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Forschungsarbeit

Gentoxizität nichtionisierender Strahlung

Von Henning Hintzsche (29.06.2012)

Elektromagnetischen Feldern im Bereich von 900 bis 2.100 MHz ist die Bevölkerung durch den Mobilfunk in weiterhin steigendem Maße ausgesetzt. Die deutlich höhere Exposition findet hierbei durch die Mobiltelefone selbst statt, dagegen ist die Strahlenbelastung durch die Basisstationen sehr gering. Dafür findet diese kontinuierlich statt und betrifft die gesamte Bevölkerung unabhängig von der Mobiltelefonnutzung. Es sind bereits zahlreiche Studien zu möglichen Auswirkungen dieser Strahlung auf biologische Systeme durchgeführt worden. Die Wirkungen bei hohen Leistungs­flussdichten entstehen durch Erwärmung. Diese wird jedoch beim Mobilfunk und anderen Anwendungen durch bestehende Grenzwerte ausgeschlossen. Wirkungen unterhalb der thermischen Schwelle konnten bisher nicht konsistent nachgewiesen werden. Allerdings wird immer wieder vereinzelt von derartigen Wirkungen berichtet, so dass derzeit noch nicht von einem wissenschaftlichen Konsens gesprochen werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Biomonitoring-Studie zu dieser Thematik konzipiert und durchgeführt. Es wurden 131 Probanden detailliert zu ihrer Mobilfunknutzung befragt. Anschließend wurden Mundschleimhautzellen entnommen und für eine mikroskopische Untersuchung aufbereitet und angefärbt. In den Zellen wurden Mikrokerne und andere Kernanomalien quantifiziert. Es zeigte sich keine Erhöhung der Mikrokernfrequenz in Abhängigkeit von der Dauer der Mobiltelefonnutzung. Auch die anderen abgefragten Parameter hatten keinen Einfluss auf die Höhe des Genomschadens. Als Positivkontrollen wurden vier Patienten eingeschlossen, die eine lokale Strahlentherapie (ionisierende Strahlung) erhielten. Hier zeigte sich eine deutliche Erhöhung der Mikrokernfrequenz.

Abb. 1: Mikrokerntest[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 1: Mikrokerntest

Um festzustellen, ob die Mikrokerninduktion erst bei höheren Leistungsflussdichten als denen, die beim Mobilfunk verwendet werden, auftritt, wurden in-vitro-Versuche durchgeführt, bei denen verschiedene Zelllinien einer Strahlung von 900 MHz ausgesetzt wurden. Nach Exposition und einer Postinkubationsperiode wurden die Zellen fixiert und die Mikrokernfrequenz bestimmt. Neben den Leistungen wurden hier auch die Expositionszeiten und die Postinkubationsperioden variiert. In keinem Fall konnte eine Erhöhung der Mikrokernfrequenz festgestellt werden. Insgesamt konnte ein Einfluss elektromagnetischer Strahlung auf das Genom weder am Menschen im Rahmen einer Biomonitoring-Studie noch an verschiedenen Zelllinien im Rahmen von in-vitro-Versuchen festgestellt werden.

Terahertzstrahlung ist elektromagnetische Strahlung im Bereich von 0,1 bis 10 THz, d. h. sie liegt zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht. Derzeit wird sie hauptsächlich für spektroskopische Untersuchungen und zur Qualitätskontrolle im Herstellungsprozess verschiedener Produkte verwendet. Anwendungen in der Sicherheitstechnik (z. B. Ganzkörperscanner) und in der Medizintechnik (z. B. Bildgebung) stehen kurz vor der Markteinführung bzw. sind bereits etabliert. Diese Anwendungen bringen eine Exposition der betroffenen Menschen mit sich. Außerdem wird an weiteren Techniken wie etwa der Datenübertragung gearbeitet. Die Wirkungen auf biologische Systeme sind im Gegensatz zum Mobilfunkbereich bisher nur unzureichend untersucht. Da bisher keine vollständigen Literaturübersichten vorlagen, wurde eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt. Ziel war es, alle bisher durchgeführten Studien zu diesem Thema aufzulisten. Es wurden 37 Publikationen identifiziert, dabei handelte es sich bei acht Arbeiten um theoretische Studien, 29 waren experimentelle Untersuchungen.

