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V. Thöni, A. Buchter, A. Flarer, J. Lampe, C. Schlegel & M. Egg., 2025: Therapeutische Kernspinresonanz (tNMR) verstehen: Die Aufspaltung von Komponenten zeigt ihre einzigartige Wirksamkeit, Konferenz-Poster, BiOS, 2025, San Francisco, California, USA, in Proceedings Volume 13340, Quantum Effects and Measurement Techniques in Biology and Biophotonics II; 133400E (2025)
Die therapeutische Kernspinresonanz (tNMR, MBST® Wetzlar, Deutschland) wurde aus der MRT abgeleitet, wobei die Magnetfeldintensität auf 0,4 mT und die Radiofrequenz auf <18 kHz reduziert wurde, um Wasserprotonenresonanzbedingungen zu induzieren. Es war jedoch nicht bekannt, ob Protonenresonanzen für die vielfältigen zellulären Effekte, wie z.B. Veränderungen der zirkadianen Uhr, des hypoxischen Signalwegs und der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), essentiell sind. Daher wurden Chipkarten so konzipiert, dass sie selektiv entweder tNMR, das Sweep-Feld (0,4 mT, 50 Hz) oder die Radiofrequenz (bis zu 18 kHz) induzieren. Vorläufige Daten deuten nun auf unterschiedliche zelluläre Reaktionen für jeden der drei Modi hin, was die ROS-Partitionierung, den Laktatstoffwechsel und die zellulären Proliferationsraten betrifft. Interessanterweise beeinflusste tNMR zelluläre Prozesse, von denen bekannt ist, dass sie Protonengradienten erfordern, wie z. B. die mitochondriale Atmung und das Laktat-Shuttling über protonengekoppelte Monocarboxylat-Transporter. Vorläufige Daten deuten nun auf unterschiedliche zelluläre Reaktionen für jeden der drei Modi hin, was die ROS-Partitionierung, den Laktatstoffwechsel und die zellulären Proliferationsraten betrifft. Interessanterweise beeinflusste tNMR zelluläre Prozesse, von denen bekannt ist, dass sie Protonengradienten erfordern, wie z. B. die mitochondriale Atmung und das Laktat-Shuttling über protonengekoppelte Monocarboxylat-Transporter. Dies deutet darauf hin, dass tNMR möglicherweise die zellulären Protonenantriebskräfte erhöht. Zusammenfassend unterstreichen unsere Ergebnisse ein enormes Potenzial für alle drei Anwendungen, tNMR, Sweep-Feld und Radiofrequenz, und unterstreichen die einzigartige Rolle der tNMR.
M. Egg & T. Kietzmann, 2025: Kleine Schläge fällen große Eichen: Der Einsatz schwacher Magnetfelder und reaktiver Sauerstoffspezies zur Krebsbekämpfung, Redox Biology 79 (2025) 103483
Die Zunahme von Krebserkrankungen im Frühstadium, insbesondere von Magen-Darm-, Brust- und Nierenkrebs, wird mit Veränderungen der Lebensweise wie dem Verzehr von verarbeiteten Lebensmitteln und Bewegungsmangel in Verbindung gebracht, die zu Fettleibigkeit und Diabetes – wichtigen Krebsrisikofaktoren – beitragen. Herkömmliche Behandlungen wie Chemotherapie und Bestrahlung führen häufig zu schweren Langzeitnebenwirkungen, einschließlich Sekundärkrebs und Gewebeschäden, was den Bedarf an neuen, sichereren und wirksameren Therapien, insbesondere für junge Patienten, deutlich macht. Schwache elektromagnetische Felder (WEMF) bieten einen vielversprechenden nicht-invasiven Ansatz für die Krebsbehandlung. Während WEMF bereits seit Jahrzehnten therapeutisch bei Erkrankungen des Bewegungsapparats eingesetzt werden, ist ihre Rolle in der Onkologie noch im Entstehen begriffen. WEMF beeinflussen mehrere zelluläre Prozesse durch Mechanismen wie den Radikalpaar-Mechanismus (RPM), der u. a. den Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die mitochondriale Funktion und die Glykolyse verändert. In dieser Übersichtsarbeit wird das Potenzial von WEMF in Verbindung mit reaktiven Sauerstoffspezies als Krebstherapie untersucht, wobei die selektive Ausrichtung von WEMF auf Krebszellen und die nicht-ionisierende Natur von WEMF hervorgehoben werden, die im Vergleich zu konventionellen Behandlungen Kollateralschäden reduzieren könnte. Darüber hinaus kann die Synchronisierung von WEMF mit zirkadianen Rhythmen die therapeutische Wirksamkeit weiter erhöhen, wie dies bereits bei anderen Krebstherapien nachgewiesen wurde.
