Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Inhibition of gap junction intercellular communication by extremely low-frequency electromagnetic fields in osteoblast-like models is dependent on cell differentiation med./bio.

[Die Hemmung der interzellulären Gap Junction-Kommunikation durch extrem niederfrequente elektromagnetische Felder in Osteoblasten-artigen Modellen hängt von der Zelldifferenzierung ab]

Von: Yamaguchi DT, Huang J, Ma D, Wang PK

Veröffentlicht in: J Cell Physiol 2002; 190 (2): 180-188

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte untersucht werden, ob extrem niederfrequente Magnetfelder die interzelluläre Gap Junction-Kommunikation in einem Prä-Osteoblasten Modell (MC3T3-E1) und einem gut-differenzierten Osteoblasten-Modell (ROS 17/2.8) verändern.

Hintergrund/weitere Details

Gap Junctions treten bei Knochen-bildenden Zellen (Osteoblasten) auf und es wird vermutet, dass sie eine Rolle bei der Osteogenese spielen.

Endpunkt

Zellfunktionen: interzelluläre Gap Junction-Kommunikation

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 30–120 Hz
- 50/60 Hz
- magnetisches Feld
- Niederfrequenz
- therapeutisches/medizinisches Gerät

Exposition	Parameter
Exposition 1: 30–120 Hz Expositionsdauer: 1 h vor der Injektion; 1.5 h während der Injektion Injektions-Methode (ROS 17/2.8-Zellen und MC3T3-E1-Zellen)	magnetische Flussdichte: 1,25 mT Maximum (es wurden verschiedene magnetische Flussdichten angewendet: 0,01; 0,1; 0,3; 0,6; 1,25 mT)
Exposition 2: 60 Hz Expositionsdauer: Experiment 1 (3-Tage-alte MC3T3-E1-Zellen): kontinuierlich für 4 h; Experiment 2 (4, 8, 15 und 23-Tage-alte MC3T3-E1-Zellen): 1 h Prä-Exposition der Parachuting Zellen + 16 h Exposition aller Zellen Ummantelungsmethode	magnetische Flussdichte: 1,25 mT
Exposition 3: 60 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 3 h Verteilung von Connexin (MC3T3-E1-Zellen)	magnetische Flussdichte: 1,25 mT
Exposition 4: 30–120 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 h Untersuchung von Calcium (MC3T3-E1-Zellen)	magnetische Flussdichte: 0,6 mT (Anwendung verschiedener Frequennzen (30 Hz und 120 Hz) bei derselben magnetischen Flussdichte)

Allgemeine Informationen

Three different, not always for certain assignable exposure setups: i) setup according to Wang 1997: two 1.8 cm long solenoids with a radius of 3.8 cm and a double-layer of 100 turns of wire; for cancellation of the horizontal component of the geomagnetic field: pair of 0.7 cm long coils with a radius of 3.8 cm and 71.4 turns of wire, separated by 7.2 cm ii) setup according to Merrit 1983: four square coils with a sidelenght of 25 cm; upper and lower coils: 40-turn copper magnet wire at a distance of 25 - 37 cm; two middle section coils: 17-turn copper magnet wire at a distance of 6.4 cm iii) Helmholtz coil: exposure system built into a CO₂ tissue culture incubator

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	30–120 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	1 h vor der Injektion; 1.5 h während der Injektion
Zusatzinfo	Injektions-Methode (ROS 17/2.8-Zellen und MC3T3-E1-Zellen)
Zusatzinfo	30, 60, 120 Hz

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Solenoid setup according to i)
Aufbau	cells grown on coverslips mounted in a round coverslip holder; in most coverslips 4-5 cells in the central portions of the coverslip were injected
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1,25 mT	Maximum	gemessen	-	es wurden verschiedene magnetische Flussdichten angewendet: 0,01; 0,1; 0,3; 0,6; 1,25 mT

