Calcium and Viability Response to EMFs in MCF-7/MCF-10A Cells

Abstract

Breast cancer remains a major global health concern, highlighting the need for novel, non- invasive strategies that selectively target cancer cells while minimizing effects on normal tissue. Electromagnetic fields (EMFs) have emerged as a potential physical approach capable of modulating cellular behavior without direct chemical intervention. However, the mechanisms by which different EMF modalities influence intracellular calcium signaling and cell viability in cancer cells remain incompletely understood. This study investigates the effects of static and pulsed electromagnetic field (PEMF) exposure on intracellular calcium dynamics and cell viability in breast cancer cells (MCF-7), with non-tumorigenic breast epithelial cells (MCF-10A) used as a comparative control. To distinguish between direct and indirect EMF effects, two experimental models were employed: (1) exposure of cells to EMF- conditioned culture medium, and (2) direct PEMF application across five distinct field conditions with defined frequencies and field strengths. Intracellular calcium responses were monitored using Fluo-4 AM live-cell imaging at multiple time points following exposure, while cell viability was assessed up to 72 hours post-exposure. In addition, the involvement of calcium influx pathways was examined using the T-type calcium channel blocker mibefradil to evaluate the contribution of calcium channel activity to PEMF-induced cellular responses. By focusing on calcium signaling, cell viability, and exposure modality, this study aims to clarify whether EMF-induced effects arise from direct field–cell interactions or indirect medium-mediated mechanisms. The findings contribute to a better understanding of how PEMFs selectively influence breast cancer cell physiology and may inform the development of EMF-based, non-invasive approaches for cancer research and potential therapeutic applications. Keywords: Electromagnetic fields (EMFs); Pulsed electromagnetic fields (PEMFs); Breast cancer; MCF-7 cells; MCF-10A cells; Calcium signaling; Fluo-4 AM; Cell viability; T-type calcium channels; Mibefradil|MCF-7 및 MCF-10A 세포에서 전자기장에 대한 칼슘 신호 및 세포 생존도 반응 유방암은 여전히 전 세계적으로 중요한 보건 문제로 남아 있으며, 정상 조직에 대한 영향을 최소화하면서 암세포를 선택적으로 표적할 수 있는 새로운 비침습적 전략의 필요성을 부각시키고 있다. 전자기장은 직접적인 화학적 개입 없이 세포의 거동을 조절할 수 있는 잠재적인 물리적 접근법으로 부상하고 있다. 그러나 서로 다른 전자기장 노출 방식이 암세포에서 세포 내 칼슘 신호 전달과 세포 생존도에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 기전은 아직 충분히 이해되지 않았다. 본 연구는 유방암 세포주인 MCF-7 세포에서 정적 자기장 및 펄스형 전자기장 노출이 세포 내 칼슘 동역학과 세포 생존도에 미치는 영향을 조사하며, 비종양성 유방 상피 세포주인 MCF-10A 세포를 비교 대조군으로 사용하였다. 전자기장의 직접적 효과와 간접적 효과를 구분하기 위해 두 가지 실험 모델을 적용하였다. (1) 전자기장에 노출된 배지를 세포에 처리하는 모델과 (2) 주파수와 자기장 세기가 정의된 다섯 가지 조건에서의 직접적인 펄스형 전자기장 노출 모델이다. 세포 내 칼슘 반응은 노출 후 여러 시간 지점에서 Fluo-4 AM을 이용한 실시간 세포 이미징을 통해 모니터링하였으며, 세포 생존도는 전자기장 노출 후 최대 72시간까지 평가하였다. 또한, 펄스형 전자기장에 의해 유도되는 세포 반응에서 칼슘 채널 활성의 기여도를 평가하기 위해 T형 칼슘 채널 차단제인 미베프라딜을 사용하여 칼슘 유입 경로의 관여를 분석하였다. 본 연구는 칼슘 신호 전달, 세포 생존도, 그리고 노출 방식에 초점을 맞추어, 전자기장에 의해 유도되는 효과가 전자기장과 세포 간의 직접적인 상호작용에 의해 발생하는지 또는 배지를 통한 간접적 메커니즘에 의해 매개되는지를 규명하고자 하였다. 본 연구의 결과는 펄스형 전자기장이 유방암 세포의 생리적 특성에 선택적으로 영향을 미치는 방식에 대한 이해를 심화시키며, 향후 암 연구 및 잠재적인 치료 응용을 위한 전자기장 기반 비침습적 접근법의 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어: 전자기장; 펄스형 전자기장; 유방암; MCF-7 세포; MCF-10A 세포; 칼슘 신호 전달; Fluo-4 AM; 세포 생존도; T형 칼슘 채널; 미베프라딜.