Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Egr1 mediated the neuronal differentiation induced by extremely low-frequency electromagnetic fields. med./bio.

[Egr1 vermittelte die neuronale Differenzierung, induziert durch extrerm niederfrequente elektromagnetische Felder].

Veröffentlicht in: Life Sci 2014; 102 (1): 16-27

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Auswirkungen einer Exposition bei extrem niederfrequenten Magnetfeldern auf die neuronale Differenzierung im Zusammenhang mit der Genexpression bei unterschiedlichen Stammzellen untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Die Studie wurde im Hinblick auf einen möglichen therapeutischen Nutzen bei Transplantationen zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen durchgeführt.
Menschliche Knochenmark-abgeleitete mesenchymale Stammzellen und neurale Stammzellen der Maus wurden entweder bei verschiedenen Magnetfeldern exponiert (0-200 Hz; Expositions-Gruppen) oder nicht exponiert (Kontrollgruppen). Zusätzlich wurden Versuche mit Egr1-Knockdown ("Egr1-ausgeschaltet") und Egr1-überexprimierenden menschlichen Knochenmark-Mesenchym-Stammzellen durchgeführt, da eine besondere Rolle von Egr1 bei der neuronalen Differenzierung im Zusammenhang mit einer Magnetfeld-Exposition vermutet wurde.
Letztlich wurden noch Versuche mit Mäusen durchgeführt, bei welchen durch die Verabreichung von 6-Hydroxy-Dopamin (6-OHDA) der Verlust von dopaminergen Neuronen bei der Parkinson-Krankheit simuliert wurde. Die Mäuse wurden in 6 Gruppen eingeteilt (jeweils n=5): 1) nur Gabe von 6-OHDA, 2) 6-OHDA und Schein-Transplantation, 3) 6-OHDA und Transplantation menschlicher Knochenmark-Mesenchym-Stammzellen, 4) 6-OHDA und Transplantation Egr1-überexprimierender menschlicher Knochenmark-Mesenchym-Stammzellen, 5) 6-OHDA, Transplantation Egr1-überexprimierender menschlicher Knochenmark-Mesenchym-Stammzellen und anschließende Exposition bei dem Magnetfeld, 6) 6-OHDA und Transplantation embryonaler Mittelhirn-Stammzellen (Positivkontrolle). Die Stammzell-Transplantationen erfolgten 4 Wochen nach Verabreichung von 6-OHDA und die Mäuse wurden anschließend exponiert.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 0–200 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 8 Tage bei 0, 50, 100 oder 200 Hz
Vorversuch (mit menschlichen Stammzellen)
Exposition 2: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 8 Tage
Exposition 3: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 6 Tage
Exposition 4: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 Tag alle zwei Tage für 4 Wochen
Mäuse

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 0–200 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 8 Tage bei 0, 50, 100 oder 200 Hz
Zusatzinfo Vorversuch (mit menschlichen Stammzellen)
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau cells were exposed in 35 mm cell culture plates in a system formed by two Helmholtz coils (15 cm inner diameter), which produced a vertical magnetic field in a cell culture incubator with 5% CO2 at 37°C
Zusatzinfo control cultures were grown in a separate incubator without Helmholtz coils
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 8 Tage
Zusatzinfo menschliche Stammzellen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 6 Tage
Zusatzinfo Maus-Stammzellen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 1 Tag alle zwei Tage für 4 Wochen
Zusatzinfo Mäuse
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau mice were exposed in 2 plastic cages in a system formed by two Helmholtz coils, which produced a horizontal magnetic field
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 2 mT - gemessen - -

Referenzartikel

  • Cho H et al. (2012): Neural stimulation on human bone marrow-derived mesenchymal stem cells by extremely low frequency electromagnetic fields.

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

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

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Im Vorversuch (Feld 1) wurde eine Zunahme von TuJ1 in Zellen beobachtet, welche bei dem 50 Hz-Magnetfeld exponiert wurden im Vergleich zu Zellen, welche bei anderen Magnetfeldern exponiert wurden.
In menschlichen Stammzellen (Feld 2) wurde eine signifikante Zunahme der Proteinexpression von TuJ1 und NeuroD1 im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet und diese Zellen zeigten zudem eine neuronale Morphologie. Außerdem zeigten die Zellen nach der Exposition elektrophysiologische Eigenschaften, welche mit denen primärer Neuronen vergleichbar waren.
Auch bei den exponierten Maus-Stammzellen (Feld 3) konnte eine signifikante Zunahme der Proteinexpression von TuJ1 sowie von TH im Vergleich zur Kontrolle beobachtet werden sowie ebenfalls eine neuronale Morphologie.
Insgesamt waren 57 Gene in den exponierten menschlichen und murinen Stammzellen (Felder 2+3) im Vergleich zu den Kontrollgruppen hochreguliert. Dabei zeigte Egr1 die höchste Hochregulierung in beiden Zell-Typen. Egr1-überexprimierende Zellen zeigten einen hohen Grad an neuronaler Differenzierung nach der Exposition bei dem Magnetfeld (Feld 2), mit einer signifikanten Zunahme der Expression neuronaler Marker-Gene im Vergleich zur Kontrollgruppe, wohingegen Egr1-Knockdown-Zellen keine neuronale Differenzierung und keine signifikante Zunahme der Expression neuronaler Marker-Gene im Vergleich zur Kontroll-Gruppe zeigten.
Das Apomorphin-bewirkte Dreh-Verhalten von Mäusen war in Gruppe 5 nach der Magnetfeld-Exposition (Feld 4) signifikant reduziert im Vergleich zu Mäusen ohne Transplantation (Gruppen 1+2) oder ohne Magnetfeld-Exposition (Gruppen 3+4), was auf eine Ersetzung der zerstörten Neuronen und neuronale Differenzierung der injizierten Zellen in vivo hinwies und durch die Immunfluoreszenz bestätigt wurde.
Die Autoren schlussfolgern, dass Egr1 eine neuronale Differenzierung von Stammzellen bei einem 50 Hz-Magnetfeld bewirken könnte.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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