DNA-Strangbrüche in humanen HL-60 Promyelozytenleukämiezellen zur Einschätzung biologischer Wirkungen nach Exposition mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern (2450 MHz)

Abstract

Die Literaturlage zur Induktion genotoxischer Effekte bei Zellen durch hochfrequente Elektromagnetfelder im Radiofrequenzbereich (RF-EMF) ist widersprüchlich. Während thermische Effekte von Elektromagnetfeldern (EMF) wissenschaftlich gesichert und unbestritten sind, mehren sich auch zunehmend Hinweise auf nicht-thermische biologische Wirkungen von EMF, deren Verständnis eine Herausforderung darstellt. Aufgrund der zunehmend schneller werdenden Verbreitung von Geräten insbesondere im Radiofrequenz- und Mikrowellenbereich sind u.a. Frequenzen im 2450 MHz-Bereich von besonderem Interesse. Ziel dieser Arbeit war, einen Beitrag in der Frage nach athermischen Wirkungen, insbesondere potenziell genotoxischen Effekten, von hochfrequenten EMF im Mikrowellenbereich zu leisten. Dazu wurden humane Promyelozytenleukämiezellen HL-60 24 Stunden lang in einer speziell konstruierten GTEM-Zelle unter standardisierten Bedingungen hochfrequenten EMF (RF-EMF) von 2450 MHz bei einem SAR von ca. 1,114 W/kg ausgesetzt und anschließend mit Hilfe des alkalischen Comet-Assay auf mögliche DNA-Strangbrüche untersucht. Neben der Untersuchung der Genomintegrität der Zellen wurden auch weitere Effekte, die in unmittelbarem zeitlichen Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Elektromagnetfeldern auftreten könnten, wie Veränderungen der Vitalität der Zellen, Apoptoseprozesse, Störungen des Wachstumsverhaltens bzw. der Zellproliferation sowie Veränderungen des Zellzyklus näher betrachtet. Die RF- EMF exponierten Zellen wurden dabei mit ansonsten methodisch identischen Kontrollen ohne RF-Exposition verglichen. Als Ergebnis zeigt sich, daß unter den verwendeten RF-EMF-Bedingungen (2450 MHz, SAR 1,114 W/kg, 24 h Befeldungszeit) bei HL-60-Zellen Einzel- und Doppelstrangbrüche induziert wurden. Veränderungen in der Vitalität oder im Wachstumsverhalten der Zellen, wie Veränderungen der Zellproliferation sowie des Zellzyklus bzw. eine Induktion von Apoptoseprozessen wurden durch RF-EMF nicht verursacht. Aus den in-vitro Untersuchungen ergibt sich, daß RF-EMF unterhalb der geltenden Sicherheitsgrenzen fähig sind, in bestimmten Zellen DNA-Strangbrüche zu erzeugen. Somit ist anzunehmen, daß RF-EMF auf verschiedene Zellsysteme genotoxische Wirkung ausüben können. Welche biologische Bedeutung die gesehenen DNA-Strangbrüche tatsächlich haben, ist bislang unklar. Weiterführende Forschung zur Klärung dieser Frage ist unverzichtbar.

Conflicting results have been published regarding the induction of genotoxic effects by exposure to radiofrequency electromagnetic fields (RF-EMF). Effects caused by temperature rise are basically understood, whereas non-thermal effects are still a matter of debate. Radiofrequency (RF) fields with frequencies of 2450 MHz are of special interest because of the rapid advances in the telecommunication technology. To study non-thermal biological and potential genotoxic effects of high frequency electromagnetic fields the human promyelocytic cell line HL-60 was continuously exposed to a 2450 MHz radiofrequency electromagnetic field (RF-EMF) for 24 hours at a specific absorption rate (SAR) of 1.114 W/kg in a GTEM cell under highly standardized exposure and temperature control conditions. Following exposure, the HL-60 cells were examined by the alkaline comet assay (single-cell gel electrophoresis), which is reportedly the most sensitive method to assay DNA damage in individual cells. Furthermore possible changes in cell viability, cellular doubling time as well as possible changes in cell cycle characteristics indicating cytotoxic effects and apoptotic processes were investigated. The cells exposed to electromagnetic fields were compared to otherwise identical control cultures without exposure to RF-EMF. As a result a significant increase of DNA damage was observed in RF-EMF exposed HL-60 cells as compared to control cells. RF-EMF exposure (2450 MHz, 1.114 W/kg, 24 h) had no effect on the cellular doubling time as well as on cell cycle characteristics, indicating that RF-EMF exposure does not influence HL-60 cellular growth rate under the conditions applied. Additionally, RF-EMF exposure (2450 MHz, 1.114 W/kg, 24 h) did not induce apoptosis in HL-60 cells. Summarizing, 24 hours continuous wave exposure to 2450 MHz high-frequency electromagnetic fields (SAR of 1.114 W/kg) resulted in DNA-strand breaks in HL-60 cells. Therefore it can be suggested that RF-EMF may have genotoxic potential on certain cell types under special conditions. The biological significance of the observed DNA-strand breaks is yet unknown. Further studies are needed to understand the underlying processes.