Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Improved Mitochondrial and Methylglyoxal-Related Metabolisms Support Hyperproliferation Induced by 50 Hz Magnetic Field in Neuroblastoma Cells. med./bio.

[Verbesserter mitochondrialer und Methylglyoxal-verbundener Stoffwechsel unterstützt die Hyperproliferation, die durch 50 Hz-Magnetfelder in Neuroblastom-Zellen induziert wird].

Veröffentlicht in: J Cell Physiol 2016; 231 (9): 2014-2025

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer Exposition von menschlichen Neuroblastom-Zellen bei einem 50 Hz-Magnetfeld auf die Zellproliferation, den Stoffwechsel und Zell-schützende Mechanismen untersucht werden, um Erkenntnisse über die Rolle von extrem niederfrequenten Magnetfeldern bei der Tumorpromotion zu gewinnen.

Hintergrund/weitere Details

Im Allgemeinen sind Tumor-Zellen von der Glykolyse zur Energiegewinnung abhängig und zeigen eine erhöhte Glykolyse-Rate im Vergleich zu normalen Zellen. Dies führt jedoch auch zu einer erhöhten Produktion von Methylglyoxal, ein zytotoxisches und Krebs-hemmendes Nebenprodukt der Glykolyse. Die Abwehr-Mechanismen der Krebs-Zellen gegen Methylglyoxal werden daher als ein Faktor im Zusammenhang mit der Tumorpromotion betrachtet. In einem Testansatz wurden deswegen nach der Magnetfeld-Exposition 100 µM Methylglyoxal zugegeben und das Zell-Wachstum nach 24 Stunden untersucht.
Es wurden diverse Enzyme und Biomoleküle untersucht:
- Glyoxalasen sind die wichtigsten Enzyme für den Abbau von Methylglyoxal.
- Glutathion wurde untersucht, da reduziertes Glutathion ein essenzieller Kofaktor für den Abbau von Methylglyoxal ist.
- Argpyrimidin wurde als Marker für spezifische Methylglyoxal-abhängige Protein-Schäden gemessen.
- GAPDH wurde gemessen, weil vermutet wird, dass es möglicherweise den intrazellulären Gehalt an Methylglyoxal modifizieren könnte.
- Die Citrat-Synthase-Enzymaktivität ist ein Marker für die mitochondriale Aktivität und PGC-1α ist ein Marker für die Neubildung von Mitochondrien.
- Die Phosphofructokinase ist ein Schlüssel-Enzym der Glykolyse.
- βIII-Tubulin wurde als Marker für die Zelldifferenzierung verwendet.
Alle Versuche wurden 3-5 Mal wiederholt.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 50 Hz
Expositionsdauer: kontinuierlich für 5, 10 oder 15 Tage

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Expositionsdauer kontinuierlich für 5, 10 oder 15 Tage
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer CO2 incubators
Aufbau solenoids were placed in incubators and produced a highly homogeneous field; temperature in the cell culture was controlled with accuracy better than 0.05°C and no magnetic field-induced heating was observed
Schein-Exposition Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Zusatzinfo simultaneous exposure and sham exposure in randomly chosen energized and non-energized solenoids
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1 mT - gemessen - -

Referenzartikel

  • Sulpizio M et al. (2011): Molecular basis underlying the biological effects elicited by extremely low-frequency magnetic field (ELF-MF) on neuroblastoma cells.
  • Di Loreto S et al. (2009): Fifty hertz extremely low-frequency magnetic field exposure elicits redox and trophic response in rat-cortical neurons.
  • Falone S et al. (2007): Fifty hertz extremely low-frequency electromagnetic field causes changes in redox and differentiative status in neuroblastoma cells.

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Exposition bei dem Magnetfeld führte im Vergleich zur Schein-Exposition zu einem signifikanten Anstieg der Zellproliferation nach 5-15 Tagen und ging mit einer signifikanten Abnahme der Zelldifferenzierung (Abnahme von βIII-Tubulin) einher, was auf ein aggressiveres Tumor-Wachstum hindeutete.
Nach 5 Tagen waren bei den exponierten Zellen im Vergleich zur Schein-Exposition die Glykolyse und die Empfindlichkeit gegen exogenes Methylglyoxal signifikant erhöht. Nach 15 Tagen hingegen wurde bei den exponierten Zellen im Vergleich zur Schein-Exposition eine Zunahme der schützenden Mechanismen gegen Methylglyoxal durch eine signifikante Zunahme der Menge und Enzymaktivität der Glyoxalase 2 sowie der Mengen an GADPH und reduziertem Glutathion gemessen. Die Resistenz der exponierten Zellen gegen exogenes Methylglyoxal war nach 15 Tagen signifikant erhöht. Außerdem wurde die Produktion von Methylglyoxal reduziert, indem die Glykolyse in den exponierten Zellen im Vergleich zu Zellen der Schein-Exposition signifikant reduziert und die mitochondriale Aktivität signifikant erhöht wurde, vermutlich um die verringerte Glykolyse zu kompensieren und die erhöhte Proliferation zu ermöglichen. Dabei wiesen die Autoren darauf hin, dass eine erhöhte mitochondriale Aktivität auch mit einem aggressiveren Tumor-Wachstum in Verbindung steht.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Exposition bei einem 50 Hz-Magnetfeld die Tumorpromotion durch eine erhöhte Zellproliferation, verbesserte Zell-schützende Mechanismen und einen effizienteren Energie-Stoffwechsel in menschlichen Neuroblastom-Zellen fördern könnte. Diese Änderungen schienen ein Adaptations-Prozess zu sein, der erst nach 15 Tagen Exposition abgeschlossen war. Nach 5 Tagen Exposition schien dabei ein empfindlicher Übergangszustand erreicht worden sein.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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