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Terahertzstrahlung: keine gentoxische Wirkung auf Hautzellen

Besonders interessant für:
  • Sicherheitstechnik
  • Fluggäste und Flughafenpersonal

Im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz hat die PTB in Kooperation mit drei weiteren Forschungsinstituten den Einfluss von Terahertzstrahlung auf menschliche Hautzellen untersucht. Es konnten keine gentoxischen Effekte gefunden werden.

In der PTB wurden erstmals exakte dosimetrische Berech­nungen für Strahlung bei 100 GHz durchgeführt. Die Grafik zeigt die Feld­verteilung in einem einfachen Proben­behälter aus Plexi­glas mit geringer Dämpfung bei Anre­gung von un­ten mit einer ebenen Welle der Feldstärke 100 V/m.

In immer mehr kommerziellen Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Körperscanner auf Flughäfen, wird der THz-Frequenzbereich zwischen 100 GHz und einigen THz, der bisher aufgrund der schwierigen Erzeugung und Detektion der Strahlung nur schwer zugänglich war, genutzt. Obwohl die Strahlung nicht ionisierend und damit nicht in der Lage ist, biologische Moleküle direkt zu beschädigen, musste geklärt werden, ob diese Art der Bestrahlung schädliche Auswirkungen auf das Wachstum von Zellen haben kann. Da THz-Strahlung weniger als 1 mm in den Körper eindringt, wurden Hautzellen für die Expositionsexperimente ausgewählt.

Die Kooperationspartner waren das Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig, das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig und das Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Würzburg. Die Wissenschaftler setzten unter definierten Umgebungsbedingungen zwei unterschiedliche menschliche Hautzelltypen (HaCaT-Keratinocyten und primäre Hautfibroblasten) kontinuierlicher THz-Strahlung bei verschiedenen Frequenzen zwischen 100 GHz und 2,52 THz aus, und zwar in einem modifizierten Inkubator bei Leistungsdichten unterhalb, direkt beim sowie etwas oberhalb des Grenzwertes der Leistungsdichte von 1 mW/cm2, der derzeit bis 300 GHz festgesetzt ist. Während der Expositionen wurden die Umgebungsbedingungen und die Expositionsleistungsdichten aufgezeichnet. Mithilfe von Shamexpositionen (ohne Feld) und Positivkontrollen (mit chemisch induzierter Wirkung) für die gewählten Endpunkte sowie einer verblindeten Auswertung der Proben wurden verlässliche Ergebnisse gewährleistet. Durch die auf SI-Einheiten rückgeführten Messungen der Leistungsdichte und durch anschließende Feldberechnungen im Probenbehälter wurde erstmals eine exakte Dosimetrie realisiert.

Nach der aufwendigen Auswertung der drei voneinander unabhängigen Versuchsreihen konnten bei keinem der verwendeten Endpunkte gentoxische Effekte festgestellt werden. Weder wurden in einem entsprechenden Test Mikrokerne detektiert noch ließen sich mithilfe des  Comet-Assays DNA-Bruchstücke nachweisen. Bei begleitenden Experimenten wurde jedoch festgestellt, dass die Exposition von AL-Zellen (einer Mensch-Hamster-Hybridzelllinie) bei 106 GHz zu einer Störung des Spindelapparates führt, dass also die Zellteilung in irgendeiner Form beeinträchtigt sein könnte. Im Rahmen einer dreimonatigen Projektverlängerung wurden Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen Spindelstörungen und dem Auftreten von Mikrokernen begonnen.

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Hintzsche, H.; Jastrow, C.; Kleine-Ostmann, T.; Stopper, H.; Schmid, E.; Schrader, T.: Terahertz Radiation Induces Spindle Disturbances in Human-Hamster Hybrid Cells, Rad. Res. 175 (2011) 569 – 574