V. Thoeni, E. Y. Dimova, T. Kietzmann, R. J. Usselman & M. Egg, 2024: Therapeutische Kernspinresonanz und intermittierende Hypoxie lösen zeitabhängige On-/Off-Effekte in zirkadianen Uhren aus und bestätigen eine zentrale Rolle von Superoxid bei zellulären Magnetfeldwirkungen, Redox Biology, 06/2024, 72, 103152
Es wird angenommen, dass zelluläre Magnetfeldeffekte auf der kohärenten Singulett-Triplett-Umwandlung von Radikalpaaren beruhen, die empfindlich auf angelegte Hochfrequenz- und schwache Magnetfelder (WEMFs) reagieren, was als Radikalpaar-Mechanismus (RPM) bekannt ist. Als führendes Modell erklärt der RPM, wie Quanteneffekte die biochemische und zelluläre Signalgebung beeinflussen können. Folglich erzeugen Radikalpaare reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die den RPM mit Redox-Prozessen, wie der Reaktion auf Hypoxie und der zirkadianen Uhr, verbinden. Die therapeutische Kernspinresonanz (tNMR) nimmt im RPM-Paradigma eine Sonderstellung ein, da die verwendeten Frequenzen weit unter dem Bereich von 0,1-100 MHz liegen, der für das Auftreten des RPM postuliert wird. Dennoch wurde gezeigt, dass tNMR ähnliche Effekte wie RPM hervorruft, wie z. B. erhöhte extrazelluläre H2O2-Spiegel und veränderte zelluläre Bioenergetik. In dieser Studie verglichen wir die Auswirkungen von tNMR und intermittierender Hypoxie auf die zirkadiane Uhr sowie die Rolle von Superoxid bei der tNMR-induzierten ROS-Verteilung. Wir zeigen, dass sowohl tNMR als auch intermittierende Hypoxie On-/Off-Effekte auf die zellulären Uhren ausüben, die vom Zeitpunkt der Anwendung (Tag oder Nacht) abhängig sind. Darüber hinaus liefern unsere Daten weitere Beweise dafür, dass Superoxid eine zentrale Rolle bei der magnetischen Signaltransduktion spielt. tNMR in Kombination mit Radikalfängern wie Vitamin C führte zu einer starken Umverteilung von ROS-Produkten. Diese Entdeckung könnte der erste Hinweis auf radikale Dreiergruppen in biologischen Systemen sein.
A. Rad, L. Weigl, B. Steinecker-Frohnwieser, S. Stadlmayr, F. Millesi, M. Haertinger, A. Borger, P. Supper, L. Semmler, S. Wolf, A. Naghilou, T. Weiss, H. G. Kress & C. Radtke, 2024: Die Behandlung mit Kernspinresonanz induziert die Freisetzung von ßNGF aus Schwann-Zellen und fördert das Neuritenwachstum von Dorsalwurzelganglien-Neuronen in vitro, Cells, 13, 1544.
Die Regeneration peripherer Nerven hängt von der engen Interaktion zwischen Neuronen und Schwann-Zellen (SCs) ab. Nach einer Nervenverletzung produzieren SCs Wachstumsfaktoren und Zytokine, die für das Nachwachsen der Axone entscheidend sind. Frühere Studien zeigten, dass der Überstand von SCs nach einer Kernspinresonanztherapie (NMRT) das Überleben und die Neuritenbildung des Spinalganglions (DRG) von Ratten in vitro erhöhte. Ziel dieser Studie war es, die Faktoren zu identifizieren, die an der Übertragung der beobachteten NMRT-induzierten Effekte auf SCs und folglich auf DRG-Neuronen beteiligt sind.
Konditionierte Medien von NMRT-behandelten (CM NMRT) und unbehandelten SCs (CM CTRL) wurden mit Beta-Nervenwachstumsfaktor (ßNGF) ELISA und Multiplex-Zytokin-Panels getestet, um ein Profil der sezernierten Faktoren zu erstellen. Die Expression von nozizeptiven Transient-Receptor-Potential-Vanilloid-1-Kanälen (TRPV1) wurde bewertet und die intrazelluläre Kalziumreaktion in DRG-Neuronen auf hochkaliumhaltige Lösung, Capsaicin oder Adenosintriphosphat, die schädliche Reize imitieren, gemessen. NMRT induzierte die Sekretion von ßNGF und pro-regenerativen Signalfaktoren. Experimente mit blockierten Antikörpern bestätigten ßNGF als den Hauptfaktor, der für die neurotrophen/neuritogenen Wirkungen der CM-NMRT verantwortlich ist.
Die TRPV1-Expression oder die Empfindlichkeit gegenüber spezifischen Reizen wurde nicht verändert, während die Lebensfähigkeit von kultivierten DRG-Neuronen erhöht wurde. Die positiven Effekte von CM NMRT-Überstand auf DRG-Neuronen werden hauptsächlich durch erhöhte ßNGF-Spiegel vermittelt.
