Mesenchymale Stammzellen der Maus wurden bei Terahertz-Wellen exponiert, um zu untersuchen, ob Säugetier-Zellen spezifische und/oder molekulare Wirkungen aufweisen, die nicht mit Temperatur-Veränderungen verbunden sind. Um eventuelle thermische Wirkungen lokal, d.h. in den Zellen zu untersuchen, wurde die Terahertz-induzierte transkriptionelle Aktivierung hyperthermischer Gene quantifiziert und ihre Expressions-Werte wurden mit denen unterschiedlich exprimierter Gene aus einer früheren Studie verglichen (Bock et al. 2010).
Die Befeldungen wurden bei biologisch-niedrigen Temperaturen durchgeführt (26-27°C) und bei schwachen Terahertz-Leistungsdichten (1-3 mW/cm²), um die thermischen Wirkungen auf die Gen-Aktivität zu minimieren. Um die möglichen Veränderungen in der Temperatur zu analysieren, wurden Simulationen und experimentelle Messungen angewendet.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
|
Exposition 1:
10 THz
Modulationsart:
gepulst
Expositionsdauer:
kontinuierlich für 2 h oder 9 h
|
|
|
Exposition 2:
2,52 THz
Modulationsart:
CW
Expositionsdauer:
kontinuierlich für 2 h
|
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| Modulationsart | gepulst |
|---|---|
| Pulsbreite | 0,035 ps |
| Folgefrequenz | 1 kHz |
| Expositionsquelle | |
|---|---|
| Aufbau | laser beam directed by a 90° off-axis parabolic gold mirror onto the bottom of the 4 cm diameter parafilm-sealed tissue culture dish |
| Schein-Exposition | Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt. |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Leistungsflussdichte | 1,2 mW/cm² | - | gemessen | - | im Zentrum des Strahls bei leerem Träger |
| Leistungsflussdichte | 0,25 mW/cm² | - | gemessen | - | am Rand der leeren Kulturschale |
| Leistungsflussdichte | 1 mW/cm² | Mittelwert | geschätzt | - | - |
| Frequenz | 2,52 THz |
|---|---|
| Typ | |
| Expositionsdauer | kontinuierlich für 2 h |
| Modulationsart | CW |
|---|
| Expositionsquelle |
|
|---|---|
| Aufbau | laser beam directed by a 90° off-axis parabolic gold mirror onto the bottom of the 4 cm diameter parafilm-sealed tissue culture dish |
| Schein-Exposition | Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt. |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Leistungsflussdichte | 3 mW/cm² | - | gemessen | - | im Zentrum des Strahls |
Visuell wurde kein Zelltod beobachtet. Es waren auch keine Wirkungen auf die Zellmembranen sichtbar. In den Kontroll-Proben oder in den Proben, die für zwei Stunden bei der CW-Befeldung exponiert wurden (Exposition 2), wurden keine Lipid-Einschlüsse gefunden. Es wurden jedoch Lipid-Tröpfchen-ähnliche Einschlüsse im zellulären Zytoplasma nach zwei- und neunstündiger Breitband-Exposition (Exposition 1) beobachtet und die morphologischen Veränderungen schienen abhängig von der Expositions-Dauer (weniger Einschlüsse nach 2 h als nach 9 h) und der Frequenz zu sein.
Die Temperatur-Anstiege waren minimal und die Expression der untersuchten Hitzeschock-Proteine (hsp105, hsp90 und CPR) waren unbeeinflusst. Dagegen zeigten die Genexpressionen der anderen Gene (Adiponectin, GLUT4 und PPARG) klare Wirkungen gegenüber einen anhaltenden Breitband-Exposition, wie bei Bock et al. 2010 aufgedeckt wurde. Diese Wirkungen wurden unter Befeldungs-Bedingungen aufgedeckt, die minimale Temperatur-Veränderungen verursachten und bei explizitem Fehlen von irgendwelchen sichtlichen Reaktionen von Hitzeschock- und zellulären Stress-Genen.
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