Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Sinusoidal Electromagnetic Fields Increase Peak Bone Mass in Rats by Activating Wnt10b/β-Catenin in Primary Cilia of Osteoblasts. med./bio.

[Sinusförmige elektromagnetische Felder erhöhen die Spitzenknochenmasse bei Ratten indem sie Wnt10b/β-Catenin in primären Cilien von Osteoblasten aktivieren].

Veröffentlicht in: J Bone Miner Res 2019; 34 (7): 1336-1351

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer Exposition junger Ratten bei unterschiedlich starken sinusförmigen 50 Hz-Magnetfeldern auf die Spitzenknochenmasse und die zugrundeliegenden Wirkungsmechanismen untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Die Optimierung der Spitzenknochenmasse gilt als eine der grundlegenden Möglichkeiten, Osteoporose vorzubeugen. In einer früheren Studie konnten die Autoren zeigen, dass die Exposition bei einem 50 Hz-Magnetfeld die Spitzenknochenmasse bei Ratten erhöhen könnte (Zhu et al. 2018), womit ein möglicher therapeutischer Nutzen aufgedeckt wurde. In der aktuellen Studie sollten die optimale magnetische Flussdichte und die zugrundeliegenden Wirkmechanismen untersucht werden.
Die Studie enthielt einen in vivo- und einen in vitro-Teil. Für die in vivo-Tests wurden junge Ratten zufällig in die folgenden Gruppen (jeweils n=10) unterteilt: Exposition bei einem Magnetfeld von 1) 0,1 mT, 2) 0,6 mT, 3) 1,2 mT, 4) 1,8 mT und 5) 2,4 mT sowie eine Kontrollgruppe.
Für die in vitro-Tests wurden Osteoblasten aus dem Schädeldach junger Ratten isoliert und zum einen ebenfalls wie die Gruppen 1-5 exponiert und zusätzlich bei einem 1,8 mT-Magnetfeld für 5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 45 min, 60 min und 90 min sowie in einer Kontrollgruppe. Um zu untersuchen, ob die osteogene Differenzierung über den Wnt10b/b-Catenin-Signalweg vermittelt wurde, wurden die Zellen teilweise unter Zusatz von Dickkopf-1 (DKK-1), einem Inhibitor des Wnt-Signalwegs, getestet. Zur Untersuchung, ob das primäre Cilium an der osteogenen Differenzierung von Osteoblasten beteiligt ist, wurde die Ciliogenese mittels einer siRNA blockiert.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 50 Hz
Expositionsdauer: in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Exposition 2: 50 Hz
Expositionsdauer: in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Exposition 3: 50 Hz
Expositionsdauer: in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Exposition 4: 50 Hz
Expositionsdauer: in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Exposition 5: 50 Hz
Expositionsdauer: in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Exposition 6: 50 Hz
Expositionsdauer: 5 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 7: 50 Hz
Expositionsdauer: 10 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 8: 50 Hz
Expositionsdauer: 15 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 9: 50 Hz
Expositionsdauer: 30 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 10: 50 Hz
Expositionsdauer: 45 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 11: 50 Hz
Expositionsdauer: 60 min
nur für in vitro-Tests
Exposition 12: 50 Hz
Expositionsdauer: 90 min
nur für in vitro-Tests

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Aufbau der Solenoid für die in vitro-Tests war 27 cm lang und 14 cm im Durchmesser und konnte Magnetfelder von hoher Uniformität erzeugen; das Expositions-System für die in vivo-Tests basierte auf demselben Patent und produzierte ebenfalls homogene Magnetfelder (keine weiteren Angaben vorhanden)
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,1 mT - Kalibrierung - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 0,6 mT - Kalibrierung - -

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,2 mT - Kalibrierung - -

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 5

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer in vivo: 90 min/Tag für 2 Monate, in vitro: 90 min
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 2,4 mT - Kalibrierung - -

Exposition 6

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 5 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 7

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 10 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 8

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 15 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 9

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 30 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 10

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 45 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 11

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 60 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Exposition 12

Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 90 min
Zusatzinfo nur für in vitro-Tests
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 1,8 mT - Kalibrierung - -

Referenzartikel

  • Wang YY et al. (2019): Pulsed electromagnetic fields promote bone formation by activating the sAC-cAMP-PKA-CREB signaling pathway.
  • Zhu BY et al. (2018): Exposure Duration Is a Determinant of the Effect of Sinusoidal Electromagnetic Fields on Peak Bone Mass of Young Rats.
  • Yan JL et al. (2015): Pulsed electromagnetic fields promote osteoblast mineralization and maturation needing the existence of primary cilia.

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)

Die Exposition bei einem Magnetfeld mit 0,1 mT (Gruppe 1) und 1,8 mT (Gruppe 4) erhöhte signifikant die Spitzenknochenmasse junger Ratten im Vergleich zur Kontrollgruppe durch eine Zunahme der Knochenbildung, wobei Gruppe 4 den deutlichsten Anstieg zeigte. Für die Gruppen 2 und 3 wurde keine Wirkung gefunden. Die Genexpressions-Niveaus von COL1α1 und Wnt10b, einem Liganden des osteogenen Wnt/b-Catenin-Signalweges, waren im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant erhöht.
In den in vitro-Tests förderte die Exposition bei dem Magnetfeld die osteogene Differenzierung und Reifung von Osteoblasten aus dem Schädeldach der Ratte durch Aktivierung des Wnt10b/b-Catenin-Signalwegs. Diese Wirkung war am deutlichsten und im Vergleich zur Kontrollgruppe statistisch signifikant nach einer Expositionsdauer von 90 min. Diese Osteogenese-fördernde Wirkung in Osteoblasten schien vom primären Cilium abhängig zu sein. Wnt10b wurde an den Basen der primären Cilien gefunden und verschwand (oder wurde freigesetzt) bei einer Magnetfeld-Exposition. Das primäre Cilium zeigte die größte Länge und zugleich die größten Menge an Wnt10b bei einer Exposition bei einem 1,8 mT Magnetfeld.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Exposition bei einem sinusförmigen Magnetfeld von 1,8 mT die Spitzenknochenmasse junger Ratten erhöhen könnte, indem sie die osteogene Differenzierung von Osteoblasten fördert. Dies könnte durch Wnt10b am primären Cilium und durch die anschließende Aktivierung des Wnt/b-Catenin-Signalwegs vermittelt werden.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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