Auswirkungen NF-gepulster elektromagnetischer Felder
auf die Proliferation von Chondrozyten

Zusammenfassung.

Aus arthroskopisch entnommenen Proben hyalinen menschlichen Knorpels von 5 Patienten im Alter von 23 - 56 Jahren wurden Chondrozyten isoliert. Diese wurden an 5 aufeinanderfolgenden Tagen täglich und danach innerhalb der nächsten 6 Tage (also an insgesamt 11 Tagen) alle 48 Stunden für die Dauer von 60 Minuten NE-gepulsten elektromagnetischen Feldern (9 mT; 3 Hz) ausgesetzt.

Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde unter Verwendung eines Trypanblauausschlusses geschätzt, die Proliferation durch Zählen der Zellen in einem Hämazytometer bestimmt. Die Morphologie der Zellen wurde zu Kontrollzwecken durch direkte Betrachtung der Zellen unter einem Lichtmikroskop nach Einfärben der Zellen in einer Hämatoxylin- und Eosinlösung verglichen. Die Ergebnisse wurden statistisch analysiert und mit einer Kontrollprobe verglichen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die mittels der oben beschriebenen gepulsten elektromagnetische Felder (9 mT; 3 Hz) behandelten Proben gegenüber der Kontrollprobe eine deutlich höhere Anzahl von Zellen zeigte. Bei den Zellproben der 5 Patienten variierte das Wachstum im Vergleich zur Kontrollprobe um das 1,1 - 3,0fache. Im Hinblick auf die Lebensfähigkeit war zwischen den elektromagnetischen Feldern ausgesetzten Zellen und den Zellen der Kontrollprobe jedoch kein statistisch signifikanter Unterschied zu verzeichnen.

Einige morphologische Veränderungen zeigten sich bei Betrachtung der Zeilen unter einem Lichtmikroskop. Die den elektromagnetischen Feldern ausgesetzten Zellen waren dünner und länglicher als die großen und flachen Zellen der Kontrollprobe. Bei den behandelten Zellen war die Tendenz zum Wachstum in einer einheitlicheren Richtung festzustellen, während die Zellen der Kontrollprobe in alle Richtungen wuchsen. Diese Unterschiede in Bezug auf Morphologie und Wachstum können mit der Exposition der Proben gegenüber einer höheren Dichte der oben beschriebenen gepulsten elektromagnetischen Feldern zusammenhängen.

Effect of electromagnetic impulses on chondral growth.

Chondrocytes isolated from the human cartilage of 5 patients between the ages 23 and 56 were exposed to low frequency pulsed electromagnetic fields (9 mT; 3 Hz) for a daily period of 60 minutes on 5 consecutive days and then every 48 hours for the next 6 days (11 days in total) . Cell viability was estimated using trypan blue exclusion and proliferation was estimated by counting the cells in a haemacytometer. Cell morphology was compared for control purposes by directly observing the cells under a light microscope after staining cells in a haematoxylin and eosin solution. The results were statisticaliy analysed and compared to a control sample. Data revealed that exposing cells isolated from human cartilage to pulsed electromagnetic fields (9 mT; 3 Hz) led to a significantly higher number of cells in comparison to the control sample. Among the cells from the 5 patients, growth varied between 1.1 to 3.0 folds compared to the control sample. The difference in cell viability between the exposed cells and the control sample was, however, not significant. Some morphological variations were revealed when the cells were observed under a light microscope. The exposed cells were thinner and longer than the control cells which were large and flat. The exposed cells tended to grow in a more uniform direction while the control cells grew in all directions. These differences in morphology and growth may be related to the higher density of the exposed cells.

