Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Electromagnetic exposure of scaffold-free three-dimensional cell culture systems med./bio.

[Elektromagnetische Exposition Gerüst-freier dreidimensionaler Zellkultur-Systeme]

Von: Daus AW, Goldhammer M, Layer PG, Thielemann C

Veröffentlicht in: Bioelectromagnetics 2011; 32 (5): 351-359

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer elektromagnetischen Feld-Exposition auf ein Gerüst-freies (d.h. ohne synthetische Polymere oder Biomaterialien) dreidimensionales (3D) Zellkultur-System untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Die Studie verfolgte das Ziel, eine verbesserte physiologische Relevanz mit Hilfe eines 3D-Modells in vitro zu erzielen. Verschiedene Studien deckten bereits klare Unterschiede zwischen Monolayer- und 3D-Zellkulturen in Bezug auf das Zellverhalten auf. Durch Verwendung Rotations-vermittelter Gerüst-freier Sphäroide wurde eine histologisch-typische Selbstorganistation ermöglicht.
Im ersten Teil der Experimente wurden kardiale Myozyten-Sphäroide bei gepulsten elektromagnetischen Feldern exponiert (Feld 2). Im zweiten Teil wurde die Puls-Frequenz des elektromagnetischen Feldes der Schlag-Rate eines einzelnen Sphäroiden angepasst (Feld 3). Durch Varrieren der Puls-Frequenz im Bereich von 5-20 % wurden wurden mögliche direkte Interferenzen der elektromagnetischen Feld-Frequenzen mit der Schlag-Rate untersucht. In Positivkontrollen wurde die Schlag-Rate der Sphäroide als Funktion der Temperatur untersucht (Feld 1).

Endpunkt

Zellfunktionen: elektrophysiologische Eigenschaften von Myozyten

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition	Parameter
Exposition 1: 900 MHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 min Positivkontrolle	SAR: 1 W/kg (innerhalb der Sphäroide)
Exposition 2: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 min	SAR: 100 mW/kg (innerhalb der Sphäroide) SAR: 250 mW/kg (innerhalb der Sphäroide)
Exposition 3: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 min	SAR: 100 mW/kg (innerhalb der Sphäroide)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 1 min
Zusatzinfo	Positivkontrolle

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	TEM-Zelle
Aufbau	TEM cell constructed as a 1000 mm long stripline consisting of a 1 mm tin-plated steel sheet and a septum at a distance of 50 mm; stripline equipped with a temperature controller; temperature controller switched off

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	1 W/kg	-	berechnet	-	innerhalb der Sphäroide

Zusätzliche Parameterdetails

transversal, homogeneous field

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 1 min

Modulation

Modulationsart	gepulst
Tastgrad	50 %
Folgefrequenz	8,3 Hz

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Aufbau	temperature controller switched on
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	100 mW/kg	-	berechnet	-	innerhalb der Sphäroide
SAR	250 mW/kg	-	berechnet	-	innerhalb der Sphäroide

Zusätzliche Parameterdetails

transversal, homogeneous field

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 1 min

Modulation

Modulationsart	gepulst
Folgefrequenz	1 Hz
Zusatzinfo	pulse frequency adjusted to the beat rate

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Aufbau	temperature controller switched on
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	100 mW/kg	-	berechnet	-	innerhalb der Sphäroide

Zusätzliche Parameterdetails

transversal, homogeneous field

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
kardiale Hühner-Myozyten-Sphäroide

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Zellfunktionen: elektrophysiologische Eigenschaften von Myozyten (Aktionspotenziale, Schlag-Frequenz und -Regelmäßigkeit (Interspike-Intervalle), Sphäroid-Potenzial-Dauer der auftretenden Spikes; Mikroelektroden-Array)

Untersuchtes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Sphäroide

Untersuchungszeitpunkt:

vor der Befeldung
während der Befeldung
nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Keiner der analysierten elektrophysiologischen Parameter wurde unter Exposition signifkant verändert. Die Ergebnisse zeigten keinen Einfluss des elektromagnetischen Feldes auf die kardialen Kontraktionen.
Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Sphäroide unter den vorliegenden Bedingungen ausgezeichnete Kandidaten für Experimente mit elektromagnetischen Feldern sind. Die elektromagnetischen Feld-Störungen aufgrund der Aufzeichnungs-Elektroden waren nur gering. Im Vergleich zu Monolayer-Kulturen sind die Sphäroide für einen längeren Zeitraum kontraktil. Sie sind somit ein vielversprechendes Zellkultur-System für Langzeit-Expositions-Studien.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF; Federal Ministry for Education and Research), Germany

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