Ein Schalter für die innere Uhr

Forscher:innen der Universität Innsbruck untersuchten die Wirkung von Kernspinresonanz auf die innere Uhr von Zellen zu unterschiedlichen Tageszeiten. Zu ihrer Überraschung ließ sich die Uhr sowohl einschalten als auch ausschalten, je nachdem ob die Behandlung tagsüber oder während der Nacht durchgeführt wurde. Die beobachteten Magnetfeldeffekte beruhen auf quantenbiologischen Vorgängen.

In einer neuen Studie hat ein Team um Margit Egg vom Institut für Zoologie der Universität Innsbruck Zellen von Mäusen mit therapeutischer Kernspinresonanz (tNMR) bestrahlt, um die bereits seit längerem vermutete Wirkung von schwachen Magnetfeldern auf die innere Uhr von Säugerzellen zu untersuchen. Bei der Kernspinresonanz-Therapie handelt es sich gewissermaßen um die abgespeckte Version eines MRTs. Sie kombiniert ein schwaches Magnetfeld mit einer entsprechenden Radiowelle, die Wasserstoffprotonen von bestrahlten Zellen und Geweben in Resonanz bringen. Die dabei übertragene Energie wird nach der Therapie wieder an die Zellen abgeben. „Wegen des deutlich schwächeren Magnetfelds, das bei tNMR zum Einsatz kommt, und der entsprechend niedereren Radiofrequenz, ist die Behandlung absolut nicht invasiv und wird bereits seit zwei Jahrzehnten zur Therapie von Arthrose, Osteoporose und zur Wundheilung eingesetzt“, erzählt Margit Egg.

Früher veröffentlichte Ergebnisse der Forschungsgruppe haben gezeigt, dass die Kernspinresonanz den gesamten Stoffwechsel der Zelle verändert. Unter anderem wird der Laktatstoffwechsel heruntergefahren, während sich die Zellatmung trotz Sauerstoffmangel stabilisiert. In der neuen Studie konnte das Team um Margit Egg nun zeigen, dass parallel dazu die innere Uhr von Zellen sowohl eingeschalten als auch ausgeschalten werden kann. „Dieser Effekt ist abhängig von der Tageszeit zu der die Behandlung durchgeführt wird, in den frühen Tagesstunden oder aber in der ersten Nachthälfte“, erklärt die Biologin. „Abhängig davon wird die innere Uhr eingeschalten oder ausgeschalten.“ Das Sauerstoffradikal Superoxid erwies sich dabei als Schnittstelle zwischen dem physikalischen Magnetfeld und der lebenden Zelle. Da die innere Uhr, ebenso wie der Sauerstoffsignalweg, bei Erkrankungen wie Herzinfarkt, Schlaganfall oder Krebs eine zentrale Rolle spielt, erweitern diese Forschungserkenntnisse das medizinische Behandlungsspektrum.

Neue Ansätze für Quantenbiologie und Medizin

Ob für die beobachteten Effekte das Magnetfeld, die Radiowellen oder aber ausschließlich die Kombination der beiden in Form der tNMR verantwortlich ist, will das Team in weiteren Studien erforschen. Die Ergebnisse sind auch für die Quantenbiologie von Interesse, weil dadurch neue Erkenntnisse für den so genannten Radikalpaarmechanismus gewonnen werden können. Dieser Mechanismus wurde schon bisher zur Erklärung der Fähigkeit von Zugvögeln herangezogen, sich nach dem Erdmagnetfeld zu orientieren. „Unsere letzten Studien zeigen nun, dass der Radikalpaarmechanismus nicht nur die Grundlage für den Magnetsinn der Zugvögel bildet, sondern auch eine immer größer werdende Zahl von zu Tage tretenden Magnetfeldeffekten in Zellen erklären kann, die ein enormes therapeutisches Potential tragen. Die Steuerung der inneren Uhr, die bei zahlreichen Erkrankungen eine Rolle spielt, ist einer davon“, erklärt Margit Egg.

„Die Quantenbiologie ist bereits seit Jahrzehnten ein etabliertes Forschungsfeld, in der öffentlichen Wahrnehmung wird sie aber immer noch mit Esoterik in Zusammenhang gebracht“, erklärt Margit Egg. „Quantenbiologie befasst sich mit allen Vorgängen in Lebewesen, die sich nicht durch klassische physikalische Gesetze erklären lassen, sondern nur durch Prinzipien der Quantenmechanik. Im Vorjahr fand in den USA die erste internationale Konferenz zur Quantenbiologie statt, bei der Fachleute aus Physik, Biochemie und Biologie erstmals nach Jahrzehnten isolierter Forschung in den jeweiligen Fachgebieten zusammenkamen.“ Gemeinsam mit Viktoria Thöni, die in diesem Jahr promoviert wird, will Margit Egg sich auch in Zukunft verstärkt mit der Quantenbiologie beschäftigen. Zudem behandelt sie das Thema bereits ausführlich in ihrer Lehre. Damit rückt die Universität Innsbruck zunehmend in die Nähe der Universität Surrey in Großbritannien die zurzeit den weltweit einzigen PhD-Studiengang zu Quantenbiologie anbietet und mit der ein reger Austausch besteht. Unter den Studierenden herrscht bereits großes Interesse.

Margit Egg, die die Gruppen Magnetfeldeffekte und Chronobiologie am Institut für Zoologie leitet, führte die aktuelle quantenbiologische Studie gemeinsam Viktoria Thöni sowie mit Elitsa Dimova und Thomas Kietzman von der Universität Oulu, Finnland, und dem Spin-Biochemiker Robert Usselman von der FloridaTech, USA, durch. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im renommierten Fachjournal Redox Biology. Finanziell unterstützt wurde die Forschung von MedTec Company, Wetzlar Germany/Lifco AB Schweden, sowie der Universität Innsbruck.

Zusätzliche Information: Ein Video zu Kernspinresonanz-Therapie und der Studie am Institut für Zoologie finden Sie hier: https://youtu.be/qhTDNeN0KAQ

Publikation: Therapeutic nuclear magnetic resonance and intermittent hypoxia trigger time dependent on/off effects in circadian clocks and confirm a central role of superoxide in cellular magnetic field effects. Viktoria Thoeni, Elitsa Y. Dimova, Thomas Kietzmann, Robert J. Usselman and Margit Egg. Redox Biology 72, 103152 (2024) DOI: 10.1016/j.redox.2024.103152