Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Extra-low-frequency magnetic fields alter cancer cells through metabolic restriction. med./bio.

[Extrem niederfrequente Magnetfelder verändern Krebszellen durch Einschränkung des Stoffwechsels].

Veröffentlicht in: Electromagn Biol Med 2014; 33 (4): 264-275

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer Exposition bei extrem niederfrequenten Magnetfeldern auf Veränderungen des Karyotyps in fünf verschiedenen Krebs-Zelllinien untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Es wurden 9 Experimente durchgeführt (weitere Informationen s. "Feldeigenschaften"):
1.) 5 verschiedene Zelllinien wurden bei verschieden starken extrem niederfrequenten Magnetfeldern (ELF-MF) exponiert und nach 6 Tagen wurde der Karyotyp bestimmt.
2.) Um zu testen, ob die Wirkungen aufgrund des ELF-MF selbst oder der im Kulturmedium induzierten Ströme hervorgerufen wurden, wurde ein Experiment mit horizontalen und vertikalen Magnetfeldern (MF) mit K562-Zellen durchgeführt. Während das MF gleich blieb, war der induzierte elektrische Strom bei der horizontalen Spule sechs Mal höher als bei der vertikalen (wegen der Geometrie der Kulturschale).
3.) K562-Zellen wurden für 3 Wochen bei einem MF exponiert und wöchentlich untersucht. Nach den 3 Wochen wurde das MF erhöht oder erniedrigt und die Zellen nach weiteren 6 Tagen untersucht.
4.) K562-Zellen wurden für 6 Tage bei einem MF mit unterschiedlichen Frequenzen exponiert.
5.) K562-Zellen wurden inkubiert während a) das ELF-MF auf < 5 nT abgeschirmt wurde und das statische MF 74 µT betrug oder b) das ELF-MF auf < 5 nT und das statische MF auf < 3 µT abgeschirmt wurden.
6.) Um die Hypothese zu überprüfen, dass ein ELF-MF und Oligomycin (Adenosintriphosphat-Synthase (ATPS)-Inhibitor) eine gemeinsame Wirkweise haben, wurden K562-Zellen MF-exponiert oder mit Oligomycin behandelt.
7.) Um zu überprüfen, ob MF ATPS inhibieren und somit die Adenosinmonophosphat-aktivierte Proteinkinase (AMPK) aktivieren, wurden ELF-MF-exponierte K562-Zellen mit Metformin (aktiviert AMPK) oder Resistin (hemmt AMPK) inkubiert.
8.) Das Nährmedium wurde bei 3 Bedingungen exponiert und zu K562-Zellen (inkubiert für 7 h bei 2-2,7 µT (60 Hz-Hintergrundfeld des Inkubators) gegeben.
9.) Die Zellproliferation und die Zellmorphologie wurden in NCI-H460-Zellen und MCF-7-Zellen untersucht.
Als Kontrollgruppe wurden Zellen genommen, die unter Sauerstoff-Ausschluss und einem MF < 4 nT (60 Hz) inkubiert wurden.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 60 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Experiment 1
Exposition 2: 60 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Experiment 2
Exposition 3:
Expositionsdauer: kontinuierlich für 21 Tage (1 µT) oder für 27 Tage (die ersten 21 Tage 1 µT oder 0.1 µT, dann Erhöhung oder Erniedrigung)
Experiment 3
Exposition 4: 50–155 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Experiment 4
Exposition 5: 0 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 4 Tage
Experiment 5
Exposition 6: 60 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Experiment 6
Exposition 7: 60 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Experiment 7
Exposition 8: 60–120 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 15 Stunden
Experiment 8
Exposition 9:
Expositionsdauer: kontinuierlich für bis zu 8 Tage
Experiment 9

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 60 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Experiment 1
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau MFs were applied by rectangular coils (19 x 25.6 cm) with 20-50 turns of copper wire wound on 13 mm polycarbonate; the coil was under the two inner shields and over an acrylic spacer at the bottom of the outer shield; 60-Hz fields above 0.4 µT were from sector-connected variable transformers; smaller 60-Hz fields and other frequencies were generated with computer-based synthesizers; MFs were within 10% of nominal in the whole cell culture area; 60 Hz 5 µT exposures produced no measurable temperature rises
Zusatzinfo unexposed cells for experiments were kept in culture flasks under anoxia and MFs below 4 nT (60 Hz); three 6.3 mm thick layers of structural steel reduced ELF-MFs from incubators and the environment
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,025 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,05 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,1 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,2 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,4 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,7 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 1 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 1,5 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 5 µT - gemessen - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 60 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Experiment 2
Expositionsaufbau
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 µT - gemessen - vertikales und horizontales Magnetfeld

