Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Electromagnetic fields mediate efficient cell reprogramming into a pluripotent state. med./bio.

[Elektromagnetische Felder vermitteln eine effiziente Zell-Rückprogrammierung in den pluripotenten Zustand].

Veröffentlicht in: ACS Nano 2014; 8 (10): 10125-10138

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer Exposition bei einem extrem niederfrequenten Magnetfeld und einer Magnetfeld-Abschirmung auf die Zell-Rückprogrammierung in den pluripotenten Zustand von Fibroblasten der Maus und die zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen untersucht werden. Die Hypothese war, dass eine Exposition bei dem Magnetfeld die Rückprogrammierung über epigenetische Mechanismen beeinflussen könnte. Die Studie wurde im Hinblick auf einen möglichen therapeutischen Nutzen von Magnetfeldern bei der Zell-Rückprogrammierung durchgeführt.

Hintergrund/weitere Details

Somatische Zellen können durch eine Überexpression der Transkriptionsfaktoren Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc (OSKM) in induzierte pluripotente Stammzellen rückprogrammiert werden. Im ersten Schritt wurde der Einfluss des Magnetfelds auf diese Art der Rückprogrammierung untersucht und die Fibroblasten der Maus wurden in die folgenden Gruppen eingeteilt:
Transfektion mit OSKM und Exposition bei 1) 10 Hz, 2) 50 Hz, 3) 100 Hz, 4) OSKM-Transfektion und keine Exposition (Kontrollgruppe), 5) OSKM-Transfektion und Magnetfeld-Abschirmung sowie 6) Fibroblasten ohne Transfektion. Die Wirkung des Magnetfelds auf den Rückprogrammierungserfolg wurde auch in Ansätzen mit Zusatz von Valproin-Säure und Vitamin C verglichen, welche bekannte Stimulanzien für die Rückprogrammierung sind.
Zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen wurden Inhibitoren, z. B. der Histon-Lysin-Methyltransferase Mll2 sowie eine experimentell ausgelöste Überexpression von Mll2 untersucht.
In einem weiteren Schritt wurde geprüft, ob eine Magnetfeld-Exposition einzelne Transkriptionsfaktoren ersetzen kann: 7) Transfektion nur mit Oct4 und 50 Hz-Exposition, 8) Transfektion nur mit Oct4 und Sox2 und 50 Hz-Exposition. Für beide Gruppen wurde jeweils eine Kontrollgruppe ohne Exposition durchgeführt.
Embryonale Stammzellen der Maus ohne Behandlung wurden als Positivkontrolle verwendet.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 10 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 15 Tage
Exposition 2: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für bis zu 45 Tage
Exposition 3: 100 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 15 Tage
Exposition 4:
Expositionsdauer: kontinuierlich für bis zu 10 Tage
Magnetfeld-Abschirmung
  • Feld-freier Raum

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 10 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 15 Tage
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer 6-well culture dishes in CO2 incubator
Aufbau the solenoid parameters were: axial symmetry, radius (R = 7.5 cm), current (I = 200 mA), and number of loops (N = 1000); the geometry of the system assured field uniformity for the exposed cultures; the surfaces of the culture plates were parallel to the force lines of the alternating magnetic field; temperature in the cultures was maintained at 37 ± 0.1°C
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für bis zu 45 Tage
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz 100 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 15 Tage
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Expositionsdauer kontinuierlich für bis zu 10 Tage
Zusatzinfo Magnetfeld-Abschirmung
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer see E1
Aufbau three-axis Helmholtz coils and the three-axis magnetic sensor, which measured the geomagnetic field accurately and made the system capable of canceling the earth's field inside the coil; cell cultures were located in the center of the three-axis Helmholtz coil in the incubator
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
s. Bemerkungen - - - - Feld-freier Raum

Referenzartikel

  • Cho H et al. (2012): Neural stimulation on human bone marrow-derived mesenchymal stem cells by extremely low frequency electromagnetic fields.
  • Loginov VA (1992): [Accumulation of calcium ions in myocardial sarcoplasmic reticulum of restrained rats exposed to the pulsed electromagnetic field].

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

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

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Exposition bei einem Magnetfeld (Gruppen 1, 2, 3) verbesserte die Rückprogrammierungs-Effizienz im Vergleich zu der Kontrollgruppe (Gruppe 4) signifikant, wobei die deutlichste Wirkung in Gruppe 2 (50 Hz) gefunden wurde.
Es wurde festgestellt, dass die Exposition bei einem 50 Hz-Magnetfeld (Gruppe 2) während der Rückprogrammierung epigenetische Veränderungen über die verstärkte Expression von Mll2 hervorrief, einer Histon-Lysin-Methyltransferase, von welcher bekannt ist, dass sie zur Methylierung von Histon H3 Lysin 4 (H3K4me3) beiträgt. Zur gleichen Zeit wurde eine Anhäufung von H3K4me3 in den Zellen gemessen.
Eine Magnetfeld-Abschirmung (Gruppe 5) beeinträchtigte die Rückprogrammierung in einen pluripotenten Zustand, wodurch auf die Notwendigkeit eines Magnetfeldes bei der Erzeugung von induzierten pluripotenten Stammzellen hingewiesen wurde. Es wurde jedoch gezeigt, dass durch eine experimentelle Überexpression von Mll2 auch in dieser Gruppe eine Rückprogrammierung bewirkt werden konnte.
Eine Transfektion mit Oct4 alleine und die Exposition bei dem Magnetfeld (Gruppe 7) konnten pluripotente Zellen erzeugen, was darauf hinweist, dass das Magnetfeld die Transkriptionsfaktoren Sox2, Klf4 und c-Myc ersetzen und damit die Rückprogrammierung vereinfachen könnte.
Die Autoren schlussfolgern, dass die Exposition von Fibroblasten der Maus bei einem 50 Hz-Magnetfeld die Rückprogrammierung in einen pluripotenten Zustand durch die Erhöhung der Expression von Mll2 fördern könnte. Mll2 scheint die Magnetfeld-induzierte Rückprogrammierung epigenetisch über eine Histon-Methylierung zu vermitteln. Eine Magnetfeld-Exposition könnte ein leistungsfähiges Werkzeug zur Herstellung pluripotenter Zellen sein.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

Themenverwandte Artikel