V. Thöni, D. Mauracher, A. Ramalingam, B. Fiechtner, A. M. Sandbichler & M. Egg, 2022: Quanteneffekte der therapeutischen Kernspinresonanz reduzieren nachhaltig die Glykolyse, iScience, 12/2022
Es ist bekannt, dass elektromagnetische Felder das Uhrenprotein Cryptochrom dazu veranlassen, intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies (ROS) über den quantenbasierten Radikalpaar-Mechanismus (RPM) in Säugetierzellen zu modulieren. Kürzlich wurde gezeigt, dass die therapeutische Kernspinresonanz (tNMR) den Proteingehalt des mit der zirkadianen Uhr assoziierten Hypoxia Inducible Factor-1a (HIF-1a) in einer nichtlinearen Dosis-Wirkungsbeziehung verändert. Anhand von synchronisierten NIH3T3-Zellen zeigen wir, dass tNMR
unter Normoxie und Hypoxie den zellulären Stoffwechsel nachhaltig verändert. Nach einer normoxischen tNMR-Behandlung sind die Glykolyse, die Laktatproduktion, die extrazelluläre Versauerungsrate, das Verhältnis von ADP/ATP und die zytosolischen ROS reduziert, während die mitochondrialen und extrazellulären ROS sowie die Zellproliferation erhöht sind. Bemerkenswerterweise sind diese Effekte nach einer hypoxischen tNMR-Behandlung noch ausgeprägter, da sie den zellulären Stoffwechsel zu einer reduzierten Glykolyse treiben, während die mitochondriale Atmung auch während der Reoxygenierung konstant gehalten wird. Daher schlagen wir tNMR als potenzielles therapeutisches Mittel bei ischämiebedingten Krankheiten wie Entzündungen, Infarkten, Schlaganfällen und Krebs vor.
A. Mann, B. Steinecker-Frohnwieser, A. Naghilou, F. Millesi, P. Supper, L. Semmler, S. Wolf, L. Marinova, L. Weigl, T. Weiss & C. Radtke, 2022: Kernspinresonanz-Behandlung beschleunigt die Regeneration von Neuronen des Dorsalwurzelganglions in vitro, Frontiers in Cellular Neuroscience, 03/2022, 16, 859545
Die funktionelle Erholung nach Verletzungen peripherer Nerven hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Schwann-Zellen (SCs) spielen eine Schlüsselrolle im Regenerationsprozess, da sie reparaturspezifische Funktionen entwickeln, um das Nachwachsen von Axonen zu fördern. Chronisch denervierte Schwannzellen verlieren jedoch ihren Reparaturphänotyp, was als Hauptgrund für das Scheitern der Regeneration angesehen wird. Frühere Studien berichteten über eine modulierende Wirkung einer niedrigen Kernspinresonanztherapie (NMRT) auf die Zellproliferation und die Genexpression. Um einen ersten Einblick in eine mögliche Wirkung von NMRT auf Zellen zu erhalten, die an der Regeneration peripherer Nerven beteiligt sind, wurde in dieser Studie untersucht, ob NMRT in der Lage ist, das zelluläre Verhalten von primären SC- und Dorsalwurzelganglien (DRG)-Neuronen-Kulturen in vitro zu beeinflussen. Die Wirkung von NMRT auf Ratten-SCs wurde durch den Vergleich von Morphologie, Reinheit, Proliferationsrate und Expressionsniveau von (Reparatur-)SC-assoziierten Genen zwischen NMRT-behandelten und unbehandelten SC-Kulturen bewertet. Darüber hinaus wurde der Einfluss von (1) NMRT und (2) dem aus NMRT-behandelten SC-Kulturen gewonnenen Medium auf die Regeneration von DRG-Neuronen der Ratte durch Analyse des Neuritenwachstums und des neuronalen Differenzierungsstatus untersucht. Unsere Ergebnisse zeigten, dass NMRT die Proliferation von SCs stimulierte, ohne deren Morphologie, Reinheit oder Expression von (Reparatur-) SC-assoziierten Markern zu verändern. Darüber hinaus förderte NMRT die Regeneration von DRG-Neuronen, was sich in einem erhöhten Zellüberleben, einer verbesserten Bildung von Neuritennetzwerken und einem fortgeschrittenen neuronalen Differenzierungsstatus zeigte. Darüber hinaus war das Medium der mit NMRT behandelten SC-Kulturen ausreichend, um das Überleben der DRG-Neuronen und das Wachstum der Neuriten zu unterstützen. Diese Ergebnisse zeigen eine positive Auswirkung von NMRT auf das Überleben von DRG-Neuronen und die Neuritenbildung, die in erster Linie durch die Stimulation von SC vermittelt wird. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die NMRT als nicht-invasive zusätzliche Behandlungsoption für periphere Nervenverletzungen geeignet sein könnte, und regen zu weiteren Studien an, die die Wirkung der NMRT in einem physiologischen Kontext untersuchen.