Knorpelwachstum - elektromagnetische Felder

Chondrocytes - electromagnetic impuls - chondral growth

Literatur

• 1 Armstrong P F, Brighton C T, Star A. Capacitively coupled electrical stimulation of bovine growth plate chondrocytes grown in pellet form.  J Orthop Res. 1988;  6 265-271
• 2 De Mattei M, Caruso A, Traina G C, Pezzetti F, Baroni T, Sollazzo V. Correlation between pulsed electromagnetic fields exposure time and cell proliferation increase in human osteosarcoma cell lines and human normal osteoblast cells in vitro.  Bioelectromagnetics. 1999;  20 ((3)) 177-182
• 3 Dougherty W J. Preparation of semi-thin sections of tissues embedded in water-soluble methacrylate for light microscopy. In: Clark G (ed) Staining Procedures. Baltimore, USA; Williams & Wilkins 1981
• 4 Elliot J P, Smith R L, Block C A. Time-varying magnetic fields: effect sof orientation on chondrocyte proliferation.  J Orthop Res. 1988;  6 259-264
• 5 Liu H, Lees P, Abbott J, Bee J A. Pulsed electromagnetic fields preserve proteoglycan composition of extracellular matrix in embryonic chick sternal cartilage.  Biochim Biophys Acta. 1997;  1336 ((2)) 303-314
• 6 Hiraki Y, Endo N, Takigawa M, Asada A, Takahashi H, Suzuki F. Enhanced responsiveness to parathyroid hormone and induction of functional differentiation of cultured rabbit costal chondocytes by a pulsed electromagnetic field.  Biochim Biophys Acta. 1987;  931 94-100
• 7 Lowell J. Toluidine Blue O for metachromatic substances. In: Clark G (ed) Staining Procedures. Baltimore, USA; Williams & wilkins 1981
• 8 Murray J C, Farndale R W. Modulation of collagen production in cultured fibroblasts by a low-frequency, pulsed magnetic field.  Biochim Biophys Acta. 1985;  838 ((1)) 98-105
• 9 Norimura T, Imada H, Kunugita N, Nikaido M. Effects of Strong magnetic fields on cell growth and radiation response of human T-lymphocytes in culture.  Sangyo Ika Daigakru Zasshi. 1993;  15 ((2)) 103-112
• 10 Norton L A, Witt D W, Rovetti L A. Pulsed electromagnetic fields alter phenotypic express in chondroblast in tissue culture.  J Orthop Res. 1988;  6 ((5)) 685-689
• 11 Norton L A. Effects of a pulsed electromagnetic field on a Mixed chondroblastic tissue culture.  Clin Orth. 1982;  167 280-290
• 12 Pezzetti F, De Mattei M, Caruso A, Cadossi R, Zucchini P, Carinci F, Traina G C, Sollazo V. Effects of pulsed electromagnetic fields on human chondrocytes: an in vitro study.  Calci Tissue Int. 1999;  65 ((5)) 396-401
• 13 Rodemann H P, Bayreuther K, Pfleiderer G. The differentiation of normal and transformed human fibroblasts in vitro is influenced by electromagnetic fields. Exp Cell Res 1989: 610-621
• 14 Sakai A, Suzuki K, Nakamura T, Norimura T, Tsuchiya T. Effects of pulsing electromagnetic fields on cultured cartilage.  Int Orthop. 1991;  15 ((4)) 341-346
• 15 Sollazzo V, Traina G C, De Mattei M, Pellati A, Pezzetti F, Carusso A. Responses of human MG-63 osteosarcoma cell line and human osteoblast-like cells to pulsed electromagnetic fields.  Bioelectromagnetics. 1997;  18 ((8)) 541-547
• 16 Brittberg M, Lindahl A, Nilsson A, Ohlsson C, Isaksson O, Peterson L. Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation.  N Engl J Med. 1994;  331 889-895
• 17 Wiskirchen J, Groenewaeller E F, Kehlbach R, Heinzelmann F, Wittau M, Rodemann H P, Claussen C D, Duba S H. Long-term effects of repetitive exposure to a static magnetic field (1.5 T) on proliferation of human foetal lung fibroblasts.  Magn Reson Med. 1999;  41 ((3)) 46-48
• 18 Yamaguchi H, Hosokawa K, Soda A, Miyamoto H, Kinouchi Y. Effects of seven months' exposure to a static 0.2 T magnetic growth and glycolytic activity of human gingival fibroblasts.  Biochim Biophys Acta. 1993;  1156 (3) 302-306