Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Effect of 1 mT Sinusoidal Electromagnetic Fields on Proliferation and Osteogenic Differentiation of Rat Bone Marrow Mesenchymal Stromal Cells. med./bio.

[Wirkung von 1 mT sinusförmigen elektromagnetischen Feldern auf die Proliferation und osteogene Differenzierung von Knochenmarks-Mesenchym-Stroma-Zellen der Ratte].

Veröffentlicht in: Bioelectromagnetics 2013; 34 (6): 453-464

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte der Einfluss eines extrem niederfrequenten magnetischen Felds auf die Zelllebensfähigkeit, Proliferation und osteogene Differenzierung von Knochenmarks-Mesenchym-Stroma-Zellen der Ratte untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Elektromagnetische und magnetische Felder werden häufig zur Förderung der Knochenheilung eingesetzt. Allerdings sind die optimalen Parameter (zum Beispiel die Frequenz) bisher unklar und die zellulären Mechanismen kaum verstanden.
Latex wurde als Positivkontrolle für den Zelltod benutzt.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 10 Hz
Expositionsdauer: 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Exposition 2: 30 Hz
Expositionsdauer: 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Exposition 3: 50 Hz
Expositionsdauer: 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Exposition 4: 70 Hz
Expositionsdauer: 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 10 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer cells were cultured in culture flasks or in six well plates and placed between the coils on a 15 cm high transparent polymethylmethacrylate holder in an incubator
Aufbau magnetic fields were produced by a pair of Helmholtz coils, 30 cm in diameter and 30 cm apart; Helmholtz coils were positioned in an incubator at 37°C; coils were orientated on the left and right sides of the flasks and plates; magnetic fields were parallel to the bottom of the flasks and plates
Schein-Exposition Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT Spitzenwert - - -
elektrische Feldstärke 0,09 mV/m Maximum berechnet - -
Stromdichte 0,135 A/m² Maximum berechnet - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 30 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT Spitzenwert - - -
elektrische Feldstärke 0,27 mV/m Maximum berechnet - -
Stromdichte 0,405 A/m² Maximum berechnet - -

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT Spitzenwert - - -
elektrische Feldstärke 0,45 mV/m Maximum berechnet - -
Stromdichte 0,675 A/m² Maximum berechnet - -

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Frequenz 70 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Stunden-Zyklus (2 Stunden Exposition gefolgt von 4 Stunden keine Exposition) für bis zu 3 Wochen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT Spitzenwert - - -
elektrische Feldstärke 0,63 mV/m Maximum berechnet - -
Stromdichte 0,945 A/m² Maximum berechnet - -

Referenzartikel

  • Bassen H et al. (1992): ELF in vitro exposure systems for inducing uniform electric and magnetic fields in cell culture media.

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • während der Befeldung
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Nach ein und zwei Wochen war die Zelllebensfähigkeit in den 50 und 70 Hz-Proben im Vergleich zu den anderen Proben signifikant niedriger. Allerdings förderte eine Exposition bei 10 Hz, 30 Hz und 50 Hz, aber nicht 70 Hz die Zell-Proliferation im Vergleich zur Schein-Expositions-Probe.
Nach einer Woche war die Proteinexpression von Osteocalcin und dem Knochen-Morphogenetischen Protein-2 im Nährmedium von allen exponierten Proben, verglichen mit dem Wert nach einem Tag, signifikant erhöht. Nach zwei Wochen blieben diese Werte erhöht.
Die Expression der alkalischen Phosphatase und des Kollagens-Typ 1 war in der 10 Hz-Probe nach einer Woche im Vergleich zu allen anderen Proben signifikant erhöht, während die Expression dieser Gene nach zwei Wochen besonders in der 50 Hz-Probe erhöht war. Das Expressions-Niveau des Fibroblasten-Wachstumsfaktors-2 war nach zwei Wochen in der 10 Hz-Probe signifikant höher als in allen anderen Proben, während das Expressions-Niveau des Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptors-2 bei 30 Hz nach ein und zwei Wochen signifikant erhöht war.
Nach drei Wochen bei 50 Hz fanden sich im Vergleich zur Schein-Expositions-, 10 Hz- und 70 Hz-Probe signifikant größere mineralisierte Bereiche und die Prozentzahl der Osteocalcin/Knochen-Morphogenetisches Protein-2-positiven Zellen war signifikant größer. Bezüglich der Zellmorphologie wurden zwischen den einzelnen Proben keine Unterschiede gefunden.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Magnetfeld-Exposition bei 10 Hz und 50 Hz eine vielversprechende therapeutische Anwendung bei der Knochenheilung darstellen könnte und weiter untersucht werden sollte.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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