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Title
Einfluss von elektrischer Stimulation auf die Zellphysiologie verschiedener Zellarten
Additional Titles
Influence of electrical stimulation on the cell physiology of different types of cells
AuthorStando, Sylvia
Published2018
Date of SubmissionJune 2018
LanguageGerman
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)Elektrische Stimulation / Mikrostrom / Zellphysiologie
Keywords (EN)Electrical stimulation / Microcurrent / Cell physiology
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Jede Zelle des menschlichen Körpers erzeugt ein Membranpotential, das je nach Zelltyp zwischen -40 mV und -90mV variiert. Durch Koppelung der Zellen untereinander mittels gap junctions werden endogene elektrische Felder ausgebildet. Diese Bioelektrizität scheint bei zellulären Prozessen wie Regeneration oder Migration eine wichtige Rolle zu spielen. Basierend auf den Erkenntnissen über die endogene Elektrizität, versuchen Forscher elektrischen Strom zu nutzen, um alternative Therapien für pathologische Geschehen zu entwickeln.

Die Voraussetzung für die Entwicklung solcher Therapien, ist die Kenntnis über die physiologischen und pathologischen Mechanismen der im Fokus liegenden Bereiche des Körpers. Anschließend wird durch in-vitro Versuche die Wirkung eines exogen applizierten elektrischen Feldes auf die involvierten Zellarten untersucht.

Diese Arbeit setzt sich mit drei aktuellen Forschungsgebieten auseinander: der Haut, dem Herzen und dem Knochengewebe. Es wird zunächst die grundlegende Funktionsweise und die Pathophysiologie des jeweiligen Gebiets beschrieben. Anschließend wird durch Analyse der vorhandenen Literatur der aktuelle Stand der Forschung im Hinblick auf den Einfluss elektrischer Stimulation auf die Zellphysiologie der involvierten Zellarten dargestellt.

Es zeigt sich, dass extern applizierter Strom physiologischer Größenordnung grundsätzlich die Proliferation, das Migrationverhalten, die Proteinsynthese und die Genexpression beeinflussen kann. Anhand der Forschungsergebnisse die in-vitro erzielt wurden, lassen sich allerdings nur bedingt Rückschlüsse auf mögliche Wirkungsweisen in lebenden Organismen ziehen, da die körpereigene physiologische Umgebung fehlt. Auch sind die Mechanismen hinter den Interaktionen zwischen den Zellen und dem elektrischen Feld noch nicht verstanden, was die Entwicklung von möglichen Therapien zusätzlich erschwert.

Abstract (English)

Each cell within the human body produces a membrane potential that varies from -40mV to -90mV depending on the cell type. The cells are coupled with each other through gap junctions forming an endogenous electric field. This bioelectricity appears to play an important role in cellular processes like regeneration or directed cell migration. Based on the knowledge about endogenous electricity, researchers are trying to use electric current to develop alternative therapies for pathological events.

The basis for the development of such therapies is the knowledge of the physiological and pathological mechanisms of the investigated areas of the body. Subsequently, the effect of an exogenous applied electric field on the cell types involved is investigated by in-vitro experiments.

This thesis deals with three different reseach areas: the skin, the heart and the bone tissue. First, the physiology and pathophysiology of the respective area will be described. Then, by analyzing the existing literature, the current state of research with regard to the influence of electrical stimulation on the cell physiology of the involved cell types is presented.

It turns out that externally applied current of physiological magnitude can fundamentally influence proliferation, migration behavior, protein synthesis and gene expression. Based on research results obtained in vitro, however, it is only possible to draw limited conclusions about possible modes of action in living organisms because the body's own physiological environment is missing. Also, the mechanisms behind the interaction of cells with an electric field are not yet understood, which further complicates the development of electric field-based therapies.