Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Modulation of neuronal activity and plasma membrane properties with low-power millimeter waves in organotypic cortical slices. med./bio.

[Modulation der neuronalen Aktivität und der Zellmembran-Eigenschaften mit schwachen Millimeterwellen in organtypischen kortikalen Schnitten].

Veröffentlicht in: J Neural Eng 2010; 7 (4): 045003

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es wurden kortikale Gewebe-Schnitte verwendet, um die Wirkungen einer Millimeterwellen-Exposition auf individuelle Pyramidenzellen unter Bedingungen zu untersuchen, die ihre in vivo-Umgebung imitieren.

Hintergrund/weitere Details

Die Gehirne wurden aus drei neonatalen Ratten isoliert. Insgesamt wurden acht Neuronen in acht Schnitten von drei Ratten gepatched. Die verschiedenen Millimeterwellen-Leistungsdichten wurden in zufälliger Reihenfolge am Schnitt angelegt, um mögliche Wirkungen einer kumulativen Exposition aufzuheben.
Für die Bewertung der neuronalen Aktivität bei Fehlen der intrazellulären Calcium-Signalgebung wurden die intrazellulären Calcium-Speicher durch Hinzufügen von 10 mM EGTA gepuffert.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 60,125 GHz
Modulationsart: CW
Expositionsdauer: kontinuierlich für 60 s

Allgemeine Informationen

Several millimeter wave power flux densities were applied to the slice in randomized order to remove any possible effects of cumulative exposure.

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 60,125 GHz
Typ
Polarisation
Expositionsdauer kontinuierlich für 60 s
Modulation
Modulationsart CW
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau open-ended rectangular waveguide with a 3.8 mm x 1.9 mm aperture positioned above the tissue chamber; microwave power perpendicular to the chamber's plane; tip of the waveguide placed with an air gap of 4.8 mm to the surface of the aCSF (artifical cerebrospinal fluid) solution and 7 mm on top of the brain slice; the microwave beam expands at the aCSF surface forming a half-power ellipse of 5.5 mm² (major and minor axis 14.2 mm and 4.9 mm respectively); it is refracted upon entering the solution and forms a half-power ellipse of 6.5 mm² (major and minor axis 15.2 mm and 5.4 mm respectively) at the top of the 300 µm thick brain slice
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
Leistung 185 W - gemessen - -
Leistungsflussdichte 90 mW/cm² - gemessen - an der Oberfläche der aCSF Lösung
Leistungsflussdichte 800 nW/cm² Maximum gemessen - 30-50 nW/cm² , 70-90 nW/cm² , 140-200 nW/cm² , 250-330 nW/cm² , 490-600 nW/cm², 700-800 nW/cm²

Referenzartikel

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • vor der Befeldung
  • während der Befeldung
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Selbst bei diesen geringen Energie-Werten (drei Zehnerpotenzen unterhalb der existierenden Grenzwerte für die menschliche Exposition von 1 mW/cm²) konnten die Millimeterwellen beachtliche Veränderungen in der neuronalen Feuerrate und den Zellmembran-Eigenschaften erzeugen. Bei der Leistungsdichte, die sich 1µW/cm² annäherte, verminderte die einminütige Exposition bei vier von acht untersuchten Neuronen die Feuerrate um ein Drittel des Wertes vor der Exposition. Die Breite der Aktionspotenzial-Amplituden wurde durch die Millimeterwellen-Exposition um 17 % des Grundwertes verengt und der Einganswiderstand der Membran nahm um 54 % des Grundwertes aller Neuronen ab. Diese Wirkungen waren kurzzeitig (2 Minuten oder weniger) und wurden von Millimeterwellen-induzierter Erwärmung der Bad-Lösung um 3°C begleitet.
Der Vergleich dieser Ergebnisse mit kürlich publizierten Daten* zu den Wirkungen einer Bad-Erwärmung um 10°C deutete darauf hin, dass die Millimeterwellen-induzierten Wirkungen nicht vollständig der Erwärmung zugeschrieben werden können und eine spezifische Millimeterwellen-Absorption durch das Gewebe einschließen könnte.
Die Hemmung der intrazellulären Ca2+-vermittelten Signalgebung veränderte nicht signifikant die Millimeterwellen-induzierten neuronalen Reaktionen, was darauf hindeutet, dass die Millimeterwellen direkt mit der neuronalen Zellmembran interagieren.

*Lee JCF et al. (2005): Effects of temperature on calcium transients and Ca2+-dependent after hyperpolarizations in neocortical pyramidal neurons. J. Neurophysiol. (93) 2012-20.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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