Es sollten die Wirkungen einer Exposition von menschlichen Knochenmark-abgeleiteten mesenchymalen Stammzellen mit inkorporierten Eisenoxid-Nanopartikeln auf die neurale Differenzierung untersucht werden.
Die Studie wurde im Hinblick auf einen möglichen therapeutischen Nutzen bei der Regeneration von Nerven-Gewebe und zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen durchgeführt. Sowohl eine Exposition bei einem Magnetfeld als auch die Inkorporation von Eisenoxid (Fe3O4)-Nanopartikeln alleine wurden bereits als Faktoren identifiziert, die die Zelldifferenzierung der Stammzellen beeinflussen. Zur Verbesserung der Biokompatibilität wurden die Oberflächen der Nanopartikel mit Polyethylenglycol (PEG) modifiziert.
Die Zellen wurden in die folgenden Gruppen eingeteilt: 1) Exposition bei dem Magnetfeld, 2) Exposition bei dem Magnetfeld und Inkorporation von Nanopartikeln (Inkubierung mit 10 µg/ml), 3) nur Inkorporation von Nanopartikeln, 4) Differenzierungs-Kontrollgruppe, 5) Kontrollgruppe ohne Behandlung. Die Gruppen 1-4 wurden mit einem speziellen Medium zur Einleitung der Differenzierung behandelt.
Alle Ergebnisse wurden aus mindestens 3 unabhängigen Versuchen gewonnen, welche dreifach durchgeführt wurden.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
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Exposition 1:
50 Hz
Expositionsdauer:
kontinuierlich für 6 Tage
|
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| Frequenz | 50 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | kontinuierlich für 6 Tage |
| Expositionsquelle | |
|---|---|
| Kammer | petri dishes in in CO2 incubator |
| Aufbau | incubator maintained 37 ± 0.1°C and 5% CO2; temperature in dishes was controlled and also maintained at 37 ± 0.1°C |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| magnetische Flussdichte | 1 mT | - | gemessen | - | - |
Zellen, die bei dem Magnetfeld (Gruppe 1), bei dem Magnetfeld und Nanopartikeln (Gruppe 2) oder nur bei Nanopartikeln exponiert waren (Gruppe 3), zeigten im Vergleich zur Differenzierungs-Mediums-Gruppe (Gruppe 4) und der Kontrollgruppe (Gruppe 5) eine Nerven-ähnliche Morphologie, wobei die deutlichste Wirkung in Gruppe 2 gefunden wurden.
Die mRNA-Expression aller neuralen Marker-Gene (NeuroD1, NF-L, MAP2, MBP und DCX) war in Zellen, die bei dem Magnetfeld und Nanopartikeln exponiert waren, signifikant erhöht. Während in der Kontrollgruppe keine Proteinexpression von NeuroD1 und MBP auftrat, wurde diese in Zellen, die bei dem Magnetfeld und Nanopartikeln exponiert waren, nachgewiesen. Die Proteinexpression von CREB war in Zellen die bei dem Magnetfeld und Nanopartikeln exponiert waren im Vergleich zu der Kontrollgruppe ebenfalls signifikant erhöht.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Exposition von menschlichen Knochenmark-abgeleiteten mesenchymalen Stammzellen mit inkorporierten Eisenoxid-Nanopartikeln bei einem 50 Hz-Magnetfeld die neurale Differenzierung unter Beteiligung von CREB fördern könnte.
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