Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Sinusoidal electromagnetic field stimulates rat osteoblast differentiation and maturation via activation of NO-cGMP-PKG pathway. med./bio.

[Sinusförmiges elektromagnetisches Feld stimuliert die Ratten-Osteoblasten-Differenzierung und -Reifung über die Aktivierung des NO-cGMP-PKG-Signalwegs].

Veröffentlicht in: Nitric Oxide 2011; 25 (3): 316-325

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte untersucht werden, ob die Wirkung eines sinusförmigen elektromagnetischen Feldes auf die Differenzierung und Reifung von Osteoblasten über den NO-cGMP-Proteinkinase G-Signalweg vermittelt wird.

Hintergrund/weitere Details

Extrem niederfrequente elektromagnetische Felder werden in der Behandlung von einigen orthopädischen Krankheiten eingesetzt, unter anderem der Osteoporose. Jedoch ist der genaue Einfluss des Feldes auf die Osteoporose immer noch unklar. Um dies zu erforschen wurden acht Gruppen an Zellkulturen untersucht: 1.) Kontrollgruppe, 2.) Expositions-Gruppe, 3.) L-NAME-Behandlung (inhibiert die Stickstoffmonoxid-Synthase), 4.) Exposition + L-NAME, 5.) ODQ-Behandlung (inhibiert die lösliche Guanylylcyclase, blockiert den Anstieg des cGMP-Gehaltes), 6.) Exposition + ODQ, 7.) PDE-5-Behandlung (Phosphodiesterase-5, baut cGMP ab) und 8.) Exposition + PDE-5. In jeder Gruppe gab es fünf Ansätze und alle Experimente wurden zweimal durchgeführt.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 30 Min. pro Tag für 1, 9, 14 oder 21 Tage; oder für 12 h (siehe "add. information")

Allgemeine Informationen

cells were treated in the following eight groups: i) control ii) exposure to EMF iii) 100 µM L-NAME added iv) 100 µM L-NAME added 6 h before EMF treatment + exposure to EMF v) 20 µM ODQ added vi) 20 µM ODQ added 4 h before EMF treatment + exposure to EMF vii) 0.02 U PDE5 added viii) 0.02 U PDE5 added 0.1 h before EMF treatment + EMF exposure

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 30 Min. pro Tag für 1, 9, 14 oder 21 Tage; oder für 12 h (siehe "add. information")
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau solenoids consisting of 50 cm long hollow cylinders with 20 cm diameter, placed in an incubator with 5% CO2 and 37 °C; culture dishes positioned in the center of the solenoid; magnetic field parallel to surface of the plates
Zusatzinfo exposure durations are not clearly documented for the different endpoints investigated (remark EMF-Portal), but it seems that the following durations were studied: osterix gene expression following 12 h of exposure ALP activity following (up to?) 9 days of exposure mineralization following up to 14 or 21 days of exposure (30 min/day) all other parameters seemed to be investigated following a single exposure of 30 min.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - - - -

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Enzymaktivität der NOS und der Gehalt an NO waren 30 Minuten nach der Exposition signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Nach diesen 30 Minuten sank die NOS-Aktivität in der Expositions-Gruppe, blieb jedoch während der beobachteten 4 Stunden immer höher als in der Kontrollgruppe.
In der exponierten Gruppe war die Proteinexpression von iNOS, eNOS und sGC im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant hoch-reguliert. Jedoch führte eine Gabe von L-NAME zu den exponierten Zellen zu einer niedrigeren Expression von iNOS, eNOS und sGC im Vergleich zu den exponierten Zellen ohne L-NAME. Wurde ODQ zu den exponierten Zellen gegeben, so zeigte sich eine geringere Expression an sGC und ein geringerer Gehalt an cGMP verglichen mit den exponierten Zellen ohne ODQ. Die exponierten Zellen mit PDE-5 zeigten einen niedrigeren Expressions-Wert an PKG und einen geringeren Gehalt an cGMP als exponierte Zellen ohne PDE-5.
Bei den exponierten Zellkulturen zeigte sich im Vergleich zur Kontroll-Gruppe eine erhöhte Genexpression des Transkriptionsfaktors Sp7. Eine Hinzugabe von L-NAME, ODQ oder PDE-5 verhinderte diese Expositions-Wirkung.
Die Enzymaktivität der ALP war in der exponierten Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöht. Eine Hinzugabe von L-NAME, ODQ oder PDE-5 verhinderte diese Expositions-Wirkung.
Bezüglich der Mineralisation zeigten die exponierten Zellkulturen signifikant mehr verkalkte Stellen als die Kontroll-Zellen. Allerdings erniedrigte sich durch eine Zugabe von L-NAME, ODQ oder PDE-5 das Ausmaß der Mineralisierung in den exponierten Zellkulturen im Vergleich zu den exponierten Zellkulturen ohne Inhibitoren.
Die Autoren schlussfolgern, dass durch ein sinusförmiges elektromagnetisches Feld der NO-cGMP-PKG-Signalweg aktiviert wird, da die stimulative Wirkung dieser Exposition auf die Differenzierung und Reifung der Osteoblasten verhindert wurde, wenn der Signalweg durch verabreichte Substanzen gehemmt wurde.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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