Mikrowellen können Malariaparasiten auf nicht-thermischem Weg abtöten.

Nach der SARS-CoV-2-Pandemie hat die Malaria, an der sich mehr als 240 Millionen Menschen infiziert haben und an der allein im Jahr 2021 rund sechshunderttausend Menschen starben, wieder an Boden gewonnen. In Verbindung mit der Resistenz der Parasiten und einem noch nicht optimalen Impfstoff ist der Bedarf an neuen Ansätzen entscheidend geworden. Während frühere, begrenzte Studien darauf hinwiesen, dass Malariaparasiten durch elektromagnetische Energie beeinflusst werden, sind die Ergebnisse dieser Beeinflussung variabel, und es gab bisher keine Studie, die den Wirkungsmechanismus hinter diesen Reaktionen untersucht hat.

Der Malaria-Stamm HB3 von Plasmodium falciparum wurde mit menschlichen Erythrozyten kultiviert. Das Mikrowellen (MW)-Expositionssystem wurde eigens entwickelt: es bestand aus einem Signalgenerator, einem Leistungsverstärker, einem Leistungsreflektometer, einem Mikrowellen-Applikator und optischen Sonden zur Messung der Temperatur direkt im Probenmedium. Vier Mikrowellenapplikatoren wurden in getrennten Versuchsreihen verwendet: ein Hohlleiterresonator („wave-guide“ WG), ein Mikrostreifen (M3), parallele Platten und eine Monopolantennengruppe. Jedes Experiment hatte eine Dauer von 45 Minuten und wurde bei einer Frequenz von 2,45 GHz unter Verwendung gepulster Mikrowellenleistung mit einem Tastgrad („duty cycle“) zwischen 20 und 25% durchgeführt. (Der Tastgrad gibt für eine periodische Folge von Impulsen das Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer an, beschreibt also die Sägezahncharakteristik des Signals, also den typischen Abstand und die Länge der Spitzen). Der WG-Applikator wurde mit einer Spitzenleistung von 12 W und der M3-Applikator mit 1 W betrieben. Das Parasitenwachstum wurde 24 bis 48 Stunden lang mikroskopisch oder durchflusszytometrisch überwacht. Um die Zytotoxizität für menschliche Blutzellen zu überprüfen, wurden Vero-Zellen und J-744-Makrophagen unter den gleichen Bedingungen wie die Parasiten mit Mikrowellen bestrahlt. Cal-520 AM, ein neuer fluorogener kalziumempfindlicher Farbstoff, wurde verwendet, um die Verteilung von Kalzium vor und nach der Behandlung sichtbar zu machen. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde zum Sichten der Zellschäden verwendet. Sechs verschiedene Inhibitoren von Transduktionssignalen, die an Proliferations- oder Apoptosewegen beteiligt sind, wurden verwendet, um die kausale Hypothese der Beteiligung von Kalziumkanälen zu überprüfen.

In dieser Studie wurden durch die Entwicklung und Implementierung maßgeschneiderter Applikatoren für In-vitro-Experimente Bedingungen geschaffen, unter denen Mikrowellenenergie mehr als 90 % der Parasiten abtötete, und zwar nicht durch einen thermischen Effekt, sondern durch einen MW-Energie-induzierten programmierten Zelltod, der Säugetierzelllinien nicht zu beeinträchtigen scheint. Die optimale Kombination von Expositionsparametern, die zum Absterben der Parasiten führte, wurde bei einer Frequenz von 2,45 GHz, Leistungspegeln von 12 W (mit SAR von 3 W/Kg) und 1 W (SAR 12,5 W/Kg), die an die WG- bzw. M3-Applikatoren abgegeben wurden, einer Gesamtexpositionszeit von 45 Minuten und einer gepulsten Signalform mit einem Tastverhältnis von 20-30 % gefunden. Die TEM deutet auf die Beteiligung der hämozoinkontaminierten Nahrungsvakuole hin, die zerstört wird, während mehrere andere experimentelle Ansätze die Beteiligung von Kalzium-Signalwegen an den Auswirkungen der MW-Exposition zeigen. Darüber hinaus wurden die Parasiten durch die Kalziumkanalblocker Calmodulin und Phosphoinositol vor den Auswirkungen von MW geschützt.

Die hier vorgestellten Ergebnisse bieten einen molekularen Einblick in die schwer fassbaren Wechselwirkungen oszillierender elektromagnetischer Felder mit Plasmodium falciparum. Vor allem konnte bewiesen werden, dass die EMF-bewirkte Schädigung der Malaria-Erreger nicht mit einer Erhöhung der Temperatur zusammenhängt, und lässt damit auf eine alternative Technologie zur Bekämpfung dieser verheerenden Krankheit hoffen. Die hier vorgeführte Methode eignet sich potenziell zum Behandeln anderer chronischer parasitärer Krankheiten oder bakterieller Infektionen (z.B. Borreliose) und beruht auf der Feststellung, dass EMF zwar durchaus für alle Lebewesen schädlich sein können, im Einzelfall jedoch Einzeller (wie der hier verwendete Malaria-Erreger) anfälliger sind als tierische oder menschliche Zellen. Diese Methode kann Malaria-Erreger im Blut abtöten, ohne Blutzellen zu schädigen, die Bestrahlung muss aber außerhalb das Körpers durchgeführt werden (ähnlich einer Blutwäsche). (AT)