HABILITATIONSSCHRIFT

 


Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – University of Veterinary Medicine Hannover – Foundation / Library

 

Dr. med. vet. Maren Fedrowitz

 

Tumor(co)promovierende Effekte niederfrequenter Magnetfelder

auf die Brustdrüse und die Bedeutung von Amylase für Zellproliferation und

Magnetfeld-Wirkungen bei der Ratte

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-h2490

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Habilitationsschrift, 2009

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/h_fedrowitz09.pdf

Zusammenfassung

Niederfrequente Magnetfelder (MF), die zum Beispiel über die Stromversorgung oder beim Betrieb elektrischer Haushaltsgeräte entstehen (50 Hz), treten ubiquitär in der Umwelt auf. Seit mehr als 30 Jahren existieren Bedenken hinsichtlich der gesundheitlichen Beeinträchtigungen durch MF-Exposition, die vor allem durch Ergebnisse epidemiologischer Untersuchungen zu Leukämien bei Kindern (Wertheimer & Leeper, 1979; Savitz et al. 1988) und Brustkrebs (Hardell et al. 1995; Loomis et al. 1994) entstanden. Allerdings konnten diese Befunde in Laboruntersuchungen an Zellen oder Versuchstieren nicht konsistent bestätigt werden, und auch die Wirkungsmechanismen für MF-Effekte sind nicht bekannt, so dass ein Bedarf an kontrolliert durchgeführten Laborstudien mit geeigneten Modellen und Methoden besteht (ICNIRP, 1998; WHO, 2007).

In mehreren Experimenten der hiesigen Arbeitsgruppe von W. Löscher zeigten sich im etablierten Dimethylbenz[a]anthracen (DMBA)-Brustkrebsmodell an weiblichen Sprague-Dawley-Ratten über viele Jahre reproduzierbare, Tumor-promovierende Effekte durch MF-Exposition (50 Hz, 100 µT) (Löscher et al. 1993; Mevissen et al. 1998; Thun-Battersby et al. 1999). Andere Arbeitsgruppen konnten die Ergebnisse jedoch nicht reproduzieren (Ekstrom et al. 1998; Anderson et al. 1999). Als vermutlich wichtigste Ursache für diese Diskrepanzen wurde die Verwendung unterschiedlicher Rattenstämme oder Substämme angesehen (Anderson et al. 2000).

Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Arbeitshypothese, dass MF-Effekte auf das Brustdrüsengewebe von Ratten vom genetischen Hintergrund der verwendeten Tiere abhängig sind und sich MF-empfindliche und MF-unempfindliche Rattenstämme identifizieren lassen. Mittels der durchgeführten Experimente im Brustdrüsengewebe verschiedener Ratten konnte gezeigt werden, dass der genetische Hintergrund tatsächlich entscheidend die MF-Wirkungen beeinflusst, denn

1)      von den acht eingesetzten Rattenstämmen und -substämmen zeigten neben dem empfindlichen Sprague-Dawley-Substamm (SD1) nur F344-Ratten eine signifikant erhöhte Zellproliferation unter MF-Exposition (Fedrowitz et al. 2002; Fedrowitz & Löscher, 2005).

2)      auch im DMBA-Brustkrebsmodell reagierten F344 mit erhöhten Tumorinzidenzen unter MF-Exposition (Fedrowitz & Löscher, 2008). Substämme von Sprague-Dawley-Ratten unterschieden sich im DMBA-Modell unter denselben Laborbedingungen hinsichtlich der Tumorinzidenz unter MF-Exposition (Fedrowitz et al. 2004).

Durch vergleichende Untersuchungen von MF-sensitiven und MF-insensitiven Ratten sollten die möglichen Wirkungsmechanismen aufgeklärt werden. Im Folgenden wurden MF-empfindliche F344-Ratten mit MF-unempfindlichen Lewis-Ratten verglichen. F344- und Lewis-Ratten gelten als histokompatibel, sind über den gemeinsamen Hintergrundstamm Sprague-Dawley miteinander verwandt und zeigen deutliche Unterschiede in ihrer Antwort auf Stress und den Parameter Cortisol (Dhabdar et al. 1993 & 1997).

Durch Genexpressionsanalysen im Brustdrüsengewebe von F344- und Lewis-Ratten nach zwei Wochen MF-Exposition konnte überraschenderweise eine drastisch verringerte Amylase-Genexpression bei F344-Ratten, und nicht bei Lewis, festgestellt werden. Amylase wird hauptsächlich in den Speicheldrüsen und im Pankreas produziert, konnte aber auch in der Brustdrüse nachgewiesen werden (Heitlinger et al. 1983). Die bekannte Funktion liegt in der Metabolisierung von Stärke und anderer Polysaccharide mit 1,4-a-glykosidischen Bindungen. Die Funktion im Brustdrüsengewebe und in der Milch sind noch weitgehend unbekannt (Lönnerdal, 2003). Verbindungen zwischen Amylase und Tumorwachstum wurden vereinzelt beschrieben (Beard, 1905; Simickova et al. 1994; Nagasawa & Kusakawa, 2001; Novak & Trnka, 2005).

 

In den durchgeführten Versuchen an F344- und Lewis-Ratten konnte dargestellt werden, dass

1)      Amylase auf epitheliale Primärzellen des Brustdrüsengewebes antiproliferativ wirkt. Dieser Effekt ist konzentrationsabhängig und bei Lewis stärker ausgeprägt als bei F344.

2)      Amylase-Enzymaktivität im Brustdrüsengewebe insbesondere bei F344, aber auch bei Lewis, durch MF-Exposition erhöht wurde.

3)      die Empfindlichkeit von epithelialen Primärkulturen auf Amylase-Behandlung nach In-vivo-MF-Exposition durch sehr geringe Flussdichten in Abhängigkeit von der proliferativen Aktivität verändert wurde.

4)      Amylase an der Regulation der Zellproliferation beteiligt ist und diese Funktion bei F344 im Gegensatz zu Lewis vermindert ist, so dass die Proliferation nicht ausreichend kontrolliert werden kann.

 

Die Wirkungsmechanismen für diese Effekte von Amylase sind nicht bekannt. Amylase gilt seit einigen Jahren beim Menschen als Biomarker für Stress (Nater & Rohleder, 2009) und repräsentiert die Aktivität des sympatho-adrenergen Systems (Nater et al. 2006). MF-Exposition wirkt als Stresssignal, das die Regulation der Zellproliferation bereits bei sehr geringen Flussdichten beeinflusst. Da Zellen von Lewis- und F344-Ratten offenbar unterschiedlich reguliert werden, müsste geklärt werden, ob und welcher der Rattenstämme die Situation beim Menschen widerspiegelt, oder ob vielleicht beide (F344 und Lewis) die humane Situation repräsentieren.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit tragen zum Verständnis von MF-Effekten auf biologische Gewebe und insbesondere auf das Brustdrüsengewebe von Ratten bei. Es konnte hier erstmals gezeigt werden, dass das Enzym Amylase antiproliferativ auf Zellen der Brustdrüse wirkt und für MF-Wirkungen eine Bedeutung hat. Damit kann Amylase als Zielstruktur für weitere Untersuchungen zu biologischen Effekten bei Mensch und Ratte und zur Aufklärung der Wirkungsmechanismen von MF dienen.

 

keywords

Niederfrequente Magnetfelder, Brustkrebs, Zellproliferation, extremely-low-frequency magnetic fields, breast cancer, cell proliferation

kb

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