Uni Basel erforscht krebshemmende Wirkung gepulster elektromagnetischer Felder

Zelluläre und molekulare Effekte gepulster elektromagnetischer Felder

Gepulste elektromagnetische Felder (PEMF) stehen im Verdacht, möglicherweise Krebs auszulösen oder Krebswachstum zu begünstigen. So oder so ähnlich lässt es sich vielerorts im Internet nachlesen. Umso erstaunlicher ist das, was gegenwärtig Dr. David Schürmann (Arbeitsgruppe Prof. Primo Schär) an der Universität Basel erforscht: Er geht der Frage nach, ob sich Hinweise auf eine krebshemmende Wirkung von PEMF bestätigen lassen. Sollte dies der Fall sein, könnte daraus eine neue Krebstherapie entstehen (18.06.2014).

Sowohl in der konventionellen wie auch in der gezielten Krebstherapie ist das Hemmen der Vermehrung der Krebszellen ein etabliertes und erfolgreiches Konzept. Doch bedingt durch die hohe Toxizität solcher Zellvermehrungshemmer verursachen solche Behandlungen oft unerwünschte kurz- und langfristige Nebenwirkungen in verschiedenen Geweben, die das Wohlbefinden der Patienten erheblich beeinträchtigen. Es gibt daher Bedarf an verträglicheren Krebshemmern. Eine vielversprechende Spur für künftige Therapien sind Beobachtungen, denen zufolge gepulste elektromagnetische Felder (PEMF) niedriger Intensität in erster Linie die Ausbreitung von Krebszellen hemmen, wohingegen gesunde Zellen offenbar nicht auf PEMF-Immission reagieren und Stammzellen sogar in der Teilung und Differenzierung angeregt werden.

PEMF nicht mit Mobilfunk assoziieren

Krebszellen unter dem Fluoreszenz-Mikroskop Bild: Dr. Emina Bešić Gyenge

Um ein Missverständnis gar nicht erst aufkommen zu lassen: PEMF bedeutet im Kontext dieser Arbeiten kein gepulstes Hochfrequenzsignal im nachrichtentechnischen Sinne, wie es beispielsweise im Mobilfunk zur Anwendung kommt, sondern ein niederfrequent gepulstes Magnetfeld. Solche Magnetfelder entstehen zum Beispiel, wenn in elektrische Leiter (Spulen)  Serien von Gleichstromimpulsen mit rechteckförmigem Kurvenverlauf eingespeist werden. Wenn überhaupt ein Zusammenhang zwischen solchen Feldern und Mobilfunk zu sehen ist, sind dies die niederfrequenten Magnetfelder, die beim Betrieb eines Mobiltelefons infolge pulsförmiger Ströme z.B. im Leistungsverstärker der HF-Endstufe auftreten (siehe auch Post im IZgMF-Forum).

Auch in der Alternativmedizin wird der Begriff PEMF in Zusammenhang mit unterschiedlichen Magnetfeldtherapien gebraucht. Schwachen pulsierenden Magnetfeldern wird dabei eine therapeutische Wirkung zugeschrieben, deren Anerkennung durch die wissenschaftlichen Medizin mangels Wirkungsnachweis bislang jedoch ausgeblieben ist.

Was das Forschungsprojekt in Gang brachte

Die Beobachtungen bezüglich der unterschiedlichen Stressantwort von Krebszellen und gesunden Zellen beruhen auf vorläufigen Daten einiger Pilotexperimente mit einer limitierten Anzahl von Modellzelllinien. Diese Daten wurden unter Forschern ausgetauscht und inzwischen teilweise in PLOS1 publiziert. Bei Stammzellen verhält es sich etwas anders. Deren hypothetische Stressantwort ist in erster Linie noch die Extrapolation von publizierten Daten, die unter ähnlicher Befeldung wie PEMF eine Stimulation von Knochenstammzellen gezeigt haben.

Über die molekularen Interaktionen der möglicherweise therapeutisch wirksamen PEMF mit den Zellen ist noch wenig bekannt. Forscher vermuten, die Krebszellen reagieren aufgrund ihrer unterschiedlichen Genetik bzw. Physiologie anders als gesunde Zellen, wenn sie Stressfaktoren wie PEMF ausgesetzt werden. Hinweise deuten auf eine Beteiligung von zellulären Signalkaskaden hin, auf Interferenzen mit der Zellteilung und auf Induktion von programmiertem Zelltod.

Untersuchung auf zellulärer und molekularer Ebene

Die Untersuchung und Charakterisierung der Mechanismen auf zellulärer und molekularer Ebene steht im Mittelpunkt eines Forschungsprojekts des Instituts für Biochemie und Genetik an der Universität Basel (Projekt gefördert von der Forschungsstiftung “Strom und Mobilkommunikation”, Zürich). Dr. David Schürmann und Prof. Primo Leo Schär vergleichen dazu experimentell die PEMF-induzierten antiproliferativen Signale und Reaktionen in Krebszellen unterschiedlicher Herkunft (Brust, Leber, Dickdarm) mit deren nicht-krebsartiger Zellen. Diese Untersuchungen sollen zeigen, ob die Reduktion des Zellwachstums unter PEMF-Einwirkung eine allgemeine Reaktion von Krebszellen ist oder eher auf ein definiertes Spektrum von Krebsarten beschränkt bleibt. Im Weiteren werden molekulare Schnittstellen, Signalübertragungsmechanismen und zelluläre Strukturen identifiziert und charakterisiert.

