研究のタイプ: 医学/生物学の研究 (experimental study)

[ヒト皮膚線維芽細胞に関する電気生理学研究のための新しい細胞アッセイ法:電気的縮退波はケロイドの線維芽細胞でのコラーゲンIの発現低下を起こす] med./bio.

A novel in vitro assay for electrophysiological research on human skin fibroblasts: degenerate electrical waves downregulate collagen I expression in keloid fibroblasts.

掲載誌: Exp Dermatol 2011; 20 (1): 64-68

この研究は、創傷の治療に用いられている電気刺激(ES)の効果を評価するための新しい細胞アッセイ系を開発した。そのシステムを用いて、正常およびケロイドのヒト皮膚線維芽細胞コラーゲン発現に対する、正確に定義されたさまざまなタイプのESの効果を試験した。ケロイド線維芽細胞は、過剰なコラーゲン産生を示すため、研究の対象とした。両方のタイプの線維芽細胞へのESには、交流AC)、直流(DC)、または縮退波(DW)が試された。ACおよびDWの周波数は10または60 Hz、どのタイプでも、電界強度は20、75、150 mV / mm、ばく露時間は連続で1、4、8、12時間とした。その結果、低く目の電界強度では、両方の細胞タイプで、すべてのタイプのESは、対照群に比べ、コラーゲンIを増加させた;より高い電界強度(150 mV / mm)および周波数(60Hz)では、1) DWが、ケロイド線維芽細胞コラーゲンIを最も大きく減少させる一方、正常な線維芽細胞に対する細胞毒性効果はACおよびDCに比べ有意に低かった、2) 両方の細胞タイプで、12時間のDWおよびAC刺激は、対照群に比べ、コラーゲンI発現を有意に減少させた;対照的に、より高い電界強度のDC刺激は、両方の細胞タイプで、コラーゲンIおよびPAI-1遺伝子転写を増加させるとともに、細胞毒性効果も大きくなった;総括すると、開発した前臨床アッセイシステムは、特定のタイプのESが、ヒト線維芽細胞コラーゲン発現細胞毒性に対し、大きく異なる効果を与えることを明らかにした、と報告している。

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研究目的(著者による)

A new in vitro model system was developed for testing the effects of precisely defined, different types of electrical stimulation on the collagen expression of normal and keloid human skin fibroblasts (keloid fibroblasts show excessive collagen production).

詳細情報

Electrical stimulation is used for the treatment of wounds and has been shown to alter gene expression and protein synthesis in skin fibroblasts in vitro.

影響評価項目

ばく露

ばく露 パラメータ
ばく露1: 10–60 Hz
ばく露時間: continuous for 1, 4, 8 or 12 h
AC stimulation
ばく露2:
  • DC/static
ばく露時間: continuous for 1, 4, 8 or 12 h
DC stimulation
ばく露3: 10–60 Hz
ばく露時間: continuous for 1, 4, 8 or 12 h
degenerate electrical wave stimulation

ばく露1

主たる特性
周波数 10–60 Hz
タイプ
  • electric current
波形
  • sinusoidal
ばく露時間 continuous for 1, 4, 8 or 12 h
Additional information AC stimulation
Additional information 10 Hz or 60 Hz applied
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • electrode
  • frequency generator
チャンバの詳細 44 mm x 13 mm x 11 mm exposure chamber made of a rectangular glass Petri dish covered on the inside with silicone resin; two 10 mm diameter holes for the agar bridges drilled into the glass cover lid of the Petri dish; current conducted into the chamber through Ag-AgCl electrodes inserted in synthetic rubber, agar bridges filled with Steinberg's saline gelled with 1% agar
ばく露装置の詳細 six 11 mm x 25 mm slides made of microscopic cover slips placed in this chamber
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電界強度 200 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 750 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 1,500 mV/cm - 測定値 - -

ばく露2

主たる特性
周波数
  • DC/static
タイプ
  • electric field
ばく露時間 continuous for 1, 4, 8 or 12 h
Additional information DC stimulation
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • E1と同じ装置
ばく露装置の詳細 inverted U-shaped agar bridges conducted the current from silver electrode-dipped Steinberg's saline solution into the exposure chamber
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電界強度 200 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 750 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 1,500 mV/cm - 測定値 - -

ばく露3

主たる特性
周波数 10–60 Hz
タイプ
  • electric field
ばく露時間 continuous for 1, 4, 8 or 12 h
Additional information degenerate electrical wave stimulation
Additional information 10 Hz or 60 Hz applied
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電界強度 200 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 750 mV/cm - 測定値 - -
電界強度 1,500 mV/cm - 測定値 - -

ばく露を受けた生物:

方法 影響評価項目/測定パラメータ/方法

研究対象とした生物試料:
調査の時期:
  • ばく露前
  • ばく露後

研究の主なアウトカム(著者による)

Apoptosis was increased by DC stimulation (field 2) at higher and lower electric fields when compared to all other wave forms. At 1500 mV/cm and 60 Hz, keloid fibroblasts exposed to degenerate electrical waves stimulation (field 3) underwent higher level of apoptosis than by AC stimulation (field 1). Degenerate electrical waves were the least cytotoxic to normal fibroblasts when compared to all other stimulations.
At lower electric field frequency (10 Hz), all types of electrical stimulation upregulated collagen I gene expression in both cell types compared to controls. However, at higher electric field strength (1500 mV/cm) and frequency (60Hz), degenerate electrical waves maximally downregulated collagen I in keloid fibroblasts.
Additionally, data of ELISA showed a decreased protein expression of collagen I in keloid fibroblasts at 750 mV/cm and 60 Hz.
The data of immunocytochemistry showed for both normal skin and keloid fibroblasts a significant decrease in collagen I expression after 12 h of degenerate electrical waves and AC stimulation compared to unstimulated cells (controls). In contrast, increasing amplitude of DC stimulation upregulated collagen I and PAI-1 gene expression in normal and keloid fibroblasts, along with increased cytotoxicity.
Thus, this new preclinical assay system showed highly differential effects of specific types of electrical stimulation on human fibroblast collagen expression and cytotoxicity and identified degenerate electrical waves as a promising, novel therapeutic strategy for suppressing excessive collagen I formation in keloid disease.

研究の種別:

研究助成

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