Effecten van EMV op keratinocyten

Deze studie zal de biologische effecten analyseren van extreem laagfrequente elektrische en magnetische velden.

Keratinocyten, cellen in de buitenste laag van de menselijke huid (epidermis) worden op een stukje gedecellulariseerde dermis aangebracht, de binnenste laag van de menselijke huid. Het elektrische signaal wordt aangelegd met twee platina elektroden. De genactivering in blootgestelde cellen wordt vergeleken met die in cellen na gesimuleerde blootstelling.

Dit model van epidermaal herstel en elektrisch signaal biedt een vereenvoudigd en goed gekarakteriseerd model om de biologische effecten van elektromagnetische stimulatie te bestuderen.

Hierna worden de studie en haar belangrijkste resultaten voorgesteld.

De gedecellulariseerde dermis wordt in een petrischaal met een voedingsmedium geplaatst (in het rood). Beide kanten van de dermis zijn in contact met de elektroden.

Keratinocytenmonsters van dezelfde donor worden op de dermis geplaatst. Dit model bootst de echte huid na.

Huid = lagen van dermale en lagen van epidermale cellen

Paren van monsters van dezelfde huiddonor worden voorbereid voor de studie. Een eerste wordt dagelijks aan een elektrisch veld blootgesteld terwijl het andere als controle wordt gebruikt.

Controle

Blootgesteld

Epidermisgroei tussen controlemonsters en elektrisch blootgestelde stalen
(vergelijking uitgevoerd na een kweek van 14 dagen)

Waarneming:

Hier vindt een natuurlijk helingsproces plaats (zie wit gebied): de cellen delen en de epidermis groeit aan de rand van de epidermismonsters.

Echter:

• bij gesimuleerde blootstelling: een grotere oppervlakte perifere cellen. Dit betekent dat de cellen zich actiever delen.
• bij reële blootstelling: toename van het aantal lagen perifere cellen.

Bij blootstelling wordt een verhoogde celdifferentiatie waargenomen (*) ten nadele van de celproliferatie.

Wat gebeurt er in de perifere cellen (wit gebied)?

Onder een microscoop zouden de cellen eruit zien zoals op beide illustraties.

De illustraties tonen delende en andere cellen. Overeenkomstig het doel van deze studie zullen we op het laatste nader ingaan.

Stel dat we een zeer krachtige microscoop zouden hebben die het binnenste van een cel zichtbaar kan maken. Wat zouden we dan zien?

DNA

DNA en RNA

De kern bevat DNA, de drager van onze genetische informatie. Ze is georganiseerd in sequenties, genen genoemd: ons DNA bevat duizenden genen en is specifiek voor ieder individu.

DNA is een soort receptenboek: Het bepaalt hoe een specifieke cel werkt. Nochtans, om nuttig te zijn, moet de informatie uit de recepten het cytoplasma bereiken, het actieve gedeelte van de cellen (op de bovenstaande afbeelding in het purper). Omdat DNA niet buiten de kern geraakt (de bibliotheek), is een andere speler nodig om de boodschap buiten de kern te sturen: RNA.

RNA, hier voorgesteld door de groene trein, is de transcriptie van een specifiek gen. In dit voorbeeld is het gen samengesteld uit een opeenvolging van zes specifieke basen (elementen van het RNA, hier voorgesteld als wagons). Het RNA verplaatst zich naar het cytoplasma (de keuken van de cel) om te worden omgezet in proteïnen.

Wat gebeurt er in beide celmonsters in deze studie? RNA’s, transcript in de kern, verplaatsen zich naar het cytoplasma. Hieronder wordt geïllustreerd dat de hoeveelheid RNA’s en hun oorsprong (gentranscript) verschillen bij reële en gesimuleerde blootstelling.

Controle

Blootgesteld

Jammer genoeg bestaat er geen microscoop die de verschillen tussen RNA’s kan zien. Hoe kunnen wetenschappers proberen RNA’s te identificeren en de manier waarop genen worden geactiveerd? Dit kan door middel van microarrayscreening. Door RNA-kwantificatie kan deze techniek de genactivering analyseren. Dankzij deze kwantificatie kan inzicht worden verkregen in de cellulaire mechanismen die in de cellen betrokken zijn.

Door RNA van niet-blootgestelde en blootgestelde cellen te vergelijken, wil deze studie de cellulaire mechanismen identificeren die door de elektromagnetische velden worden veroorzaakt.

In de eerste plaats moet het RNA van de andere celonderdelen worden gescheiden zoals membraan, organellen, … Dit proces wordt RNA-zuivering genoemd.

Vóór de volgende stap wordt een markeringsmolecule aan de RNA’s gehecht. Deze molecule maakt het mogelijk de aanwezigheid en de hoeveelheid specifieke RNA’s op de genchip zichtbaar te maken.

De onderzoekers beschikken op dat moment van de studie over twee RNA-sets: een eerste van de blootgestelde cellen en een tweede van de controlecellen. Elke RNA-set wordt afzonderlijk geanalyseerd om hun samenstelling te analyseren (*).

Beide DNA-sets worden in contact gebracht met een andere genchip.

