Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Nonpulsed sinusoidal electromagnetic fields as a noninvasive strategy in bone repair: the effect on human mesenchymal stem cell osteogenic differentiation. med./bio.

[Nicht-gepulste sinusförmige elektromagnetische Felder als eine nicht-invasive Strategie bei der Knochen-Heilung: Die Wirkung auf die osteogene Differenzierung menschlicher mesenchymaler Stammzellen].

Veröffentlicht in: Tissue Eng Part C Methods 2015; 21 (2): 207-217

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Auswirkungen einer Exposition menschlicher mesenchymaler Stammzellen bei einem kombinierten statischen und 50 Hz-Magnetfeld auf die Osteogenese und Differenzierung zu einem Knochen-Phänotyp untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Das kombinierte statische und 50 Hz-Magnetfeld wurde genutzt, um eine Ca2+-Ionen Zyklotron-Resonanz-Frequenz zu generieren, welche in vorherigen Studien der Autoren biologische Effekte hervorgerufen hatte (Ledda et al. (2013), De Carlo et al. (2012), Gaetani et al. (2009)). Als Positivkontrolle und in einer Ko-Exposition wurde Dexamethason, ein Glucocorticoid, verwendet, welches eine osteogene Differenzierung in menschlichen mesenchymalen Stammzellen hervorruft.
Die Zellen wurden in 4 Gruppen eingeteilt: 1) kombiniertes Magnetfeld, 2) Dexamethason (100 nM), 3) kombiniertes Magnetfeld und Dexamethason und 4) unbehandelte Kontroll-Gruppe. Die Zellen wurden nach 3, 4 und 5 Wochen Kultivierung für jeweils 3 und 5 Tage exponiert und anschließend jeweils untersucht. Zusätzlich wurden Zellen 3 Tage nach Beendigung der Exposition untersucht.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 0–50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 3 oder 5 Tage

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 0–50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer kontinuierlich für 3 oder 5 Tage
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer mu-metal shielded room
Aufbau exposure system consisted of a cellular incubator made of polymethyl methacrylate with 37°C ± 0.1°C and 5% CO2 and a solenoid (5-mm-thick polyvinyl chloride cylinder with 3.3 m length and 33 cm diameter made of 3300 turns of 1 mm diameter copper wire)
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 66 µT - - - statisches Magnetfeld
magnetische Flussdichte 1 mT Effektivwert - - 50 Hz-Magnetfeld

Referenzartikel

  • Ledda M et al. (2013): Non ionising radiation as a non chemical strategy in regenerative medicine: Ca(2+)-ICR "In Vitro" effect on neuronal differentiation and tumorigenicity modulation in NT2 cells.
  • De Carlo F et al. (2012): Non- ionizing radiation as a non invasive strategy in regenerative medicine: the effect of Ca2+-ICR on Mouse Skeletal Muscle Cell growth and differentiation.
  • Gaetani R et al. (2009): Differentiation of human adult cardiac stem cells exposed to extremely low-frequency electromagnetic fields.
  • Liboff AR (1985): Geomagnetic cyclotron resonance in living cells.

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Zellproliferation war in der Magnetfeld-exponierten Gruppe (Gruppe 1) und in der MF/Dexamethason-ko-exponierten Gruppe (Gruppe 3) im Vergleich zur Kontrollgruppe bzw. Dexamethason-exponierten Gruppe (Gruppe 2) in 3 und 4 Wochen alten Zellkulturen signifikant reduziert. Allerdings war die Zellproliferation nach 5 Wochen in Gruppe 1 im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant erhöht.
Morphologisch zeigten die Zellen der Gruppen 1 und 2 mit einer größeren, polygonalen Form und einem weitläufigen Aktin-Netzwerk auffällige Unterschiede zur Kontrollgruppe, die längliche, spindelförmige Zellen und periphere Aktin-Filamente hatte. In Gruppe 3 war dieses Erscheinungsbild noch deutlicher ausgeprägt.
Die Genexpressionen mehrerer Osteogenese-Marker, mit Ausnahme von Osteoprotegerin, waren in Gruppe 1 (nur MF) und Gruppe 3 (Ko-Exposition) im Vergleich zur Kontrollgruppe bzw. Gruppe 2 (nur Dexamethason) signifikant hochreguliert (Anmerkung EMF-Portal: Die Ergebnisse im Fließtext und in der Abbildung sind widersprüchlich und nicht eindeutig). Die Genexpression von Osteoprotegerin war in Gruppen, welche bei Dexamethason (ko-)exponiert waren (Gruppen 2 und 3), signifikant reduziert und in Gruppe 2 signifikant erhöht im Vergleich zur Kontrollgruppe.
Die Proteinexpressionen der alkalischen Phosphatase und von Osteopontin waren in allen Expositions-Gruppen im Vergleich zur Kontroll-Gruppe signifikant hochreguliert.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Exposition menschlicher mesenchymaler Stammzellen bei einem kombinierten statischen und 50 Hz-Magnetfeld die Differenzierung zu einem Knochen-Phänotyp und eine nachhaltige Stimulation der Osteogenese bewirken könnte. Dies könnte von therapeutischem Nutzen sein.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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