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 21 Tage (1 µT) oder für 27 Tage (die ersten 21 Tage 1 µT oder 0.1 µT, dann Erhöhung oder Erniedrigung)
Zusatzinfo Experiment 3
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 µT - gemessen - die ersten 21 Tage
magnetische Flussdichte 0,1 µT - gemessen - die ersten 21 Tage
magnetische Flussdichte 0,05 µT Minimum gemessen - Tag 22-27
magnetische Flussdichte 1,5 µT Maximum gemessen - Tag 22-27

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Frequenz 50–155 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Experiment 4
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 µT - gemessen - für 50 Hz, 60 Hz, 120 Hz und 155 Hz

Exposition 5

Hauptcharakteristika
Frequenz 0 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 4 Tage
Zusatzinfo Experiment 5
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 5 nT Maximum gemessen - ELF-MF abgeschirmt
magnetische Flussdichte 74 µT - gemessen - statisches MF
magnetische Flussdichte 3 µT Maximum gemessen - statisches MF abgeschirmt

Exposition 6

Hauptcharakteristika
Frequenz 60 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Experiment 6
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,4 µT - gemessen - -

Exposition 7

Hauptcharakteristika
Frequenz 60 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Experiment 7
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,4 µT - gemessen - -

Exposition 8

Hauptcharakteristika
Frequenz 60–120 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 15 Stunden
Zusatzinfo Experiment 8
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 4 nT Maximum gemessen - Bedingung 1: "sehr geringes Magnetfeld"; 60 Hz
magnetische Flussdichte 3 µT Maximum gemessen - Bedingung 1: "sehr geringes Magnetfeld"; statisches Magnetfeld
magnetische Flussdichte 2,7 µT Maximum gemessen - Bedingung 2: "Inkubator-Magnetfeld"; Bereich von 2-2,7 µT
magnetische Flussdichte 0,62 µT - gemessen - Bedingung 3: 120 Hz

Exposition 9

Hauptcharakteristika
Frequenz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für bis zu 8 Tage
Zusatzinfo Experiment 9
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,05 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 0,4 µT - gemessen - -
magnetische Flussdichte 5 µT - gemessen - -

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Bemerkung EMF-Portal: Wenn nicht anders vermerkt, sind im Artikel keine Angaben zur Signifikanz der Ergebnisse gemacht.
Bei der horizontalen bzw. vertikalen Anordnung des Magnetfelds wurden ähnliche Anzahlen an Chromosomen gefunden. Deshalb schlussfolgern die Autoren, dass das Magnetfeld selbst der Grund für die Veränderungen sei (Exp. 2). Alle exponierten Zelllinien verzeichneten Verluste im Karyotyp mit einer zumeist flachen Dosis-Abhängigkeit (Exp. 1.), auch wenn unterschiedliche Frequenzen verwendet wurden (Exp. 4).
Nach einer 3-wöchigen Exposition glichen sich die Karyotyp-Werte wieder denen der Basislinie (Anzahl der Chromosomen ohne Exposition) an. Eine Erhöhung oder Erniedrigung des Magnetfeldes nach den 3 Wochen rief erneut Verringerungen des Karyotyps hervor (Exp. 3). Zellkulturen, die gegen ELF-MF und statische Magnetfelder abgeschirmt wurden (Exp. 5b), zeigten eine geringe Erniedrigung des Karyotyps, aber eine deutliche Erhöhung der Zellproliferation.
Sowohl die Magnetfeld-Exposition als auch Oligomycin führten im Vergleich zur Basislinie zu kleineren Zellen (Exp. 6). Die Verstärkung der beobachteten Wirkungen durch Metformin bzw. die Abschwächung durch Resistin deuteten auf eine Beteiligung des ATPS-AMPK-Signalweges hin (Exp. 7). Die Zellen waren signifikant kleiner wenn sie im Medium, welches bei dem "sehr geringen Magnetfeld" exponiert wurde, inkubiert wurden als im Medium, welches bei Bedingung 3 exponiert wurde (Exp. 8). Bei Magnetfeld-exponierten (5 µT) MCF-7-Zellen wurden, im Vergleich zu 4 nT-exponierten Zellen, deutliche morphologische Abweichungen gefunden. Außerdem war die Zellproliferation in exponierten NCI-H460-Zellen verglichen mit den 4 nT-exponierten Zellen erhöht (Exp. 9).
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Magnetfeld-Exposition Veränderungen des Karyotyps in verschiedenen Krebs-Zelllinien hervorrufen könnte und dass diese Veränderungen auf Modifikationen des ATPS-AMPK-Signalwegs zurückzuführen sind.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

Themenverwandte Artikel