Medizinisch/biologische Studie (experimentelle Studie)

Determination of death thresholds and identification of Terahertz (THz)-specific gene expression signatures. med./biol.

Ziel der Studie (lt. Autor)
Es sollte untersucht werden, ob starke THz-Strahlung zelluläre und/oder molekulare Wirkungen bei menschlichen Jurkat-Zellen und dermalen Fibroblasten-Zelllinien verursacht.

Endpunkte

• molekulare Biosynthese: Genexpression
• Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zelllebensfähigkeit

Exposition/Befeldung
Allgemeine Kategorie: Terahertz-Felder

Feldeigenschaften	Parameter
Feld 1: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für bis zu 15 Sek. Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Fibroblasten	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²
Feld 2: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für 1 Min. oder 2 Min. Genexpressions-Experimente	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²
Feld 3: 2,52 THz Expositionsdauer: kontinuierlich für 5, 10, 20, 30, 40 Min. Zelllebensfähigkeits-Experimente mit Jurkat-Zellen	Leistungsflussdichte: 227 mW/cm²

Exponiertes System:
intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Jurkat Zellen (menschliche lymphoblastoide T-Zellen) und menschliche dermale Fibroblasten

Methoden
Endpunkt/Messparameter/Methodik

• molekulare Biosynthese: Genexpression (bei Fibroblasten; mRNA-Microarray)
• Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zelllebensfähigkeit bei (adhärenten) Fibroblasten (Propidiumiodid und FITC-Annexin V-Färbung; Konfokalmikroskopie); Zelllebensfähigkeit bei Jurkat-Zellen (MTT-Test); nekrotischer und apoptotischer Zelltod bei Jurkat-Zellen (Propidiumiodid und FITC-Annexin V-Färbung; Durchflusszytometrie)

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)
Der MTT-Test zeigte, dass 60% der Jurkat-Zellen die 30-minütige THz-Exposition überlebten, wohingegen nur 20% die 40-minütige Exposition überlebten. Die Ergebnisse der Durchflusszytometrie zeigten ähnliche Ergebnisse und lieferten die zusätzliche Evidenz, dass der THz-induzierte Zelltod sowohl durch nekrotische als auch durch apoptotische Prozesse vermittelt wurde.
Die vorläufigen Ergebnisse der Konfokalmikroskopie deuteten darauf hin, dass Zellen, die bei THz-Strahlung für 12 Sekunden oder länger exponiert wurden, beachtliche Anzeichen für Zelltod zeigten.
Die vorläufigen Microarray-Daten zeigten, dass dermale Fibroblasten bei THz-Befeldung verschiedene Gene hochregulierten (hauptsächlich inflammatorische Zytokine).
Insgesamt liefern die Ergebnisse die Evidenz für zelluläre und molekulare Wirkungen von THz-Befeldung.

(Studienmerkmale: medizinisch/biologische Studie, experimentelle Studie, Voll-/Hauptstudie, Pilot-/Erkundungs-/Vorstudie)

Studie gefördert durch

• Air Force Research Laboratory's (AFRL) Human Effectiveness Directorate, USA
• HQ AF/SGRS (Headquarters United States Air Force/Surgeon General Research and Development Divison), USA

• Alexandrov BS et al. (2011): Non-thermal effects of terahertz radiation on gene expression in mouse stem...
• Hintzsche H et al. (2011): Terahertz radiation induces spindle disturbances in human-hamster hybrid cells.
• Wilmink GJ et al. (2011): In vitro investigation of the biological effects associated with human dermal...
• Bock J et al. (2010): Mammalian stem cells reprogramming in response to terahertz radiation.
• Alexandrov BS et al. (2010): DNA Breathing Dynamics in the Presence of a Terahertz Field.
• Korenstein-Ilan A et al. (2008): Terahertz radiation increases genomic instability in human lymphocytes.
• Bourne N et al. (2008): The effects of terahertz radiation on human keratinocyte primary cultures and...
• Zeni O et al. (2007): Cytogenetic Observations In Human Peripheral Blood Leukocytes Following In...
• Clothier RH et al. (2003): Effects of THz exposure on human primary keratinocyte differentiation and...
• Scarfi MR et al. (2003): THz Exposure of Whole Blood for the Study of Biological Effects on Human...
• Smye SW et al. (2001): The interaction between Terahertz radiation and biological tissue.