V. Thöni, R. Oliva, D. Mauracher & M. Egg, 2021: Therapeutische Kernspinresonanz beeinflusst den zentralen Uhrmechanismus und den assoziierten Hypoxie-induzierten Faktor-1, Chronobiology international, 38(8), 1120–1134
Die Wissenschaft ist zunehmend am Einfluss schwacher elektromagnetischer Felder auf circadiane Uhren von Zellen und Geweben interessiert, entweder als therapeutisches Werkzeug oder als potenzielle Umweltgefährdung. Kernspinresonanz (KSR) bezieht sich auf die Eigenschaft bestimmter Zellkerne, die Energie von Hochfrequenzwellen in einem korrespondierenden Magnetfeld zu absorbieren. KSR bildet die Grundlage für die Magnetresonanztomographie (MRT), die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) und, in einer Form mit schwacher Intensität, die Kernspinresonanztherapie (KSRT). Da die circadiane Uhr bidirektional mit dem Hypoxie- Signalweg in Wirbel- und Säugetieren verknüpft ist, stellten wir die Hypothese auf, dass schwache elektromagnetische Felder, wie sie beispielsweise bei der KSRT zur Anwendung kommen, nicht nur circadiane Uhren sondern auch den Hypoxie-induzierten Faktor-1α (HIF-1α) beeinflussen könnten. HIF-1α ist als Hauptregulator des Hypoxie- Signalweges dafür bekannt, die circadiane Amplitude bei verringerter Sauerstoffverfügbarkeit zu dämpfen, während die Hypoxie- Antwort von Zellen und Organismen selbst eng von der circadianen Uhr kontrolliert wird. Im Rahmen eines ersten Versuchs untersuchten wir, ob die KSRT in der Lage ist, als Zeitgeber für den zentralen Uhrmechanismus von nicht synchronisierten Fibroblastenzellen von Zebrafisch und Maus zu agieren, wobei die direkte Bestrahlung mit Licht und die Behandlung mit dem Glucocorticoid Dexamethason als Referenzen verwendet wurden. Die KSRT beeinflusste die zellautonomen Uhren von nicht synchronisierten Mausfibroblastenzellen NIH3-T3 signifikant, agierte aber nicht als Zeitgeber. Ähnlich der Lichtbestrahlung und im Gegensatz zur Behandlung mit Dexamethason synchronisierte die KSRT keine Expressionsprofile von Mausuhrgenen. Die Bestrahlung mit KSRT und Licht veränderte jedoch die mRNA- und Proteinexpressionsspiegel von Cryptochrom1, Cryptochrom2 und Clock1 über mehr als 24 Stunden signifikant. Die Veränderungen auf mRNA und Proteinebene nach unterschiedlichen Behandlungsdauern (d. h. 6 und 12 Stunden) erwiesen sich als nichtlinear. Eine nichtlineare Dosis-Wirkungs-Beziehung ist ein bekanntes Phänomen der Wirkung von elektromagnetischen Feldern auf biologische Systeme. Die größten Veränderungen wurden im HIF-1α-Protein der Maus festgestellt und zeigten wiederum eine nichtlinear Dosis-Wirkungs-Beziehung. Im Gegensatz zu Mauszellen reagierten die Zebrafischfibroblasten überhaupt nicht auf die KSRT. Licht – ein bedeutender Zeitgeber für die peripheren Uhren von Fischen – führte zu den erwarteten synchronisierten Uhrgenoszillationen mit hoher Amplitude. Das gleiche zeigte sich für Dexamethason. Wir kommen daher zu der Schlussfolgerung, dass die peripheren Uhren von Säugetieren empfindlicher auf die KSRT reagieren als Fischfibroblasten, die unter direkter Lichtbestrahlung synchronisiert werden. Obwohl Licht und KSRT nicht als Zeitgeber für die circadianen Uhren von nicht synchronisierten Mauszellen agierten, könnten die signifikanten beobachteten Wirkungen auf nachgelagerte zellphysiologische Auswirkungen hinweisen, die weitere Untersuchungen rechtfertigen. Abgesehen von den beobachteten Effekten der KSRT auf den zentralen Uhrmechanismus von Säugetierzellen, könnte die Technologie jedoch den ersten nicht medikamentösen bzw. nicht pharmakologischen Ansatz zur Modifizierung des HIF-1α-Proteins in Zellen und Geweben darstellen. HIF-1α und die zugehörige circadiane Uhr spielen wichtige Rollen bei Erkrankungen mit ischämischen Hintergrund, wie beispielsweise Herzinfarkt, Schlaganfall und Krebs, sowie bei Infektionskrankheiten wie Covid-19. Aus diesem Grund könnten schwache Magnetfelder, wie sie bei der KSRT zur Anwendung kommen, von bedeutendem medizinischem Interesse sein.
B. Steinecker-Frohnwieser, B. Lohberger, N. Eck, A. Mann, C. Kratschmann, A. Leithner, W. Kullich & L. Weigl, 2021: Kernspinresonanztherapie moduliert das miRNA-Profil in humanen primären OA-Knorpelzellen und hemmt die Entzündung in Tc28/2a-Zellen, International Journal of Molecular Sciences, 05/2021, 22(11), 5959
Die Kernspinresonanztherapie (Nuclear magnetic resonance therapy = NMRT) wird als Akteur an Reparaturprozessen im Knorpel und als Einfluss auf die Schmerzsignalgebung diskutiert. Um die Anwendung der NMRT zu untermauern, wurden die zugrunde liegenden Mechanismen auf zellulärer Ebene untersucht. In dieser Studie wurde mikroRNA (miR) aus primären gesunden menschlichen Chondrozyten und Chondrozyten mit Osteoarthritis (OA) nach NMR-Behandlung extrahiert und mit dem Ion PI Hi-Q™ Sequencing 200 System sequenziert. Darüber hinaus wurden T/C-28a2-Chondrozyten, die unter hypoxischen Bedingungen gewachsen waren, auf IL-1β-induzierte Veränderungen der Expression auf RNA- und Proteinebene untersucht. Die HDAC-Aktivität und NAD(+)/NADH wurden durch Lumineszenzdetektion gemessen. In OA-Chondrozyten waren miR-106a, miR-27a, miR-34b, miR-365a und miR-424 herunterreguliert. Diese Herabregulierung wurde durch NMRT umgekehrt. miR-365a-5p ist bekannt dafür, dass es direkt auf HDAC und NF-ĸB abzielt, und es wurde eine Abnahme der HDAC-Aktivität durch NMRT festgestellt. NAD+/NADH wurde durch die NMR-Behandlung in OA-Chondrozyten reduziert. Unter hypoxischen Bedingungen veränderte NMRT das Expressionsprofil von HIF1, HIF2, IGF2, MMP3, MMP13 und RUNX1. Wir kommen zu dem Schluss, dass NMRT das miR-Profil verändert und den HDAC und die NAD(+)/NADH-Signalübertragung in menschlichen Chondrozyten moduliert. Diese Ergebnisse unterstreichen einmal mehr, dass NMRT den IL-1β-induzierten Veränderungen entgegenwirkt, indem es die katabolen Effekte reduziert und so die Entzündungsmechanismen unter OA durch die Veränderung des NF-ĸB-Signals verringert.
