

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 7
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	30 µT	-	gemessen	-	vertikal

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
menschliche Nabelschnur-Venen-Endothel-Zellen (HUVEC), C6-Zellen (Ratten-Gliom-Zelllinie)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: in Endothel-Zellen: Zellproliferation (automatisierte Zellzählung); in Ratten-Gliom-Zellen: Zelllebensfähigkeit (Färbung mit Propidiumiodid)
molekulare Biosynthese: in Ratten-Gliom-Zellen: Gehalt an Superoxiden im Zytosol (Färbung mit Dihydroethidium, Fluorophotometrie); Gehalt an Superoxiden in den Mitochondrien (Färbung mit MitoSOX Red, Fluorophotometrie)

Untersuchtes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Bei Endothel-Zellen, die unter einem annähernd Null-Magnetfeld (Exposition 6) wuchsen, war die Zellproliferation im Vergleich zu statischen Magnetfeldern von 60 und 120 µT (Exposition 1 und 2) signifikant geringer. Das vertikale 18 Hz-Magnetfeld führte in Verbindung mit dem statischen 60 µT-Magnetfeld (Exposition 3) verglichen mit der alleinigen statischen Magnetfeld-Exposition (Exposition 1) zu einem geringfügigen, signifikanten Anstieg der Zellproliferation. Allerdings war die Zellproliferation bei Zellen, die bei dem kombinierten horizontalen 18 Hz-Magnetfeld mit statischem Magnetfeld (Exposition 4) exponiert wurden, im Vergleich zur alleinigen Magnetfeld-Exposition (Exposition 1) signifikant auf die Hälfte der Zellzahl reduziert. Ein weiteres Experiment, in welchem nur das annähernd Null-Magnetfeld (Exposition 6) mit dem kombinierten horizontalen 18 Hz-Magnetfeld mit einem statischen 60 µT-Magnetfeld (Exposition 4) verglichen wurde, bestätigte, dass das kombinierte Magnetfeld die Zellproliferation signifikant verringerte.
In Ratten-Gliom-Zellen war der zytosolische Gehalt an Superoxiden nach der Exposition bei einem horizontalen 50 Hz-Magnetfeld (Exposition 7) im Vergleich zur Schein-Exposition signifikant erhöht, nicht jedoch nach der vertikalen 50 Hz-Exposition (Exposition 8). Es wurden keine Wirkungen der Exposition (Exposition 7 und 8) auf die Zelllebensfähigkeit und den Superoxid-Gehalt in den Mitochondrien gefunden.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wirkungen eines statischen Magnetfelds auf die Zellproliferation bei Endothel-Zellen und den Superoxid-Gehalt bei Ratten-Gliom-Zellen durch eine schwächeres extrem niederfrequentes Magnetfeld gestört werden könnten und dass diese Wirkung von der Richtung des extrem niederfrequenten Magnetfelds abhängen könnten.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie
Blindstudie

Studie gefördert durch

University of Eastern Finland, Finland

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