In dieser Arbeit wurden verschiedene Zellarten auf mögliche Veränderungen untersucht, nachdem niederfrequente elektrische Felder eingewirkt hatten. Elektrische Felder beeinflussen im Labor (in vitro) Wachstum, Regeneration, Überlebensrate, Organisation und Aktivität von Zellen. Diese Eigenschaften werden z. B. genutzt, um die Heilung von Wunden oder Knochenbrüchen zu fördern. Auch die Regeneration von Nervengewebe wird verbessert. Von Amphibien weiß man, dass bei Verlust von Gliedmaßen zur Wiederherstellung differenzierte Zellen in der Umgebung entdifferenziert werden und ein neues, vollständiges Körperteil entsteht. Differenzierte Zellen sind sozusagen „normale“ Körperzellen, die eine bestimmte Funktion haben (Leber-, Nieren- oder Nervenzelle) und aus (undifferenzierten) Stammzellen zu den Körperzellen heranreifen. Wahrscheinlich werden diese Vorgänge von körpereigenen (endogenen) elektrischen Feldern gesteuert, wie auch Experimente mit Knochenmarkszellen von Säugetieren ergeben haben. Daraus entstand die Hypothese, dass das Einwirken von elektrischen Feldern die Entdifferenzierung von Zellen einleiten kann, also eine Art Rückentwicklung vorgeht. Weitere Hinweise gab es bei Experimenten mit statischen und Wechselfeldern, wo sich rote Blutzellen von Amphibien stammzellartig veränderten. Bei diesen morphologischen Veränderungen spielt Calcium eine Rolle. Da die morphologischen Veränderungen in den Erythrozyten von Vögeln (die Zellkerne enthalten im Unterschied zu menschlichen Erythrozyten, die Red.) möglicherweise auf Entdifferenzierung beruhen, nahmen die Forscher an, dass der Grund für die Entfärbung der Zellen Verlust an Hämoglobin ist und der Verlust an Hämoglobin zur Entdifferenzierung führt. Das sollte in diesen Experimenten überprüft werden.
Zunächst wurden rote Blutkörperchen auf Veränderungen untersucht. Die Befeldung der Zellen einer weiblichen Stadttaube (Columba Livia Domestica) erfolgte 1 Stunde bei Raumtemperatur mit 5, 15, 25 und 50 Hz über 4 Tage. Das elektrische Feld betrug bei 50 Hz 200 mV, die Feldstärke an der zentralen Elektrode 2,103 V/m, an der Elektrode am Rand der Schalen 0,055 V/m und in der Mitte zwischen den Elektroden 0,404 V/m. Die beiden Kontrollansätze bestanden in Scheinbestrahlung (mit Elektroden) und Zellen ohne Elektroden.
Zur Aufklärung der Mechanismen wurden menschliche mesenchymale Stammzellen (das sind Stammzellen des Bindegewebes) aus Nabelschnurblut und mesenchymale Stammzellen aus menschlichem Knochenmark verwendet. Die menschlichen Zellen aus Nabelschnurblut und Knochenmark bekamen nur eine 50-Hz-Befeldung. Für die Bestimmung der Calcium-Konzentration kam die Alizarinrot-Färbung zum Einsatz. Im Mikroskop wurden die Zellen nach der Befeldung täglich gezählt sowie Bilder und Videos aufgenommen über die gesamten 4 Tage. Zur Bestimmung von abgestorbenen Zellen diente die Trypanblau-Färbung. Temperatur und pH-Wert im Medium wurden regelmäßig gemessen.
Die befeldeten Tauben-Erythrozyten zeigten im Lichtmikroskop Deformierungen von elliptisch bis sphärisch und das Zytoplasma war durchsichtiger, d. h. es kam zu Verlust der Farbe, wahrscheinlich durch Verlust von Hämoglobin. Die Untersuchung mit der Trypanblau-Färbung sollte zeigen, ob diese Veränderungen durch Zelltod hervorgerufen wurden. Im Lichtmikroskop waren lebende Zellen zusehen. Bei den befeldeten Proben waren radiale Streifen um den Zellkern herum sichtbar, bevor die Zellverformungen begannen, was auf eine hohe Konzentration von RNA in dem Bereich hindeutet. Es gab signifikante Unterschiede zwischen den befeldeten Zellen und den Kontrollen, besonders deutlich bei 50 Hz. Diese Veränderungen sind demnach frequenzabhängig. Die Wirkungen waren nicht-thermischer Natur, da die Temperatur im Kulturmedium nur um 0,002 °C variierte, und es gab keine pH-Verschiebungen. Da das Kulturmedium nach der Befeldung gewechselt wurde, kann man indirekte Veränderungen der Makromoleküle durch die elektrischen Felder ausschließen und direkte Wechselwirkung zwischen elektrischen Feldern und Zellen annehmen. Hier kommen vor allem die Zellmembranen in Betracht.
Bei den beiden mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark, die sich zu Knochenzellen ausdifferenziert hatten, konnte Entdifferenzierung nachgewiesen werden. Knochenzellen enthalten hohe Calcium-Konzentrationen. Die Bestimmung des Calciums ergab abnehmende Konzentrationen, ein Zeichen für einen weniger differenzierten Status der Zellen nach Einwirkung der elektrischen Felder.
Die Untersuchung der Wirkung von einigen Frequenzen (5, 15, 25 und 50 Hz) auf lebende Zellen über 4 Tage ergab morphologische Veränderungen, die möglicherweise auf Mechanismen in den Calcium-Kanälen beruhen. Die Folge kann Entdifferenzierung von Zellen sein, die zumindest für 2 Arten menschlicher Zellen angenommen werden kann. Angesichts der medizinischen Bedeutung dieser Ergebnisse sollte weitere Forschung erfolgen, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen. (IW)