V. Thöni, 2019: Auswirkungen von Lichtbestrahlung, Kernspinresonanz (NMR) und Dexamethason-Behandlung auf die transkriptionelle Uhr der Maus Fibroblasten-Zelllinie NIH3T3, Masterarbeit, Universität Innsbruck, Zoologie Department
Die Kernspinresonanz (NMR) ist ein physikalisches Phänomen, das für die Bildgebung (Magnetresonanztomographie, MRT) und, bei geringerer Intensität, als therapeutisches Instrument (Kernspinresonanztherapie , tNMR) in der regenerativen Medizin und bei Erkrankungen des Bewegungsapparats eingesetzt wird. Über die biologischen Wirkungen der Kernspinresonanz ist jedoch praktisch nichts bekannt. Erst wurde kürzlich gezeigt, dass die zirkadiane Uhr von Zebrafischzellen und -larven durch die tNMR unter konstanter Dunkelheit beeinflusst wird. Um diese Erkenntnisse auf den Menschen übertragen zu können, haben wir uns nun daran gemacht, die Auswirkungen von tNMR auf eine Säugetierzelllinie, die Mausfibroblasten NIH3T3, zu untersuchen. Zu diesem Zweck entwarfen wir Primer für die quantitative Echtzeit-qPCR (qRT-PCR), um die mRNA-Spiegel der wichtigsten murinen Uhrengene quantifizieren zu können. Das Primerdesign erfolgte über die konservierten Regionen der wichtigsten Uhrengene Cry1, Cry2, Clock1, Per1 und Per2, die durch Vergleich der jeweiligen mRNA-Sequenzen von Zebrafisch, Maus und Mensch bestimmt wurden. Wir kultivierten dann Fibroblasten von Maus (NIH3T3) und Zebrafisch (Z3) und setzten sie entweder direkt Licht, tNMR oder Dexamethason aus. Der Vergleich zwischen den verschiedenen Behandlungen wurde durchgeführt, um die Auswirkungen von tNMR auch qualitativ charakterisieren zu können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass tNMR die transkriptionelle Uhr von Mausfibroblasten nicht synchronisiert, wie es Dexamethason tat. Allerdings reduzierte tNMR die mRNA-Expression der murinen Cry1-, Cry2-, Clock1- und Per2-Gene unter konstanten dunklen Bedingungen erheblich. Die durch tNMR induzierten Effekte in Mäusezellen ähnelten damit denen einer direkten Lichtexposition, die auch zu einer verringerten mRNA-Expression bestimmter Uhrengene führte. Die transkriptionelle Uhr von Zebrafischzellen wiederum wurde durch Dexamethason beeinträchtigt und durch Licht synchronisiert, wie aus der
Literatur bekannt, reagierte aber nicht auf die Behandlung mit tNMR. Interessanterweise spielen die betroffenen Uhrgene bei Mäusen eine entscheidende Rolle bei der Knochenbildung und bei der entzündungshemmenden Immunantwort. Daher unterstützt diese Studie das Potenzial von tNMR als therapeutisches Instrument für chronische Krankheiten, die mit der zirkadianen Uhr zusammenhängen, obwohl weitere Forschung auf der Proteinebene durchgeführt werden muss.
B. Steinecker-Frohnwieser, W. Kullich, A. Mann, H. G. Kress & L. Weigl, 2018: Die therapeutische Kernspinresonanz verändert den intrazellulären Kalziumhaushalt und senkt den Interleukin-1β-induzierten Anstieg der NF-κB-Aktivität in Chondrozyten, Clinical and Experimental Rheumatology 2018, 36, 294–301
Ziel: Arthrose stellt die häufigste chronische Gelenkerkrankung dar und ist durch die Zerstörung von Gelenkknorpel gekennzeichnet. Daher besteht ein äußerst großes Interesse an der Entwicklung neuer, effektiverer und vor allem nicht-invasiver Methoden für eine erfolgreiche Schmerzlinderung bei Arthrose-Patienten. In klinischen Beobachtungen konnten positive Effekte der therapeutisch eingesetzten Kernspinresonanz für die Behandlung von schmerzhaften Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems demonstriert werden. In dieser Studie wurde der zelluläre Wirkungsmechanismus der Kernspinresonanztherapie auf Chondrozyten untersucht.
