Author(s):
Sueiro-Benavides RA*, Leiro-Vidal JM, Salas-Sánchez AÁ, Rodríguez-González JA, Ares-Pena FJ, López-Martín ME.
* Research Institute on Chemical and Biological Analysis, Dept. of Microbiology and Parasitology, University of Santiago de Compostela, E-15782 Santiago de Compostela.
Spain
Published in:
Sci Total Environ 2020: 142681 [im Druck]
Published: 15.04.2021
on EMF:data since 23.02.2021
Further publications:
Keywords for this study:
Cell damage, cell death (apoptosis)  |  Genotoxicity
Medical/biological studies
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Radiofrequency at 2.45 GHz increases toxicity, pro-inflammatory and pre-apoptotic activity caused by black carbon in the RAW 264.7 macrophage cell line.

Exposure:

2450 MHz

EMF:data assessment

Summary

Es existieren überzeugende Hinweise darauf, dass langfristige Belastung mit nicht-ionisierender elektromagnetischer Strahlung ein Risikofaktor für bestimmte Krebsarten darstellt. Außerdem haben zahlreiche Studien demonstriert, dass 2,45 GHz WLAN-Strahlung oxidativen Stress, DNA-Schäden, erhöhte Entzündungsreaktionen und zelltoxische Reaktionen hervorrufen kann. Unter realen Bedingungen sind Lebewesen jedoch nicht lediglich einem Stressfaktor ausgesetzt. Insbesondere in Ballungsräumen gibt es ein Zusammenwirken von Umwelteinflüssen wie Luftverschmutzung durch Feinstaub und Elektrosmog. Rußpartikel aus schwarzem Kohlenstoff in einem Größenbereich von 10 nm –1 mm sind der größte Bestandteil von Feinstaub und verursachen erhöhte Sterberaten sowie Behinderungen. Die Kohlenstoffpartikel sind direkt toxisch und verursachen oxidativen Stress, was Krebsentwicklung, Funktionsstörungen des Herz-Kreislaufsystems sowie Atemwegserkrankungen verursacht. Die Möglichkeit von sich summierenden Wirkungen, gegensätzlichen Wirkungen, Synergien oder Verstärkungen zwischen elektromagnetischen Feldern und Schadstoffen sollten untersucht werden. Makrophagen spielen eine wesentliche Rolle bei der Organisation von Entzündungsreaktionen, die durch die Belastung mit Mobilfunk in Wechselwirkung mit Luftschadstoffen ausgelöst werden. Aus diesem Grund untersuchen die Autoren eine Makrophagenzelllinie, welche kombiniert mit Kohlenstoffpartikel sowie 2,45 GHz Mobilfunkstrahlung belastet wurde. 

Source: ElektrosmogReport März 2021 | 27. Jahrgang, Nr. 1

Study design and methods

Bei den untersuchten Zellen handelt es sich um die RAW 264,7 Makrophagenzelllinie aus der Maus. Diese wurden für entweder 24 h oder 72 h mit einem synthetischen 2,45 GHz Signal und einem SAR-Wert von 0,406 W/kg bestrahlt. Außerdem wurden sie mit entweder 1,5 µg/ml oder 150 µg/ml schwarzem Kohlenstoff versetzt. Es wurden für beide Bestrahlungsdauern und beide Kohlenstoffkonzentrationen jeweils eine Kontrollgruppe (keine Bestrahlung, kein Kohlenstoff), lediglich Bestrahlung, lediglich Kohlenstoff sowie sowohl Bestrahlung als auch Kohlenstoff untersucht. Verschiedene zelleigene Immunfunktionen wurden untersucht und bewertet, darunter oxidativer Stress (Induktion durch bakterielles Lipopolysaccharid, Quantifizierung durch Stickoxidproduktion), Phagozytoseaktivität, entzündungsfördernde Aktivität (Bestimmung der Zytokinexpression von Tumornekrosefaktor-alpha sowie Interleukin-1ß), sowie prä-apoptotische Aktivität durch Caspase-3-Genexpression. Außerdem wurde die Überlebensfähigkeit der Makrophagen analysiert.

Results

Bei 24 h Bestrahlungsdauer und der niedrigen Kohlenstoffdosis 1,5 µg/ml gab es keinerlei Unterschiede in der Überlebensfähigkeit der Makrophagen zwischen den vier Gruppen (Kontrollgruppe, lediglich Bestrahlung, lediglich Kohlenstoff, Kombination aus Bestrahlung und Kohlenstoff). Nach 24 h Bestrahlung und der Belastung mit 150 µg/ml Kohlenstoff, zeigte sich eine signifikante Verminderung der Überlebensfähigkeit bei der lediglich Kohlenstoff (67±3,7 %) sowie der kombinierten Gruppe (37 ± 2 %), wobei die Überlebensfähigkeit der lediglich bestrahlten Gruppe unverändert blieb. Nach 72 h Bestrahlung war bei allen Gruppen die Überlebensfähigkeit im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant verringert. Bei dem vierten Versuchssetup, nämlich 72 h Bestrahlung und 150 µg/ml Kohlenstoff, wiesen wiederum alle drei belasteten Gruppen (nur Strahlung, nur Kohlenstoff, kombiniert) eine geringere Überlebensfähigkeit als die Kontrollgruppe auf. Die schlechteste Überlebensfähigkeit zeigte die kombinierte Gruppe (31 ± 1,06 %), gefolgt von der lediglich Kohlenstoffgruppe (52,5 ± 3,0 %) und der lediglich bestrahlten Gruppe (77,5 ± 2,5 %). Diese Daten weisen darauf hin, dass sowohl Mobilfunk als auch Kohlenstoff einzeln die Zellen schädigen können, die Kombination dieser beiden Faktoren jedoch in einer erhöhten Toxizität resultieren. 

