Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Time-varying magnetic fields of 60 Hz at 7 mT induce DNA double-strand breaks and activate DNA damage checkpoints without apoptosis med./bio.

[Zeitlich-veränderliche Magnetfelder von 60 Hz bei 7 mT rufen DNA-Doppelstrangbrüche hervor und aktivierten DNA-Schaden-Kontrollpunkte ohne Apoptose]

Von: Kim J, Yoon Y, Yun S, Park GS, Lee HJ, Song K

Veröffentlicht in: Bioelectromagnetics 2012; 33 (5): 383-393

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die biologischen Wirkungen und die mögliche Genotoxizität einer Exposition bei zeitlich-variierenden 60 Hz-Magnetfeldern von 2-14 mT auf menschliche primäre Zellen und Krebs-Zellen untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Die Zellen wurden direkt oder 24 Stunden nach der Exposition untersucht. Positivkontrollen wurden mit UV-C-Strahlung (für die Apoptose und DNA-Doppelstrangbrüche) und TBHP (tert-Butyl-Hydroperoxid; zur Induktion von reaktiven Sauerstoffspezies) durchgeführt.
Die Autoren verglichen ebenfalls die Position und Zeit-Abhängigkeit der DNA-Doppelstrangbrüche mit der numerischen Simulation der Magnetfelder. Die Lorentz-Kraft und Wirbelströme wurden in diesen Experimenten numerisch berechnet, um den Einfluss jedes Faktors auf die Doppelstrangbrüche zu untersuchen.

Endpunkt

Genotoxizität/Mutation: DNA-Schaden und damit verbundene Signaltransduktion

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 60 Hz
- 50/60 Hz
- magnetisches Feld
- Niederfrequenz

Exposition	Parameter
Exposition 1: 60 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 30 min	magnetische Flussdichte: 2 mT Minimum magnetische Flussdichte: 14 mT Maximum Leistung: 400 mW Maximum (5 - 400 mW)
Exposition 2: 60 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 0 - 120 min	magnetische Flussdichte: 7 mT (gemessen in 4 mm Höhe vom Boden der Zellkulturschale) Leistung: 400 mW Maximum (5 - 400 mW)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 30 min

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Spule(n)
Aufbau	circular coils with a diameter of 0.9 cm and 3500 turns of wire wound on an acrylic cylinder; cell culture dish with a diameter of 3.5 or 6 cm placed so at the coil's base that the coil was in the center of the dish

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	2 mT	Minimum	gemessen	-	-
magnetische Flussdichte	14 mT	Maximum	gemessen	-	-
Leistung	400 mW	Maximum	-	-	5 - 400 mW

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 0 - 120 min

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	7 mT	-	gemessen	-	gemessen in 4 mm Höhe vom Boden der Zellkulturschale
Leistung	400 mW	Maximum	-	-	5 - 400 mW

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
HeLa-Zellen (humane Adenokarzinom-Zelllinie) und IMR90 (menschliche Lungen-Fibroblasten)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Genotoxizität/Mutation: DNA-Schaden (Doppelstrangbrüche; Bildung von gamma-H2AX-Foci (Fluoreszenzmikroskopie) und neutraler Comet-Assay); Phosphorylierung von gamma-H2AX (Western Blot) und DNA-Schaden-Kontrollpunkt-Signalweg (phospho-Checkpoint-Kinase 2-Expression (p-Chk2 ist notwendig für den Zellzyklus-Arrest während der DNA-Reparatur); Western Blot)
molekulare Biosynthese: Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (über den fluorogenen Marker carboxy-H2DCFDA; Fluoreszenzmikroskopie); Expression von phospho-ATM (reguliert eine Reihe von Proteinen im Signalweg des DNA-Schaden-Kontrollpunkts, z.B. H2AX); Western Blot)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Apoptose und Apoptose-verbundene Signalwege (Expression von Caspase-3, aktivierter Caspase-3 und PARP; Western Blot), Zellproliferation/Zelllebensfähigkeit (MTT-Test)

Untersuchtes System:

isolierte biol./chemische Substanz (in vitro)
intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Zell-Lysate

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Nach einer kontinuierlichen Exposition von menschlichen Fibroblasten und zervikalen Krebs-Zellen bei 7 mT für 0-120 Minuten wurde keine signifikante Veränderung der Zelllebensfähigkeit beobachtet. Die Zelllebensfähigkeit der beiden Zelllinien wurde ebenfalls nicht durch Magnetfelder von 0-14 mT bei einer Expositions-Dauer von 30 Minuten verändert.
Es wurden jedoch DNA-Doppelstrangbrüche in beiden Zelllinien nachgewiesen, die bei 7 mT oder bei höheren Stärken für 30 oder 60 Minuten exponiert wurden (gezeigt durch die Bildung von gamma-H2AX-Foki und/oder gamma-H2AX-Expression und Comet-Assay). Der Signalweg des DNA-Schaden-Kontrollpunkts wurde bei diesen Zellen aktiviert (gezeigt durch die Proteinexpression von phospho-ATM und p-Chk2) ohne programmiertem Zelltod (Apoptose; gezeigt durch die unveränderte Expression von Caspase-3, aktivierter Caspase-3 und PARP).
Die Exposition der Zelllinien bei einem 60 Hz-Magnetfeld induzierte nicht die intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies-Produktion, was darauf hindeutet, dass die beobachteten DNA-Doppelstrangbrüche nicht direkt durch die reaktiven Sauerstoffspezies verursacht wurden.
Die DNA-Doppelstrangbrüche traten nach der 30-minütigen Exposition hauptsächlich in der zentralen Region der Kultur-Platten auf, wo das Magnetfeld am stärksten war. Nach 90 Minuten jedoch nahm das Maß der Doppelstrangbrüche in den äußeren Regionen schnell zu, wo der Wirbelstrom und die Lorentz-Kraft stark waren.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine Exposition bei einem 60 Hz-Magnetfeld von 2-14 mT ein genotoxisches Potenzial sowohl in menschlichen nicht-krebsartigen als auch in krebsartigen Zellen hat, sogar nach kurzen Exposition von mehreren zehn Minuten.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

Korea Research Foundation (KRF), Korea
Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Ministry of Knowledge Economy (MKE), Korea

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