Methoden: Menschliche Chondrosarkomzellen der Zelllinie Cal-78 wurden durch eine Behandlung mit IL-1β in einen Entzündungszustand gebracht. Die mit Kernspinresonanz behandelten Zellen wurden mit Fura-2-AM beladen und Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentration, induziert durch Histamin, untersucht. Zusätzlich wurden die Effekte von IL-1β und der Kernspinresonanzbehandlung mit Hilfe der Bestimmung der Konzentrationen an intrazellulärem ATP sowie die Aktivität von MAP-Kinasen und NF-κB untersucht.
Ergebnisse: Die Kernspinresonanztherapie bewirkte eine Erhöhung des basalen [Ca2+]i. auf die intrazelluläre Kalziumsignalübertragung. Die durch 10 μM Histamin hervorgerufene Zunahme in der intrazellulären Ca2+-Konzentration Kalzium wurde durch IL-1β erhöht, ein Effekt, der über die Behandlung mit der Kernspinresonanztherapie umgekehrt werden konnte. Die Untersuchung verschiedener Kinaseaktivitäten zeigte bei, durch Kernspinresonanz stimulierten Zellen, einen leichten Anstieg der Aktivität von MAPK/ERK und MAPK/JNK, MAPK/p38 hingegen wurde herunterreguliert. Eine mit IL-1β-induzierten Senkung von intrazellulärem ATP sowie die erhöhte NF-κB-Aktivität wurden durch Kernspinresonanzstimulation umgekehrt.
Schlussfolgerung: Unter entzündlichen Bedingungen beeinflusste die ernspinresonanztherapie die zellulären Funktionen durch eine Anpassung des zellulären Kalziumanstiegs und/oder einer Kalziumfreisetzung. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die durch die Kernspinresonanz induzierten Veränderungen der MAPK-Aktivitäten, ebenso wie einer Herunterregulierung von NF-κB und der Steigerung von intrazellulärem ATP, bei der Stabilisierung von Chondrozyten und der Verzögerung von Arthrose-verursachten Knorpelschäden behilflich sind.
R. Oliva, B. Jansen, F. Benscheidt, A. M. Sandbichler & M. Egg, 2018: Auswirkungen der Kernspinresonanz auf die circadiane Uhr und Isoformen des Hypoxie-induzierbaren Faktors im Zebrafisch, Biological Rhythm, Research, 2018, 5(5), 739–757
Die Kernspinresonanz (KSR) wird für die Magnetresonanztomographie (MRT) und bei geringerer Intensität als Therapie für die Behandlung von muskuloskelettalen Erkrankungen eingesetzt. Da das Protein CRYPTOCHROM der circadianen Uhr eine wesentliche Rolle bei der tierischen Rezeption von Magnetfeldern spielt, wurde mehrfach die Hypothese aufgestellt, dass Magnetfelder möglicherweise den circadianen Rhythmus von Zellen und Organismen beeinflussen. Aufgrund der wechselseitigen Verknüpfung zwischen der circadianen Uhr und dem Hypoxie-Signalweg haben wir daher untersucht, wie sich die Kernspinresonanztherapie (KSRT) auf beide zelluläre Signalwege von Zebrafischzellen und -larven auswirkt. In den Zellen zeigte sich eine Erhöhung der basalen cryptochrome1aa mRNA-Expression, sowie eine Phasenverschiebung der cry1aa und period1b Oszillationen, während die Schwingungen von clock1a und period2 unverändert blieben. Im Falle der Zebrafischlarven konnte die gestörte circadiane Rhythmik von
cry1aa und period1b durch die Behandlung mit KSRT wiederhergestellt werden, während die Oszillationen von clock1a und period2 unverändert blieben. Die KSRT führte auch zu einer Synchronisierung der circadianen Expression der Hypoxie Induzierbaren Faktoren Hif-1α und Hif-3α auf mRNA- und Proteinebene, hatte aber keinerlei Auswirkungen auf die Expression von Hif-2α. Daher scheint es wahrscheinlich, dass sich die von der Kernspinresonanz hervorgerufenen Effekte grundlegend von denen der Licht-induzierten Neutaktung der circadianen Uhr in derselben Spezies unterscheiden und somit eine zusätzliche Signalverarbeitungsweise der zellulären Uhr darstellen, die eine getrennte Verarbeitung von photischen und magnetischen Informationen ermöglicht.