Als nächster Schritt wurde die Produktion von Stickstoffoxid (NO) untersucht. Die Makrophagenzelllinie kann durch externe biologische Stimuli wie Lipopolysaccharide (LPS), physikalische Stimuli wie Mobilfunkstrahlung oder chemische Stimuli wie Kohlenstoff aktiviert werden. Dies verursacht eine Entzündungsreaktion und eine damit verbundene Freisetzung von NO. Die Makrophagen wurden zunächst, wie oben beschrieben bestrahlt, mit Kohlenstoff belastet oder beides. Anschließend erfolgte eine Induktion der Immunantwort durch LPS. 24 h oder 72 h nach der Induktion wurden die NO-Konzentrationen aus dem Kulturmedium gemessen. 

Die Ergebnisse der Autoren stimmen mit früheren Beobachtungen überein: Es erfolgt eine signifikante Erhöhung der NO-Entzündungsreaktion durch Kohlenstoff und Mobilfunkstrahlung nach der Induktion mit LPS. Die Kombination von 24 h Mobilfunk und 1,5 µg/ml Kohlenstoff mit anschließender LPS-Induktion führte zu einer Verdopplung im Vergleich zur 24 h Mobilfunk-Gruppe und zu einer Verdreifachung gegenüber der lediglich Kohlenstoffgruppe (24 h nach Induktion mit LPS). Dies legt die Vermutung nahe, dass die Kombination von Mobilfunkstrahlung und Kohlenstoff die zelluläre Entzündungsfunktion von Makrophagen, welche mit NO assoziiert ist, um 24 h verländert. 

Eine der wichtigsten Funktionen von Makrophagen ist die Phagozytose, welche als nächstes untersucht wurde. Es wurde die Phagozytoserate bestimmt, mit welcher die Makrophagen die Kohlenstoffpartikel aufnehmen. Sowohl bei 1,5 µg/ ml als auch bei 150 µg/ml Kohlenstoff führte eine Kombination mit 24 h Stunden Bestrahlung zu einer erhöhten Phagozytoserate. Unterschiede zwischen 72 h Bestrahlung und 72 nicht-Bestrahlung waren bei beiden Kohlenstoffkonzentrationen nicht gegeben. Laut Autoren können diese Daten auf eine Verlangsamung oder Verlängerung der Phagozytosefunktion der Makrophagen hindeuten. 

Als nächstes wurde die unmittelbare Immunantwort der Makrophagen in Form von der Ausschüttung entzündungsfördernder Zytokine (TNF-alpha und IL-1ß) untersucht. Dies erfolgte unverständlicher Weise lediglich bei 1,5 µg/ml Kohlenstoff, es werden keine Daten zu 150 µg/ml Kohlenstoff präsentiert (Anm. der Redaktion). Bei den 24-h-Gruppen führte lediglich Bestrahlung (im Vergleich zur Kontrollgruppe, lediglich Kohlenstoff sowie kombiniert) zu der höchsten Produktion von TNF-alpha und IL-1ß. Eine Kombination von Partikeln und Bestrahlung führte in beiden Fällen nicht zu einer sich addierenden oder synergetischen Antwort. Nach 72 h Bestrahlung konnte bei der Produktion von TNF-alpha kein Unterschied zwischen den verschiedenen Versuchsgruppen festgestellt werden. Die IL-1ß Bildung erreichte jedoch bei 72 h Bestrahlung durch die Kombination beider Stressfaktoren ihr Maximum. Lediglich Kohlenstoff- sowie lediglich Strahlenbelastung verursachten nach 72 h keine Veränderung der Produktion im Vergleich zur Kontrollgruppe. Als letzter Schritt wurde die Konzentration des pro-apoptotischen Enzyms Caspase-3 untersucht, ebenfalls lediglich für 1,5 µg/ml Kohlenstoff. Sowohl bei 24 h als auch bei 72 h Bestrahlung führte eine Kombination von Kohlenstoff und Mobilfunk zu einer signifikanten Steigerung von Caspase-3. 

Conclusions

Nach Meinung der Autoren resultierte die Kombination von Kohlenstoffpartikeln zusammen mit nicht-ionisierender Mobilfunkstrahlung in einer dramatischen Zunahme der Zelltoxizität sowie einer prä-apoptotischen Aktivierung von Caspase-3. Die verlängerte Phagozytose sowie verstärke Entzündungsreaktion der Makrophagen könne eine wichtige Rolle bei der Interaktion von Mobilfunkstrahlung und Kohlenstoffpartikeln spielen, welche die zelluläre Maschinerie verändere. Die Kombination beider Stressfaktoren führe zu einer Aktivierung anti- und prä-apoptotischer Mechanismen, welche Erschöpfung und schließlich vorzeitigen Tod der Immunzellen nach sich zöge. Um die Auswirkungen der Umwelteinflüsse Mobilfunk und Kohlenstoffpartikel auf die Immunantwort und einen möglichen Einfluss auf Autoimmun- bzw. Entzündungskrankheiten besser zu verstehen, seien jedoch mehr und tiefergehende Studien erforderlich. Obwohl die Autoren mit ihrer Studie den interessanten Ansatz verfolgen, verschiedene Stressfaktoren zu kombinieren, wie es auch in der Realität bzw. natürlichen Umgebung geschieht, bleiben doch einige Fragen offen. Warum wurden die Daten zu 150 µg/ml Kohlenstoffbelastung nicht vollständig verwendet, obwohl diese doch bei der Überprüfung der Überlebensfähigkeit die eklatantesten Ergebnisse liefern? (Anm. der Redaktion) (RH)