Es sollte untersucht werden, ob gepulste elektromagnetische Felder (PEMF) alleine oder in Kombination mit dem Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor I (IGF-I) eine chondroprotektive (Gelenk-Knorpel-schützende) Wirkung auf menschlichen Knorpel haben.
Der Insulin-ähnliche Wachstumsfaktor I (IGF-I) hat eine anabolische Wirkung auf den Stoffwechsel von Chondrozyten. Unter anderem erhöht IGF-I die Synthese von Proteoglykan. Vorherige Studien (zum Beispiel: De Mattei et al., 2004, De Mattei et al., 2001) deuteten auf eine ähnliche Wirkung niederfrequenten gepulsten elektromagnetischen Feldern hin. Um dies weiter zu untersuchen, wurden Knorpel-Proben exponiert und mit IGF-I und Interleukin-1ß (IL-1ß, spielt eine Rolle bei der Knorpel-Zerstörung, hemmt die Synthese von Proteoglykan) allein oder in Kombination für 1 oder 7 Tage behandelt.
Menschliche Knorpel-Proben wurden von 13 Patienten mit Arthrose im Knie erhalten, denen ein totale Knie-Prothese eingesetzt wurde. Der Grad der Arthrose wurde bewertet und die Knorpel-Proben wurden klassifiziert. Die leichter degenerierten Proben wurden von allen Spendern gewonnen, während die Proben der schweren Knorpel-Degeneration nur von 4 Patienten in die Experimente einbezogen wurden.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
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Exposition 1:
75 Hz
Expositionsdauer:
kontinuierlich für 1 oder 7 Tage
|
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| Frequenz | 75 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform | |
| Expositionsdauer | kontinuierlich für 1 oder 7 Tage |
| Zusatzinfo | pulse duration: 1.3 ms; duty cycle 0.1 |
| Expositionsquelle | |
|---|---|
| Kammer | a pair of circular Helmoltz coils made of copper wire, placed opposite to each other and in a signal generator; multiwell plates were placed between this pair of Helmoltz coils so that the plane of the coils was perpendicular to the multiwell plates |
| Schein-Exposition | Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt. |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| magnetische Flussdichte | 1,5 mT | Spitzenwert | gemessen | - | - |
| elektrische Feldstärke | 0,051 mV/cm | - | gemessen | - | - |
Nach einer 7-tägigen Inkubationszeit zeigte sich nach einer alleinigen PEMF-Exposition oder einer Behandlung mit IGF-I eine signifikant höhere Proteoglykan-Synthese als in der Kontrollgruppe, während eine Kombination aus Exposition und IGF-I die Proteoglykan-Synthese noch weiter erhöhte. Nach einem Tag Inkubation dagegen wurde nur bei einer Kombination aus Exposition und IGF-I eine signifikante Erhöhung der Proteoglykan-Synthese im Knorpel-Explantat verglichen mit der Kontrolle gefunden. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Proteoglykan-Ausschüttung in das Nährmedium durch eine alleinige PEMF-Exposition oder Behandlung mit IGF-I im Vergleich zur Kontrollgruppe gefunden.
Nach 7 Tagen Inkubation führte die Behandlung mit IL-1ß im Vergleich zur Kontrollgruppe zu einer signifikant geringeren Proteoglykan-Synthese. Diese Wirkung wurde bei einer IL-1ß-Konzentration von 0,01 ng/ml durch die Exposition oder Gabe von IGF-I signifikant abgeschwächt. Keine Wirkung durch PEMF-Exposition oder Behandlung mit IGF-I wurde bei einer IL-1ß-Konzentration von 10 ng/ml beobachtet. Es wurden keine signifikanten Veränderungen in der Laktat-Produktion im Nährmedium im Vergleich zur Kontrollgruppe bei allen Konzentrationen von IL-1ß gefunden.
Die Autoren schlussfolgern, dass gepulste elektromagnetische Felder vor allem in Kombination mit IGF-I eine chondroprotektive Wirkung auf menschlichen Knorpel haben könnten.
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