N. Budny, 2015: Auswirkungen der Kernspinresonanztherapie auf die Dynamik der Leberregeneration, Eine tierexperimentelle Studie, Inaugural-Dissertation, Medizinische Fakultät der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, aus dem Universitätsklinikum Münster, Klinik für Allgemein- und Viszeralchirurgie
Die beliebig wiederholbare Kernspinresonanztherapie hat sich als innovative Therapie bei degenerativen Erkrankungen wie der Arthrose oder Osteoporose erwiesen. Um die Wirkung der Kemspinresonanztherapie auf die Leberregeneration nach 70%iger Leberresektion sowie auf unbehandeltes Lebergewebe zu untersuchen, wurden 108 männliche Lewis-Ratten in sechs Versuchsgruppen randomisiert. Davon waren drei Kontrollgruppen, in denen lediglich das Abdomen eröffnet wurde, sowie drei Resektionsgruppen – mit einer Gruppengröße von n= 18 Tieren. In jeder Gruppe erfolgte an den ersten drei postoperativen Tagen entweder eine Scheinbehandlung oder eine zeitgleiche Anwendung der Kemspinresonanz mit einem von zwei unterschiedlichen Programmen (Dosis I oder II). Leberbiopsien wurden an den Tagen 4, 7 und 14 nach intravenöser Applikation von 100 mg/ml Bromdesoxyuridin (BrdU) pro kg Körpergewicht entnommen. Untersucht wurden als Marker für eine mögliche Leberschädigung Gewicht und verschiedene Serumparameter (AST, ALT, Alkalische Phosphatase). Der Fortschritt der Leberregeneration wurde mit Mitosen, Mitosen in der S-Phase, Entzündungszeichen, Zellnekrosen, Bindegewebe, Glykogen und die Angiogenese beurteilt. Insgesamt konnte kein schädigender Einfluss des nicht-invasiven Verfahrens auf gesundes Gewebe nachgewiesen werden. Beide Programme wirkten sich in unterschiedlicher Weise auf gesundes und regenerierendes Lebergewebe aus. Regenerierendes Gewebe zeigte unter Dosis I eine deutlich schnellere Proliferation als unter Dosis II.
B. Steinecker-Frohnwieser, L. Weigl, G. Weberhofer, W. Kullich & H. G. Kress, 2014: Der Einfluss der Kern Spin Resonanz Therapie (KSRT) und Interleukin IL1-Stimulation auf Cal 78 Chondrosarcom-Zellen and C28/I2 Chondrocyten, Journal of Orthopedics and Rheumatology, 2014, 1(3), 1–9
Einleitung: In den letzten zehn Jahren hat sich die Kernspinresonanztherapie (NMR) als erfolgreich in der Schmerzbehandlung von Patienten erwiesen, die an Osteoarthritis (OA) der Knie oder Hände, an Kreuzschmerzen und an Osteoporose leiden. Während die klinischen Ergebnisse nachgewiesen werden konnten, ist weniger über den zugrundeliegenden Mechanismus bekannt, durch den die NMRT zelluläre Prozesse moduliert, die zur beobachteten Schmerzlinderung führen. In dieser Studie wird die Analyse potenzieller Signaltransduktionswege durchgeführt, die an der NMRT-Signalübertragung in Cal-78-Chondrosarkom-Zellen und an der Beeinflussung des Zellwachstums und der Lebensfähigkeit von durch Interleukin IL1β stimulierten Cal-78-Zellen und C28/I2-Chondrozyten durch NMRT beteiligt sind. Veränderungen in der Expression von Entzündungsproteinen wie Metalloproteinasen MMP1, MMP3, MMP8, MMP9, MMP10 und MMP13, sowie Interleukine IL6 und IL8 wurden bewertet.
Methoden: Die Analyse der grundlegenden Stoffwechselwege wurde mit der Array-Technologie durchgeführt, gefolgt von der Reportergen-Technik (Cignal™ Reporter Assay). Die Zellproliferation wurde durch Calcein- und eFlour 670-Färbung getestet; die S-Phase der Zellen wurde mit Hilfe des BrdU-Assays bestimmt. Veränderungen in der Expression der Entzündungsproteine wurden durch quantitative RT-PCR, Enzym-Immuno-Assays und Luminex-Messungen bewertet.
Ergebnisse: Die Interpretation des Genarrays in Kombination mit den Ergebnissen des Reportergen-Assays zeigt grob Indizien für eine Beeinflussung des transformierenden Wachstumsfaktors (TGF)- β und des Mitogen Activated Protein (MAP)-Kinasewegs durch NMRT. Das Zellwachstum und die Lebensfähigkeit beider Zelllinien wurde durch NMRT nicht verändert, obwohl ihre durch IL-1β verursachte Hemmung in Abwesenheit von NMRT stärker ausgeprägt war. Obwohl IL-1β nachweislich den Anstieg der Expression von MMPs und ILs stimulierte, schienen diese Effekte innerhalb der beiden Zelllinien unterschiedlich reguliert zu sein. Interessanterweise werden MMP13 und IL-8 auf der RNA-Ebene nur in C28/I2-Zellen statistisch durch NMRT herunterreguliert.
Schlussfolgerung: Unsere Erkenntnisse über die Auswirkungen von IL-1β, die unter NMRT weniger signifikant sind als unter Kontrollbedingungen, sowie die reduzierte MMP-13-Expression untermauern die postulierte entzündungshemmende Wirkung von NMRT, die für die Schmerzlinderung relevant ist. Die Klärung der Art und Weise, wie die NMRT -Signalgebung von den Zielzellen verarbeitet wird, wird die Perspektiven für klinische Anpassungen der NMRT durch eine präzisere und effizientere Anwendung dieser alternativen therapeutischen Wirkung erweitern.
