Ein hochfrequentes Feld hemmt die RANKL-induzierte Osteoklasten-Differenzierung in RAW264.7-Zellen über die Modulation des NF-κB-Signalweges.

Der Knochen ist ein dynamisches Organ, welches einem ständigen Umbau unterliegt, der durch ein empfindliches Gleichgewicht zwischen osteoblastengesteuerter Bildung und osteoklastenvermittelter Resorption reguliert wird. Osteoklasten sind einzigartige mehrkernige Makrophagen, welche von hämatopoetischen Stammzellen abstammen und ausschließlich für den Abbau von Knochensubstanz verantwortlich sind. Diese empfindliche Homöostase ist von entscheidender Bedeutung für ein gesundes Knochengewebe und ist beispielsweise bei dem Krankheitsbild der Osteoporose gestört. Der RANK/RANKL-Signalweg ist besonders wichtig für den Knochenmetabolismus, da die Interaktion von RANKL mit RANK die Differenzierung von Vorläuferzellen in Osteoklasten initiiert. Die übermäßige Bildung reifer mehrkerniger Osteoklasten stellt ein Schlüsselereignis beim Fortschreiten von Osteoporose dar. Vorhergehende Studien haben gezeigt, dass verschiedene Dosen gepulster elektromagnetischer Felder den Knochenverlust in osteoporotischen Ratten reduzieren konnten. Auf dieser Grundlage stellten die Autoren der hier vorgestellten Publikation die Hypothese auf, dass Hochfrequenz energieabhängige Wirkungen auf die Osteoklasten-Differenzierung haben könnte. Die Studie untersucht die Auswirkungen von Hochfrequenz auf die RANKL-induzierte Osteoklasten-Differenzierung in RAW264.7-Zellen sowie deren zugrundeliegende molekularbiologische Mechanismen.

Die Mausmakrophagen Zelllinie RAW264.7 wurde mit drei verschiedenen Leistungsintensitäten (0,5 W/m² = LRF; 1,5 W/m² = MRF; 4,5 W/m² = HRF) 4 h/Tag über 5 Tage mit 900 MHz-Hochfrequenz befeldet. Als Kontrollen wurden schein-befeldete Zellen verwendet. Für das Osteoklasten-Differenzierungsexperiment wurden die Zellen mit RANKL behandelt. Um die Rolle des pro-inflammatorischen Transkriptionsfaktors NF-κB bei der Vermittlung der Hochfrequenzwirkung zu bewerten, wurde die Zelllinie mit einem NF-κB-Inhibitor behandelt. Als Positivkontrolle für die HF-Auswirkung auf die Osteoklastenbildung nutzten die Autoren 17ß-Estradiol (E2). Es wurden Zellviabilität, Apoptose, Osteoklastenmarker sowie Signalwegskomponenten des RANK/RANKL-Signalweges bzw. NF-κB-Signalweges untersucht.

Weder niedrig (0,5 W/m²) noch hoch dosierte (4,5 W/m²) 900-MHz-Hochfrequenz hatte Auswirkungen auf die Zellviabilität der RANKL-induzierten Osteoklasten. Die mittlere Dosierung (1,5 W/m²) zeigte jedoch eine mit E2 vergleichbare Inhibierung der Osteoklasten-Zellteilung. Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse des Apoptose- sowie Osteoklastenmarker-Tests, dass alle drei 900-MHz-Dosen in der Lage waren, Apoptose während der Osteoklasten-Differenzierung zu induzieren. Hochfrequenz besitzt also eine nennenswerte inhibitorische Wirkung auf die RANKL-induzierte Osteoklasten-Differenzierung. Die wirksamste Hemmung wurde jedoch auch hier bei der mittleren Hochfrequenzdosis beobachtet. Die Analyse der RANKL-Signalgwegskomponenten RANK und TRCAP offenbarte eine signifikante Abnahme der mRNA- sowie Proteinspiegel nach Befeldung mit 1,5 W/m². Dies weist darauf hin, dass die Hochfrequenz die Bildung von Differenzierungsmarkern hemmen, und so die Differenzierungskapazität beeinträchtigen könnte. Als Letztes wurde die Wirkung der 900-MHz-Befeldung mit 1,5 W/m² auf NF-κB untersucht. Die Befeldung beeinträchtigte eine Translokation von NF-κB in den Zellkern, was wiederum zu einer Hemmung des NF-κB-regulierten Transkriptionsfaktor NFATc1 führte. Die Ergebnisse weisen also darauf hin, dass die Hochfrequenz über den NF-κB-Signalweg und den Transkriptionsfaktor NFATc1 zu einer Beeinträchtigung von Genen, welche mit der Osteoklasten-Differenzierung in Verbindung stehen, führen könnte.

Die Wissenschaftler fassen ihre Ergebnisse dahingehend zusammen, dass die Befeldung mit 900 MHz bei einer Leistungsdichte von 1,5 W/m² die Differenzierung von RAW264.7-Zellen in Osteoklasten inhibieren kann. Auf molekularbiologischer Ebene scheint dafür die Verhinderung der NF-κB-Translokation in den Zellkern verantwortlich zu sein, mit nachfolgender Beeinträchtigung von Differenzierungsmarkern. Dies deute darauf hin, dass Hochfrequenz einen potenziellen nicht-invasiven Ansatz zu wirksamen Osteoporose-Behandlung darstellen könnte. (Die Resultate der vorliegenden Publikation deuten darauf hin, dass 900-MHz-Befeldung moderater Intensität signifikante Auswirkungen auf die Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen haben könnte. Obwohl die Autoren ihr Augenmerk auf einen medizinisch wertvollen Therapieansatz gerichtet haben, zeigen sie jedoch die biologischen Wirkungen sub-thermischer Hochfrequenz auf Differenzierungsvorgänge in vitro. Bemerkenswerterweise sprechen sie in Ihrer Publikation von einem „Fenstereffekt“, welcher einer nicht-linearen Dosis-Wirkungs-Beziehung folge, bei dem bestimmte Hochfrequenz-Intensitäten zu signifikanteren biologischen Wirkungen führe als niedrigere oder höhere Intensitäten. Derartige Phänomene könnten einen Erklärungsansatz darstellen, warum die Forschungslage zum Thema Hochfrequenz und Gesundheit einer gewissen Heterogenität unterliegt und müssen besser verstanden werden, um mögliche Gesundheitsrisiken für den Menschen abschätzen zu können, Anm. d. Red.) (RH)