Einflüsse der Magnetresonanz auf das Migrationsverhalten humaner embryonaler und fetaler Lungenfibroblasten

Abstract

Die vorliegende Studie befasste sich mit den Einflüssen von Magnetresonanz (MR) auf das Migrationsverhalten eugener humaner Lungenfibroblasten. Es wurden zwei Zelllinien in sechs Versuchsreihen untersucht. Es handelte sich um fetale (HFL 1) und embryonale (Hel 299) Lungenfibroblasten. Die Zellen wurden den verschiedenen Magnetfeldkomponenten einer MR-Tomographie (statisches Feld, Gradientenfeld, HF-Feld) und einer Turbospin-Echo-Sequenz ausgesetzt. Zur Befeldung wurde ein spezielles Inkubationssystem verwendet, das eine Konstanthaltung der Temperatur und des CO2-Gehalts sowie der Luftfeuchtigkeit (37 °C, ca. 7 % CO2, ca. 98 % Luftfeuchtigkeit) ermöglichte. Es wurden eine Kontroll- und eine MR-Gruppe gebildet. Als Expositionssysteme wurden 24-well Zellkulturplatten und die entsprechenden Membraneinsätze mit einer Porengröße von 8,0 µm und 0,3 cm2 Wachstumsfläche verwandt. Sowohl in die Kontroll-Platten als auch in die MR-Platten wurden zwölf Membraneinsätze mit jeweils 155 000 Zellen geimpft. Bei beiden Versuchsgruppen waren jeweils 10 Membraneinsätze mit PDGF (platelet-derived growth factor) beimpft, zwei Membraneinsätze waren unstimuliert. Die Befeldungen wurden mit MR-Tomographen der Firma Siemens durchgeführt. Es handelte sich dabei um das Magnetom Open mit 0,2 T, das Magnetom Expert mit 1 T und das Magnetom Vision mit 1,5 T. Für die Befeldung durch ein Gradientenfeld wurde am Magnetom Open eine 50 Hz-Sequenz programmiert. Dieses Gradientenfeld wies eine magnetische Flussdichte von 2 mT auf (trapezoid, Amplitude 10 mT). Die Expositionszeit betrug sechs Stunden. Zur quantitativen Erfassung wurden die Zellen gefärbt und mithilfe einer Fuchs-Rosenthal-Zählkammer und eines inversen Dunkelfeldmikroskops verblindet ausgezählt. Als statistisches Verfahren wurde der Mann-Whitney U-Test für ungepaarte Stichproben angewendet. Statistische Signifikanz galt für einen p-Wert < 0,05. Für die Null-Hypothese wurde kein Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und der MR-Gruppe angenommen. Insgesamt konnte in allen Versuchsreihen mit beiden Zelllinien kein signifikanter Unterschied zwischen der MR- und der Kontroll-Gruppe festgestellt werden. Es zeigte sich bei den Initialversuchen, dass zwei Versuche einen signifikanten Unterschied zwischen der Kontroll- und der MR-Gruppe aufwiesen. Es handelte sich dabei um einen HFL-Versuch (Sequenz, Magnetom Expert) und einen Hel-Versuch (Gradient, Magnetom Open). Diese Ergebnisse konnten auf inzidentelle Veränderungen der Umgebungsparameter zurückgeführt werden. Die betroffenen Versuche wurden wiederholt. Die Resultate wurden nicht reproduziert. Zwei Versuche zeigten mit p-Werten von p = 0,0583 (HFL, statisches Feld, 1 Tesla, Magnetom Expert) und p = 0,0536 (Hel, Turbospin-Echo Sequenz, Magnetom Vision) leichte Tendenzen, die Ergebnisse waren jedoch nicht signifikant. Wie die Fehlversuche zeigen, weist der Versuchsaufbau eine hohe Sensibilität für Änderungen der Umgebungsparameter auf, welche die Tendenzen möglicherweise erklärt.

In the present study the influences of magnetic resonance (MR) on the migratory behaviour of eugenic human lung fibroblasts were investigated. We used two cell lines in six series of experiments, one fetal (HFL 1), the other embryonic (Hel 299). The cells were exposed to the different field components of a magnetic resonance imager (MRI) (static field, gradient field and high-frequency field) and to a turbo spin echo sequence. A specially designed MR-compatible incubation system was used to maintain the environmental control of the cell culture (37 °C temperature, ca. 7 % CO2 level and ca. 98 % relative humidity). We set up a control group (sham-exposed) and a MRI group (exposed). As exposure system we chose 24-well plates with cell culture inserts (pore size 8.0 µm, effective growth area of membrane 0.3 cm2). Both the control group plates and the MRI group plates were charged with 12 cell culture inserts. On each insert 155,000 cells were plated. To stimulate migration we added PDGF to 10 inserts of each group; two inserts were not stimulated. All experiments were performed with magnetic resonance imagers by Siemens (Erlangen, Germany). We used the Magnetom Open (0.2 T), the Magnetom Expert (1.0 T) and the Magnetom Vision (1.5 T). The system of the Magnetom Open was reprogrammed to a simple 50-Hz sequence which only contained the slice selection gradient. This gradient had an amplitude of 10 mT and a trapezoid waveform of 50 Hz with a mean gradient amplitude of 2 mT. Cells were exposed for 6 h after plating. After exposure the cells were stained and counted in a Fuchs-Rosenthal chamber. Comparison was made using the unpaired Mann-Whitney U-test with a null hypothesis that the migratory behaviour of control group and MRI group does not differ. Statistical significance was assumed for P-values < 0.05. None of the tests showed significant differences in migratory behaviour between the exposed and non-exposed group. In two of the initially performed tests a significant difference was found. This concerned a test performed with HFL cells (turbo spin echo sequence, Magnetom Expert) and a test performed with Hel cells (gradient field, Magnetom Open). In further studies these findings could be shown to have been caused by changes in the environmental conditions. Two tests showed non-significant tendencies with P-values of 0.0583 (HFL, 1 T static field, Magnetom Expert) and 0.0536 (Hel, turbo spin echo sequence, Magnetom Vision). As the initially performed tests show, the exposure system is very sensitive to changes and fluctuations in the environmental conditions, which could possibly account for these tendencies.