R. Oliva, 2014: Wirkungen der therapeutischen KRST (MBST®-KernspinResonanzTherapie) auf die zirkadiane Uhr und den hypoxischen Signalweg in Zellen des Zebrafischs, Masterarbeit zur Erlangung des akademischen Grades eines Master of Science (M. Sc.), Fakultät für Biologie der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, Abteilung für Ökophysiologie
Da keine Studien vorliegen, die die Wirkung der KSRT auf die Signalwege der Zellen belegen, bestand das Ziel der hier folgenden Studie darin, die Wirkung der KSRT-Behandlung (MBST®-ClosedSystem300) auf die zirkadiane Uhr und den hypoxischen Signalweg auf molekularer Ebene zu untersuchen.
Hierzu wurde ein Pilotexperiment durchgeführt, um die Wirkung der Behandlung und des Zeitpunkts der Probenahme auf die daraus entstehende Wirkung der KSRT (MBST®-ClosedSystem300) zu beurteilen. Die Ergebnisse dieser ersten Versuchsreihe bestätigten unsere Annahme, dass die Tageszeit der KSRT-Behandlung (MBST®-ClosedSystem300) von entscheidender Bedeutung sein könnte.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die KSRT-Behandlung (MBST®-ClosedSystem300), die in der vorliegenden Studie angewandt wurde, zu signifikanten Veränderungen der zirkadianen Oszillationen spezifischer Gene führte, was darauf hinweist, dass die KSRT-Behandlung (MBST®-ClosedSystem300) zwei der wichtigsten Zellsignalschaltkreise zur Aufrechterhaltung gesunder Chondrozyten, die zirkadiane Uhr und den hypoxischen Signalweg, signifikant beeinflussen könnte.
I. Digel, E. Kurulgan, P. Linder, P. Kayser, D. Porst, G. J. Braem, K. Zerlin, G. M. Artmann & Temiz Artmann, 2007: Verringerung der extrazellulären Kollagenvernetzung in Hautfibroblasten nach Kernspinresonanzanwendung, Medical and Biological Engineering and Computing, 45, 91–97
Trotz bisheriger intensiver Untersuchungen der biologischen Wirkungen von elektromagnetischen Feldern gibt es bis heute keine Übereinstimmung in Bezug auf die Signifikanz ihrer Wirkungen. Die zugrundeliegenden Mechanismen und die therapeutische Bedeutung sind ebenfalls weitgehend unbekannt. In dieser Studie wurden primäre Kulturen humaner dermaler Fibroblasten über insgesamt fünf Tage vier Stunden täglich einem Magnetfeld unter Kernspinresonanzbedingungen (KSR-Bedingungen) ausgesetzt. Die untersuchten Parameter umfassten die Zellproliferationsrate, die Zellmorphologie, die Gesamtproteinkonzentration sowie den Gehalt von hautspezifischem Kollagen der Typen I, III und IV. Die Exposition im Kernspinresonanzfeld induzierte eindeutige Veränderungen sowohl der zellulären als auch der extrazellulären Komponenten. Die extrazellulläre Matrix (EZM) von Zellen im Kernspinresonanzfeld wies weniger vernetztes Kollagen auf. Insbesondere betrug die Zunahme von Kollagen der löslichen Fraktion 17,2 ± 2,9 % für Typ I, 27,0 ± 1,86 % für Typ III und 17,3 ± 1,46 % für Typ IV (n = 6). Wenn keine Resonanzfrequenz vorlag, waren die Wirkungen des Magnetfeldes auf die EZM weniger ausgeprägt.
A. Temiz Artmann, P. Lindner, P. Kayser, I. Digel, G. M. Artmann & P. Lücker, 2005: Wirkung von Kernspinresonanz auf die Zellwachstumsrate, Apoptose, und Lebensdauer von menschlichen Chondrozyten und Osteoblasten in vitro, Methods and Findings in Experimental and Clinical Pharmacology, 2005, 27(6), 391–394
Diese Studie zeigt Resultate in Bezug auf die Zellteilung, Zellapoptose und Lebensdauer von menschlichen Knorpelzellen und menschlichen Knochenzellen in in vitro Kulturen vor und nach einer Behandlung mit speziellen Kernspinresonanzsequenzen. Ein frei auf dem Markt zu beziehendes Kernspinresonanzgerät (MBST®-KernspinresonanzTherapie) wurde für die Behandlung benutzt. Die Studie erstreckte sich über einen Gesamtzeitraum von 19 Tagen, wobei über 9 Tage eine Einwirkung der Kernspinnresonanz stattfand. Die Studie wurde nach der kontrollierten, zweifach-blind Methode, mit frei käuflichen menschlichen Zellkulturen durchgeführt. Die Auswahl der zu behandelnden Proben und der Kontrollproben erfolgte nach dem Zufallsprinzip.
Die Studie ergab folgende Resultate: Die Behandlung mit Kernspinresonanz verursachte weder eine Apoptose noch eine Verkürzung der Lebensdauer der Zellen. Andererseits ergaben die Ergebnisse einer Zellzählung, dass die Behandlung eine sehr hohe Tendenz zeigte, die Zellteilungsrate zu erhöhen.
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