Mitigation of 3.5 GHz Electromagnetic Fields Radiation-induced Toxicity in BV2 Microglial Cells and Zebrafish Embryos by Biochanin A

Abstract

Emerging evidence highlights the biological risks associated with electromagnetic fields (EMF) generated by electronic devices. Biochanin A is a naturally occurring isoflavone compound in plants like red clover. The toxic effects and mechanisms induced by exposure to EMF on microglial cells and natural substances that inhibit it are limited. This study explored the toxicological effects of exposure to 3.5 GHz EMF radiation, commonly emitted by smartphones working in 5G communication or cooking using microwave oven, on BV2 mouse brain microglial cells and examined the protective effect of biochanin A in it. Of note, acute (2 h) exposure to 3.5 GHz EMF significantly inhibited the growth of BV2 cells, along with elevating levels of reactive oxygen species (ROS) and phosphorylation of JNK-1/2, p38 MAPK, and eIF-2α. Remarkably, biochanin A at 2.5 or 10 μM blocked 3.5 GHz EMF-induced growth inhibition of BV2 cells. Biochanin A at 10 μM further suppressed 3.5 GHz EMF-induced JNK-1/2 phosphorylation and ROS production in BV2 cells. In contrast, biochanin A at 10 μM did not affect 3.5 GHz EMF-induced p38 MAPK phosphorylation in BV2 cells. Of importance, acute exposure to 3.5 GHz EMF induced severe toxicity in zebrafish embryos, and biochanin A at 10 μM effectively blocked it. In conclusion, these results demonstrate that acute exposure to 3.5 GHz EMF causes strong BV2 cytotoxicity and zebrafish embryotoxicity and biochanin A mitigates them, mediated through control of JNK-1/2 phosphorylation and ROS production.

최근 연구에서 다양한 전자기기로부터 일상생활 중 방출되는 전자파의 생물학적 위해성이 강조되고 있다. 천연물 바이오차닌 A는 레드 클로버와 같은 식물에서 발견되는 이소플라본 화합물이다. 현재 전자파의 뇌미세아교세포 독성 효과 및 기전이 불불명하고, 또한 전자파 유발 뇌미세아교세포 독성을 억제(감소)할 수 있는 천연물질 역시 제한적이다. 이에 본 연구에서 5G 통신 스마트폰 또는 전자레인지에서 방출되는 3.5 GHz 주파수의 EMF 노출에 따른 BV2 마우스 뇌미세아교세포 독성과 제브라피쉬 배아 독성을 분석하고 이에 대한 바이오차닌 A의 보호 효과를 조사하였다. 흥미롭게도 3.5 GHz EMF를 2 시간 노출 시 BV2 세포의 수적 감소와 함께 이들 세포내 활성산소종 증가 및 JNK-1/2, p38 MAPK, eIF-2α의 인산화 증가가 나타났다. 놀랍게도, 바이오차닌 A를 2.5 또는 10 μM 투여 시 전자파에 의한 BV2 세포의 수적 감소가 크게 완화되었다. 또한 바이오차닌 A를 10 μM 투여 시 전자파 노출시킨 BV2 세포내 JNK-1/2 인산화 및 활성산소종 증가를 크게 억제하였다. 이와는 달리 바이오차닌 A를 10 μM 투여 시 전자파 노출시킨 BV2 세포내 p38 MAPK 인산화 증가는 변화를 보이지 않았다. 중요하게도 3.5 GHz EMF를 2 시간 노출 시 제브라피쉬 배아 독성이 크게 나타났으나, 바이오차닌 A를 10 μM 투여 시 전자파 유발 제브라피쉬 배아 독성이 크게 완화되었다. 결론적으로, 단시간 전자파 (3.5 GHz) 조사가 BV2 뇌미세아교세포 및 제브라피쉬 배아에서 강한 독성을 유발하였고, 바이오차닌 A는 이러한 전자파 유발 BV2 뇌미세아교세포 및 제브라피쉬 배아 독성에 대해 강한 보호효과를 나타냈다. 바이오차닌 A는 (JNK-1/2 인산화 및 활성산소종 감소 통해) 급성 전자파 유발 뇌미세아교세포 독성을 완화함으로써 단시간 (또는 장기간) 전자파 유발 뇌(세포)손상 또는 질환의 예방/치료제로 사용될 수 있음을 제안한다.