Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Non-thermal effects of terahertz radiation on gene expression in mouse stem cells. med./bio.

[Nichthhermische Wirkungen von Terahertz-Befeldung auf die Genexpression in Maus-Stammzellen].

Veröffentlicht in: Biomed Opt Express 2011; 2 (9): 2679-2689

Ziel der Studie (lt. Autor)

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).

Hintergrund/weitere Details

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.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

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

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 10 THz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 2 h oder 9 h
Zusatzinfo broad band (1-30 THz) radiation centered at 10 THz
Modulation
Modulationsart gepulst
Pulsbreite 0,035 ps
Folgefrequenz 1 kHz
Expositionsaufbau
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.
Parameter
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 - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 2,52 THz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 2 h
Modulation
Modulationsart CW
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
  • optically pumped molecular gas laser
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.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
Leistungsflussdichte 3 mW/cm² - gemessen - im Zentrum des Strahls

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

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.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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