Teratogene Einflüsse von Gradientenfeldern verschiedener Frequenz und Dauer auf die Zellzyklusverteilung humaner fetaler Lungenfibroblasten

Abstract

Ziel der Studie war es, die Auswirkungen isolierter Gradientenfelder verschiedener Frequenz und Dauer auf die Zellzyklusverteilung humaner fetaler Lungenfibroblasten (HFL 1) zu analysieren. In zwei speziell entwickelten Inkubationskammern aus Plexiglas konnten den HFL nahezu identische Kultivierungsbedingungen (37 +/- 0,2 °C; 6 % CO2; > 98 % relative Luftfeuchtigkeit) garantiert werden. Alle Versuche wurden am Magnetom Open (Siemens, Erlangen) mit einem statischen Magnetfeld der magnetischen Flussdichte von 0,2 T durchgeführt. Nach Abschalten des statischen Magnetfeldes konnten die isolierten Wirkungen des Gradientenfeldes mit einer Amplitude von 10 mT/m und einer trapezoiden Wellenform untersucht werden. Die Expositionsdauer erreichte bei einer Frequenz von 75 Hz 8 h, 16 h und 24 h. Im zweiten Versuchsteil wurden die Zellkulturen jeweils unterschiedlichen Frequenzen (50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz, 100 Hz) über zwei Stunden exponiert. Am Standort der Proben am Rand des homogenen Feldes betrug die maximale magnetische Flussdichte 2 mT. Mithilfe der Durchflusszytometrie konnte jede Zelle ihrer Zellzyklusphase zugeordnet und der Zellanteil in jeder dieser Phasen berechnet werden. Zur statistischen Datenanalyse wurde der Mann-Whitney U-Test für ungepaarte Stichproben verwendet. Die Nullhypothese (Expositions- und Kontrollgruppe unterscheiden sich nicht) wurde für p-Werte < 0,05 (Signifikanzniveau 5 %) verworfen. Die Resultate der Langzeitbefeldung über 24 h zeigen statistisch signifikante Unterschiede mit p-Werten von 0,01 für die G1- und S-Phase und 0,02 für die G2-Phase. Sowohl in allen anderen Langzeitversuchen als auch in den frequenzabhängigen Experimenten besteht kein Anhalt für signifikante elektromagnetische Bioeffekte. Die p-Werte schwanken zwischen 0,20 und 0,94. Es existiert bislang keine gesicherte theoretische Grundlage, die erklärt, wie schwache elektromagnetische Felder mit lebendem Gewebe interagieren, so dass Aussagen über ein gänzliches Fehlen teratogener Wirkungen der MRT nicht möglich sind. Der möglicherweise wahrscheinlichere Erklärungsansatz für die signifikante Differenz im 24 h-Versuch ist in der hohen Sensibilität des Versuchsaufbaus zu suchen, wodurch kleinste methodische Abweichungen zu veränderten Umgebungsparametern führen können, welche dann wiederum das Wachstum der Zellkulturen beeinflussen würden. Im Gegensatz zum mangelnden Grundlagenwissen nimmt das Indikationsspektrum der MRT stetig zu, und die magnetischen Feldstärken steigen immer weiter an. Deshalb besteht weiterhin Bedarf, das Risikopotential von Gradientenfeldern näher zu beleuchten.

The aim of the study was to assess the effects of gradient magnetic fields on human fetal lung fibroblast (HFL) cell cycle distribution. Therefore HFL were exposed in long-term experiments (8 h, 16 h, 24 h) and to different frequencies of the gradient field (50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz, 100 Hz). A specially designed incubation-system was used during exposure time to guarantee (nearly) identical incubation conditions for the cell cultures (37 ± 0.2 °C, 6 % CO2, > 98 % relative humidity). Control groups were kept under identical environmental conditions during gradient field exposure apart from the gradient field. All experiments were performed with the magnetic resonance imager Magnetom Open (0.2 Tesla) by Siemens (Erlangen, Germany) because it is able to select sequencies which only contain the slice selection gradient. The gradient had an amplitude of 10 mT/m and trapezoid waveforms of different frequencies (50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz, 100 Hz) with a mean gradient amplitude of 2 mT. The cell cultures were stopped and fixed directly after the exposures to the gradient field, and Cell Cycle analyses were performed. Comparison was made using the unpaired Mann-Whitney U-test. The null hypothesis (MRI group and control group do not differ) was rejected for P-values < 0.05. The Cell Cycle analysis did not reveal any statistically significant difference between the exposed and non-exposed group except those of the long-term exposure of 24 h with P-values of 0.01 for the G1- and S-phase and 0.02 for the G2-phase. The Cell Cycle distribution of all the other experiments did not seem to be altered by the different gradient fields (P-values between 0.20 and 0.94). There is not any theoretical basis yet that explains how electromagnetic fields interact with living tissue. So it is not possible to conclude that there are no teratogene effects of gradient fields. But it is more likely to explain the effect of the 24 h-experiment with the high sensibility of the exposure system. Minimal changes in methodical parameters can lead to different environmental conditions thus influencing the growth of the cell cultures.