Frequenz-abhängige antioxidative Reaktionen in humanen Fibrosarkom-Zellen HT-1080, die bei schwachen hochfrequenten Feldern exponiert wurden.

Hochfrequente elektromagnetische Felder (HF-EMF) interagieren mit biologischen Systemen, die ihrerseits geladene Ionen und polarisierte Moleküle enthalten. Dies kann sich auf Zellmembranen, Transmembranpotentiale und Zellzyklen auswirken. Jüngste Studien in der Quantenbiologie haben dieses Konzept erweitert und legen nahe, dass schwache Magnetfelder, einschließlich der Hochfrequenz-induzierten, biologische Prozesse auf Quantenebene modulieren können. Diese Modulation erfolgt insbesondere durch Mechanismen, die Spin-Zustände und Radikalpaar-Mechanismen betreffen. Diese Quanteneffekte könnten eine wichtige Rolle dabei spielen, wie Hochfrequenz zelluläre Prozesse, speziell Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) beeinflussen. Die Elektronentransportkette (ETK) in den Mitochondrien ist ein wesentlicher Bereich für die Entstehung von ROS, hauptsächlich durch die Aktivität redoxaktiver Moleküle, die sogenannte Hyperfeinwechselwirkungen aufweisen. Nach Grissom können Magnetfelder die Rate der Radikalpaar-Rekombination in biologischen Systemen modifizieren. Dies kann unter anderem durch Hyperfeinwechselwirkung-induzierte Interkombination (z. B. vom Singulett-Grundzustand in einen Triplett-Zustand) oder Spin-Orbit-Kopplung geschehen. Diese Radikalpaar-Rekombination redoxaktiver Moleküle kann ROS-Bildung und oxidative Stressreaktionen innerhalb der Zelle erheblich beeinflussen. Radikalpaare, die bei vielen chemischen Reaktionen als Zwischenprodukt gebildet werden, können entweder mit antiparallelen oder parallelen Spins auftreten. Eine HF-Befeldung mit der Frequenz einer Hyperfeinwechselwirkung kann die Zeit, die diese Radikalpaare im Triplettzustand verbringen erhöhen und damit die Wahrscheinlichkeit ihrer Dissoziation in freie Radikale steigern. Die Autoren wählten den Hochfrequenzbereich von 2-5 MHz, mit dem die in vitro Studie durchgeführt wurde, basierend auf den bekannten Hyperfeinresonanzen von Eisen-Schwefel-Clustern und anderen Schlüsselkomponenten der Elektronentransportkette innerhalb der Mitochondrien.

Die menschliche Fibrosarkom-Zelllinie HT-1080 wurde in einem abgeschirmten Inkubator befeldet. Alle Zellen, Kontrollen wie auch HF-befeldete Zellen, erhielten ein künstliches statisches Magnetfeld von 45 µT, was dem Erdmagnetfeld in Boulder, Colorado entspricht. Die HF-Zellen wurden zusätzlich mit 20 nT Hochfrequenz, zwischen 2 und 5 MHz befeldet. Dabei wurde die Frequenz in 0,5-MHz-Schritten erhöht (2,0 MHz, 2,5 MHz, 3,0 MHz etc.). Das Befeldungsexperiment lief über einen Zeitraum von 4 Tagen. Anschließend wurden oxidative und antioxidative Parameter (Superoxid-Dismutase (SOD), reduziertes Glutathion (GSH), H₂O₂-Aktivität (Peroxidase), Superoxid-Anion) sowie Überlebensfähigkeit der Zellen bestimmt.

Die zellulären SOD-Konzentrationen waren bei der kombinierten SMF+HF-Befeldung im Vergleich zur SMF-Befeldung alleine bei allen Frequenzen außer 3,0 und 3,5 MHz signifikant erhöht. Die Ausprägung der SOD-Erhöhung war frequenzabhängig. Auch die zellulären GSH-Spiegel waren frequenzabhängig signifikant verändert. Bei 2,0 und 2,5 MHz war GSH signifikant vermindert, während bei 4,0 MHz ein erheblicher Anstieg zu verzeichnen war. Die H₂O₂-Konzentrationen waren bei 2,0, 4,5 und 5,0 MHz im Vergleich zur Kontrolle signifikant erhöht, bei 3,5 MHz verringert. Beim Superoxid-Anion wurde ein signifikanter Anstieg bei 2,0 und 3,0 MHz beobachtet, während bei 4,0 und 4,5 MHz eine signifikante Verringerung festgestellt wurde. Die Überlebensfähigkeit der Zellen bewegte sich beinahe sinusförmig, war bei 2,0 signifikant schlechter als die der Kontrollen bei 2,5 und 3,0 besser, bei 3,5 wiederum signifikant verschlechtert und bei 4,0 und 4,5 wiederum besser als die der Kontrollen. Die im Vergleich zu den Kontrollen stärkste Verminderung der Überlebensfähigkeit war bei 3,5 MHz zu beobachten, die stärkste Steigerung bei 4,0.

Die Ergebnisse zeigen, dass Hochfrequenz in vitro im nT-Bereich frequenzabhängig und signifikant die Aktivitäten wichtiger antioxidativer Moleküle bzw. oxidativer Stressmarker modulieren kann. Bei 2,0 bzw. 2,5 MHz weisen die Fibrosarkom-Zellen im Vergleich zu den Kontrollen signifikanten oxidativen Stress auf, gekennzeichnet durch erhöhte SOD-Spiegel und GSH-Mangel. Gleichzeitig wird eine signifikante Zunahme der mitochondrialen Superoxid-Radikale festgestellt. Die Autoren sehen sich in ihrer These bestätigt, dass Hyperfein-Resonanzeffekte bei diesen Frequenzen die mitochondriale Superoxid-Anion-Bildung verstärken können, was eine gesteigerte antioxidative Zellantwort erfordert. Im Gegensatz dazu führe die Befeldung bei 4,0 MHz zu einer Steigerung der zellulären Überlebensfähigkeit, gepaart mit einer Abnahme des mitochondrialen Superoxids. Dies weise auf eine verbesserte mitochondriale Funktion und ein optimiertes Gleichgewicht zwischen ROS-Produktion und antioxidativen Mechanismen hin. Bei einer angewandten HF-Feldstärke von lediglich 20 nT reiht sich diese Studie in die immer größer werdende Reihe von Belegen ein, die darauf hindeuten, dass elektromagnetische Felder niedriger Intensität biologische Wirkungen durch nicht-thermische Mechanismen ausüben. (RH)