Een genchip is een geniaal hulpmiddel voor biologen: Hij is samengesteld uit veelvoudige kopieën van goed geïdentificeerde genen (vb. 38.500 menselijke genen). Deze kopieën zijn georganiseerd op de chip: dezelfde kopieën zijn gegroepeerd in hetzelfde gebied, zoals specifieke stations die wachten op hun treinen.

Wat gebeurt er op de chip wanneer DNA’s in contact worden gebracht met de chip? Elk DNA herkent zijn gebied en hecht zich eraan vast.

Hier is een vereenvoudigd beeld van een genchip met slechts 16 gebieden van DNA-hechting die toelaten 16 verschillende genen te tonen. In werkelijkheid is dergelijke chip samengesteld uit duizenden gebieden op een oppervlakte van minder dan 2 cm².

Wanneer DNA’s stevig aan hun respectievelijke platforms zijn gehecht, wordt de genchip geanalyseerd door een scanner die de verschillende gebieden kan identificeren en zelfs de lichtere variaties in intensiteit kan onderscheiden:

• Een intenser gekleurd gebied is uit meer DNA samengesteld. Dit betekent dat het overeenstemmende gen geactiveerder is.
• Wanneer het gen daarentegen niet of weinig geactiveerd is, vertoont het gebied geen fluorescentie.

Beide chips worden vergeleken om het RNA-transcript te analyseren bij gesimuleerde of reële blootstellingen.

Het scannen verstrekt onderzoekers informatie over de in beide sets aanwezige DNA’s en bijgevolg over opwaarts en neerwaarts geactiveerd gen in controle- en blootgestelde cellen.

Vergeet niet dat de genchip informatie kan verstrekken over 38.500 genen! Onderzoekers moeten gegevens analyseren om genen in te delen en hun activeringsniveau in beide sets te controleren. Dit is een gigantisch werk!

Tot nu is er geen pathologisch effect vastgesteld maar alleen een versnelling van het normale fysiologische mechanisme.

De vergelijking van de lijst van significant op- en neergereguleerde genen onder specifieke blootstellingsomstandigheden met hun respectievelijke controles toonde de aanwezigheid aan van de volgende drie opgereguleerde genen tijdens alle experimentele procedures op om het even welk bemonsteringstijdstip.

• thioredoxinereductase 1 (TXNRD1),
• activerende transcriptiefactor 3 (ATF3),
• membraanmetallo-endopeptidase (MME).

Uit een vergelijking van blootgestelde en controlegroepen op dag 4 van de blootstelling bleek ook een opregulatie van Dickkopf Homolog 1 (DKK1) en een neerregulatie van microtubul-actin cross-linking factor 1 (MACF1).

Wat de botvorming betreft, waren we in staat één specifiek proteïne, BMP2, te identificeren, die opgereguleerd is op dag 12 van de blootstelling. Deze opregulatie van BMP2 kan de waargenomen biologische effecten verklaren in al onze eerdere resultaten verkregen over cellen, embryonaal of groeiend botweefsel en in ziekenhuizen.

De biologische functies van deze genen bevestigden de macroscopische waarneming: een versnelling van de differentiatie ten nadele van de proliferatie.

Collard J.-F., Hinsenkamp M.
Cellular processes involved in human epidermal cells exposed to extremely low frequency electric fields.
Cell Signal. 27(5):889-98, 2015.

Collard J.-F., Lazar C., Nowé A., Hinsenkamp M.
Statistical validation of the acceleration of the differentiation at the expense of the proliferation in human epidermal cells exposed to extremely low frequency electric fields.
Prog Biophys Mol Biol. 111(1):37-45, 2013.

Collard, J.-F., Mertens, B. & Hinsenkamp, M.
In vitro study of the effects of ELF electric fields on gene expression in human epidermal cells.
Bioelectromagnetics, 32:28-36, 2011.

Hinsenkamp M
Effets des champs électriques et électromagnétiques sur la différenciation cellulaire et leur intérêt en chirurgie orthopédique et traumatologique.
Bulletin et mémoires de l’Académie royale de médecine de Belgique, 166(7-8-9): 307-16, 2011.

Hinsenkamp M., Jercinovic A., Heenen M., De Graef Ch., Wilaert Ch.
Effects of alternating electrical current on keratinocytes in vitro (AC).
Bioelectromagnetics, 18: 250-254, 1997.

Jercinovic A., Hinsenkamp M., Wilaert F., De graef Ch., Heenen M., Goldschmidt D.
Effects of direct constant current on keratinocytes in vitro (DC).
Bioelectroch. Bioener., 39(2): 209-214, 1996.

• Information sur les effets des champs sur les kératinocytes en PDF (724 Ko)
• Recherche BBEMG: CEM et différenciation cellulaire

• Effets des champs sur les os
• Utilisation des propriétés électromagnétiques – Comment fonctionnent nos appareils électriques? A partir des exemples décrits, nous aurons un aperçu général du fonctionnement d’appareils qui transforment l’énergie électrique en énergie thermique et/ou mécanique ou qui utilisent les propriétés de l’électrostatique et de l’électromagnétisme.
• Trajet de l’électricité – Comment fonctionne le réseau électrique? Les caractéristiques des réseaux de transport et de distribution et les principaux éléments d’un circuit électrique domestique, dont le câblage monophasé et les méthodes de protection.