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Elektrisch induzierte Proliferationsbeeinflussung von Tumorzellen
Lilia Hafner 2016 Technische Universität München, Zusammenfassung
Ausgehend von der Hypothese von Bingelli und Weinstein [32], dass das Transmembranpotenzial verschiedener Zellen in Abhängigkeit von der Funktion ihrer festgestellten Proliferation variiert, haben wir den gegenteiligen Effekt analysiert und nachgewiesen, dass die Proliferation von Zellen durch elektrische Felder beeinflusst wird. Es sollte also geklärt werden, ob auf diese Weise langfristige Wirkungen in menschlichen Tumorzellen erzielt werden können und ob therapeutisch nutzbare Ergebnisse möglich sind.
Um zu erforschen, ob und wie elektrische Felder den zellulären Stoffwechsel, die Proliferation und die Morphologie von Tumorzellen beeinflussen, haben wir menschliche Brustkrebszellen (MCF-7) mit niederfrequenten rechteckwellenimpulsen mit einer Frequenz von 100Hz und harmonischen Feldimpulsen von 100Hz und 150kHz elektrisch stimuliert. Die Analyse der Teilung der MCF-7-Zellen, die den niederfrequenten gepulsten elektrischen Feldern ausgesetzt waren, ergab, dass ihre Proliferation im Vergleich zu unbehandelten Zellen um 20% reduziert war. Die Stoffwechselmessungen der Tumorzellen, die mit harmonischen Feldimpulsen elektrisch stimuliert wurden, zeigten eine hemmende Wirkung auf den Zellstoffwechsel (Sauerstoffverbrauch) der behandelten Gruppen. Um elektrochemisch induzierte Nebenwirkungen bei der direkten Stimulation zu vermeiden, haben wir auch untersucht, wie sich die Zellen bei der direkten elektrischen Stimulation im Vergleich zur Stimulation mit kapazitiv gekoppelten elektrischen Feldern verhalten. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Simulation konnte abgeschätzt werden, welche Feldstärken auf zellulärer Ebene auftreten. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Zellmengenreduktion bei der direkten Stimulation nicht durch zytotoxische Effekte oder korrosive Wirkungen verursacht wurde. Darüber hinaus konnte bei den Zellmembranpotentialmessungen die Hyperpolarisation der einen Zellhälfte und die gleichzeitige Depolarisation der anderen Hälfte festgestellt werden. Die Potentialschwankung der Membran (Hyperpolarisation/Depolarisation) scheint einen großen Einfluss auf die Proliferation von Tumorzellen zu haben. Es kann daher vermutet werden, dass der Zusammenhang zwischen der durch das extern angelegte elektrische Feld hervorgerufenen Potentialmembranschwankung und der zellulären Teilungsaktivität tatsächlich besteht. Ein Zusammenhang zwischen den Ionenkanälen, einer möglichen Membranvariation, die durch diese Kanäle hervorgerufen wird, und einer eventuellen Tumorwachstumshemmung ist noch nicht festgestellt worden. Es wurde auch bestätigt, dass eine Azidose im extrazellulären Bereich einerseits zur Hemmung der Proliferation und andererseits zur Membrandepolarisation führt. Dies wird wahrscheinlich durch die intrazellulären pH-regulierenden Mechanismen verursacht.
Außerdem führte die Verwendung von Na+/H+
Austauscher-Blocker (Amilorid) untersucht. Er bewirkt eine leichte Membran yperpolarisation im Rahmen der zunehmenden extrazellulären Azidose. Die daraus resultierende Proliferationshemmung ist stärker ausgeprägt als in der Kontrollgruppe (unbehandelte Zellen). Folglich lässt sich vermuten, dass der Zusammenhang zwischen extrazellulärer Azidose, Membrandepolarisation und der Hemmung der Proliferation tatsächlich besteht. Allerdings ist die Hypothese von Binggeli und Weinstein [32] bestätigt jedoch die Existenz einer Korrelation zwischen der
Hyperpolarisation der Membran und der Hemmung der Proliferation.Aber diese Antithese gibt uns kein ausreichendes Verständnis des Wirkungsmechanismus zwischen der Depolarisation/Hyperpolarisation und der Proliferation innerhalb der extrazellulären Azidose. Vermutlich gibt es einige Mechanismen in vivo, die mit der Untersuchung von in vitro Zellkulturen nicht erfasst werden können. Untersuchung von in vitro Zellkulturen nicht erfasst werden können.
Link zur Studie: https://mediatum.ub.tum.de/1286643