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	Experiment 1 (3-Tage-alte MC3T3-E1-Zellen): kontinuierlich für 4 h; Experiment 2 (4, 8, 15 und 23-Tage-alte MC3T3-E1-Zellen): 1 h Prä-Exposition der Parachuting Zellen + 16 h Exposition aller Zellen
Zusatzinfo	Ummantelungsmethode

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule setup according to ii) or iii) (not clearly assignable)
Aufbau	cells were plated in plates with 12 wells
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1,25 mT	-	gemessen	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	kontinuierlich für 3 h
Zusatzinfo	Verteilung von Connexin (MC3T3-E1-Zellen)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule setup according to iii)
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1,25 mT	-	gemessen	-	-

Exposition 4

Hauptcharakteristika

Frequenz	30–120 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	kontinuierlich für 1 h
Zusatzinfo	Untersuchung von Calcium (MC3T3-E1-Zellen)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Aufbau	cells grown on coverslips mounted in a round coverslip holder
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	0,6 mT	-	gemessen	-	Anwendung verschiedener Frequennzen (30 Hz und 120 Hz) bei derselben magnetischen Flussdichte

Referenzartikel

Wang PK (1997): ELF magnetic field exposure system with feedback-controlled disturbance rejection

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
ROS 17/2.8 (Osteoblasten-ähnliche Zellen) und MC3T3-E1-Zellen (Osteoblasten-ähnliche Zellen der Maus)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Zellfunktionen: interzelluläre Gap Junction-Kommunikation (untersucht über 1.) Injektion mit Lucifer Yellow und Beobachtung der Farbstoff-Ausbreitung zu umgebenden Zellen und 2.) nicht-invasiven Farbstoff-Tranfer: exponierte Zellen (4 h) wurden mit BCECF beladen, mit PKH26 markiert und auf vorab-exponierten (1 h) Zellschichten freigesetzt (Ummantelungsmethode); BCECF-Transfer von Donor-Zellen zu umgebenden nicht-markierten Zellen wurde abgeschätzt); zelluläre Connexin 43-Verteilung (Immunpräzipitation von löslichen (zytosolischen) und unlöslichen (Membran) Anteilen; Autoradiographie)
alkalische Phosphatase-Aktivität (als Marker für die Zelldifferenzierung; Spektrophotometrie); zytosolische Calcium-Konzentration (über Fura-2; Fluoreszenzmikroskopie)

Untersuchtes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Zell-Lysate und -Überstände

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Ergebnisse zeigten, dass Magnetfelder in einem Frequenz-Bereich von 30-120 Hz und magnetischen Flussdichten bis 1,25 mT Dosis-abhängig die interzelluläre Gap Junction-Kommunikation in MC3T3-E1-Zellen während ihrer proliferativen Phase der Entwicklung verminderten. Die Gesamtmenge an Connexin 43 und die Verteilung des Gap Junction-Proteins Connexin 43 zwischen den zytoplasmatischen und Zellmembran-Anteilen waren nach der Magnetfeld-Exposition unverändert. Das zytosolische Calcium, was die Gap Junction-Kommunikation hemmen kann, wurde durch die Magnetfeld-Exposition ebenfalls nicht verändert.
Identische Expositions-Bedingungen beeinflussten nicht die Gap Junction-Kommunikation bei der ROS 17/2.8-Zelllinie und wenn die MC3T3-E1-Zellen differenzierter waren. Folglich können extrem niederfrequente Magnetfelder nur wenig differenzierte Zellen oder Prä-Osteoblasten-Zellen und nicht voll ausdifferenzierte Osteoblasten beeinflussen. Konsequenterweise können elektromagnetische Felder bei der Knochen-Reparatur nur durch Wirkungen helfen, die sie auf Knochen-Vorläuferzellen oder Prä-Osteoblasten ausüben.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

Electric Power Research Institute (EPRI), USA
Medical Research Funds of the Veterans Administration, USA

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