Es zeigte sich, dass nur sehr wenige dieser Studien qualitativ hochwertig durchgeführt wurden. Insgesamt ist die Datenbasis in diesem Frequenzbereich (besonders oberhalb von 0,3 THz) sehr klein und für eine Risikobeurteilung nicht ausreichend.

Um diese Datenbasis zu verbreitern wurden in-vitro-Versuche bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt. Als Strahlungsquellen wurden eine Frequenzvervielfacher¬kaskade (0,106 THz), ein Rückwärtswellen-Oszillator (0,380 THz) und ein Ferninfrarot-Laser (2,520 THz) eingesetzt. Die Strahlung wurde in einen modifizierten Inkubator geführt, so dass die Expositionen bei definierter Temperatur und konstantem CO2- Gehalt durchgeführt werden konnten. Da Terahertzstrahlung durch Wasser sehr stark absorbiert wird, sind bei einer Exposition des Menschen primär die obersten Hautschichten betroffen. Aus diesem Grund wurden primäre Hautfibroblasten und HaCaT-Zellen, eine Keratinozyten-Zelllinie, als biologische Systeme verwendet. Die Zellen wurden für unterschiedliche Zeitperioden mit verschiedenen Leistungsflussdichten exponiert. Anschließend wurden die Zellen für den Comet Assay aufbereitet und analysiert. Der Comet Assay ist eine Methode zur Quantifizierung von Einzel- und Doppelstrangbrüchen der DNA. Weiterhin wurden die Zellen nach einer Postinkubationsperiode für den Mikrokerntest aufbereitet. Neben unbehandelten Kontrollen und Sham-Expositionen wurden auch Positivkontrollen durchgeführt. Es konnte keine Erhöhung der Anzahl der DNA-Strangbrüche bzw. der Mikrokernfrequenz festgestellt werden.

Abb. 2: Comet Assay[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 2: Comet Assay

Da bekannt war, dass im Mobilfunkbereich unter bestimmten Bedingungen Störungen der Mitose, nicht aber Erhöhungen der Mikrokernfrequenz, auftreten, wurden Mitosestörungen nach Exposition bei 0,106 THz untersucht. Hierzu wurden AL-Zellen für 30 Minuten exponiert und anschließend ohne Postinkubation direkt fixiert. Analysiert wurden Störungen in allen Phasen der Mitose. Es zeigte sich, dass die Frequenz der Störungen in der Pro- und Metaphase unverändert blieb. Die Störungen in der Ana- und Telophase nahmen dagegen mit steigender Leistungsflussdichte zu.

Insgesamt konnte im Terahertzbereich unter den gewählten Expositionsbedingungen kein DNA-Schaden beobachtet werden. Bei 0,106 THz konnten Mitosestörungen als Folge der Exposition gezeigt werden. Der Zusammenhang zwischen diesen Mitose¬störungen und DNA-Schäden, insbesondere der Mikrokerninduktion, konnte bisher nicht abschließend geklärt werden und bleibt Gegenstand weiterer Untersuchungen.

Weitere Informationen


Stationen
  • 2008-2011
  • Promotion, Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Würzburg
  • 2001-2006
  • Studium der Pharmazie, Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Berufliche Erfahrung
  • 01/2007 - 07/2007
  • Bayer HealthCare, Caracas, Venezuela
  • 06/ 2006 – 11/2006
  • Waisenhaus-Apotheke, Halle an der Saale
  • 03/2003
  • Pharmazeutisches Kontroll- und Herstellungslabor, Halle an der Saale
  • 08/2002
  • Linden-Apotheke, Seebad Heringsdorf

Auszeichnungen
  • 2010
  • Platform Competition Award Bioelectromagnetics Society
  • 2009
  • Forschungsförderung Erich-Becker-Stiftung
  • 2007
  • DAAD-Stipendium für Aufenthalt in Venezuela

Publikationen