Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Nanoelectropulse-Induced Phosphatidylserine Translocation med./bio.

[Durch Nanoelektropulse induzierte Phosphatidylserin-Translokation]

Von: Vernier PT, Sun Y, Marcu L, Craft CM, Gundersen MA

Veröffentlicht in: Biophys J 2004; 86 (6): 4040-4048

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte die Membran-Phospholipid-Umordnung (Translokation) untersucht werden, die nach ultrakurzer Puls-Exposition auftritt. Außerdem sollten die elektrophysikalischen Grenzen der gepulsten-Feld-Exposition bewertet werden, die eine Membran-Phospholipid-Translokation erzeugt.

Hintergrund/weitere Details

Phosphatidylserin (PS) ist eine Schlüssel-Phospholipid-Komponente der eukaryotischen Zellmembran und wird fast ausschließlich auf der inneren Hälfte der Zellmembran der Lipid-Doppelschicht normaler gesunder Zellen gefunden. Die PS-Externalisierung (Verlagerung nach außen) ist ein wichtiges physiologisches Signal.

Endpunkt

Zellfunktionen: Phospholipid-Translokation

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- Signale/Pulse
- Anwendung von elektrischem Strom

Exposition	Parameter
Exposition 1: 20 Hz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: 50 Pulse	elektrische Feldstärke: 4.000 kV/m Maximum (0; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 4 MV/m)
Exposition 2: 2 Hz–2 kHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: 50 Pulse	elektrische Feldstärke: 2.500 kV/m
Exposition 3: nicht spezifiziert Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: im Artikel nicht angeben	elektrische Feldstärke: 1.000 kV/m (mit 30 µJ/Puls)
Exposition 4: nicht spezifiziert Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: im Artikel nicht angegeben	elektrische Feldstärke: 2.500 kV/m (mit 5 µJ/Puls)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	20 Hz
Typ	elektrisches Feld
Expositionsdauer	50 Pulse

Modulation

Modulationsart	gepulst
Pulsbreite	7 ns
Anstiegszeit	2 ns

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	mosfet based, inductive adding pulse generator with a spark gap mounted on the microscope stage
Aufbau	Cells were placed in a rectangular channel (100 µm wide, 30 µm deep, 12 mm long) with gold plated electrode walls microfabricated on a glass microscope slide

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	4.000 kV/m	Maximum	-	-	0; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 4 MV/m

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	2 Hz–2 kHz
Typ	elektrisches Feld
Expositionsdauer	50 Pulse
Zusatzinfo	The following pulse repetition rate were used: 0 Hz, 2 Hz, 20 Hz, 200 Hz and 2000 Hz

Modulation

Modulationsart	gepulst
Pulsbreite	7 ns
Anstiegszeit	2 ns

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	2.500 kV/m	-	-	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	nicht spezifiziert
Typ	elektrisches Feld
Expositionsdauer	im Artikel nicht angeben

Modulation

Modulationsart	gepulst
Pulsbreite	1 µs

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	1.000 kV/m	-	-	-	mit 30 µJ/Puls

Exposition 4

Hauptcharakteristika

Frequenz	nicht spezifiziert
Typ	elektrisches Feld
Expositionsdauer	im Artikel nicht angegeben

Modulation

Modulationsart	gepulst
Pulsbreite	30 ns

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	2.500 kV/m	-	-	-	mit 5 µJ/Puls

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Jurkat Zellen (T-Lymphozyten-Hybridom-Zelllinie)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Zellfunktionen: Phospholipid-Translokation (Phosphatidylserin-Translokation und Grad der Membran-Permeabilisierung/Auflösung; Durchflusszytometrie-Analyse zur Annexin V-FITC Bindung und Propidiumiodid-Aufnahme)
Zell-Erwärmung (Temperatur-sensitive Fluoreszenz-Mikrophotometrie)

Untersuchtes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)

Untersuchungszeitpunkt:

während der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

1.5 MV/m-Pulse erzeugen einen Zwischenwert bei der PS-Translokation, oberhalb des Hintergrund-Wertes, aber weniger als bei der maximalen beobachteten Reaktion bei größeren Amplituden, was darauf hindeutet, dass der Feld-Schwellenwert der PS-Externalisierung (Verlagerung von Phosphatidylserin nach außen) mit 7 ns-Pulsen zwischen 1.0 und 1.5 MV/m liegt. Bei höheren Feldstärken wird ein Plateau bei der Reaktion aufgedeckt. Pulse von 2.5, 3.5 und 4.0 MV/m rufen PS-Translokation bei ungefähr demselbem Teil der Population hervor (30-40% der Zellen). Wird die Puls-Wiederholungsrate über drei Größenordnungen für 50 Pulse (7 ns, 2.5 MV/m) verändert, decken die Expositionen bei 2000 Hz eine Abnahme bei der PS-Externalisierung und eine Zunahme bei 2 Hz auf.
Es wird auch gezeigt, dass für Nano-Elektropuls-induzierte Phosphatildylserin-Translokation kein Calcium im externen Medium erforderlich ist und dass die in diesem Experiment verwendeten Puls-Anordnungen keine signifikante intrazelluläre oder extrazelluläre Joule-Erwärmung verursacht.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), USA
Army Research Office (ARO), USA

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