Im Prinzip besteht die Expositionsapparatur, die von Dr. Jürg Fröhlich und seiner Arbeitsgruppe an der ETH Zürich entwickelt wurde, aus einer stromdurchflossenen Zylinderspule, in deren Zentrum die Petrischalen mit den Krebszellen einem weitgehend homogenen Magnetfeld ausgesetzt sind. Die oben verlinkte Arbeit (PLOS1) nennt Details der Exposition und zeigt ein Foto der Spule.

Die Biomediziner an der Uni Basel experimentieren mit zwei Charakteristiken des Spulenstroms (siehe Grafik). So jagen sie 6 ms (Millisekunden) dauernde Gleichstromimpulse durch die Spule, gefolgt von unterschiedlich langen Strompausen (z.B. 14 ms). Diese einfache Stromcharakteristik, die auch bei den in PLOS1 publizierten Versuchen zur Anwendung kam, ist in der Grafik der rot eingezeichnete Kurvenzug.

Die andere Stromcharakteristik (in der Grafik schwarz) ist komplexer, bewährt hat sie sich bei der experimentellen Wund- und Knochenheilung mit PEMF. Statt während 6 ms nur einen einzigen langen Gleichstromimpuls durch die Spule zu schicken, hagelt es eine ganze Serie von 20 kurzen Stromimpulsen (Burst). Jeder dieser kurzen Stromimpulse dauert 150 µs (Mikrosekunden), zwischen zwei Impulsen fließt 150 µs lang kein Strom. Dies entspricht einem Gleichstrom, der mit 6,66 kHz periodisch pulsiert. Nach einem Burst folgt – je nach Experiment – eine Pause von 14 ms bis 44 ms, in der keine Stromimpulse durch die Spule fließen, bevor der nächste Burst mit wieder 20 Stromimpulsen folgt und der Ablauf von vorne beginnt. Werden die Millisekunden in Frequenzwerte umgerechnet lässt sich sagen: Der Strom, der durch die Spule fließt, wird mit 20 Hz bis 50 Hz “gepulst”. Eine Ausdehnung der Experimente auf andere gepulste Signale ist vorderhand nicht geplant.

Da es keine zuverlässigen dosimetrischen Daten gibt, bei welcher Feldintensität die maximalen biologischen Effekte auftreten, werden die Experimente mit Flussdichten im unteren Millitesla-Bereich starten. Sollten sich dabei die erhofften Wirkungen zeigen, wird die magnetische Flussdichte reduziert und nach einer unteren Wirkschwelle gesucht. Dauerbefeldung findet nicht statt, die Exposition der Zellkulturen erfolgt zeitlich begrenzt.

Die Forscher hoffen, durch ihre Studie Hinweise auf mögliche Wirkungsmechanismen von EMF auf die Zellen zu erhalten, deren Geltung später auch für andere Felder und Modulationen getestet werden könnte. Langfristiges Ziel ist, mit gezielten mechanistischen Studien die biologischen Effekte von EMF und damit ihren möglichen Einfluss auf das menschlichen Wohlbefinden und die Gesundheit zu verstehen. Sollte sich eine krebszellenspezifische Reaktion tatsächlich bestätigen und Anhaltspunkte für die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen erarbeiten lassen, wollen die Wissenschaftler die Einbeziehung von Stammzellen in die Untersuchung in Erwägung ziehen, um vergleichende Experimente zu machen.

Widersprüchliche EMF: mal Krebsauslöser, mal Krebshemmer

Das IZgMF fragte Dr. Schürmann, ob er keinen Widerspruch sehe, wenn einerseits die Exposition mit niederfrequenten Magnetfeldern im Verdacht steht krebsauslösend zu sein (Kinderleukämie), und andererseits gepulsten niederfrequente Magnetfeldern nun eine krebshemmende Wirkung zugeschrieben wird.

Schürmann: “Dies ist aus unserer Sicht nur auf den ersten Blick ein Widerspruch. Viele Krebstherapien, denken Sie z.B. an die Strahlen- oder Chemotherapie, basieren auf Wirkungsmechanismen, die bei einer chronischen Exposition durchaus auch das Krebsrisiko erhöhen. Das Ziel all dieser Behandlungen ist deshalb stets, die Krebszellen gezielt zu bekämpfen und möglichst wenig Schaden an gesunden Zellen zu verursachen. Für den Patienten steht deshalb der kurzfristige Nutzen über dem langfristigen Risiko einer sekundären Erkrankung. Selbstverständlich müssten im Falle einer Bestätigung der krebsspezifischen Effekte der PEMFs, die möglichen Auswirkungen auf gesunde Zellen und Organismen in einer Folgestudie untersucht werden, bevor man an einen therapeutischen Einsatz denken kann. Zudem ist eine „DNA-Schädigung“ durch EMF wissenschaftlich sehr umstritten, vor allem weil kein plausibles und allgemein akzeptiertes Wirkungskonzept bekannt beziehungsweise etabliert ist. Ein Ziel unserer Studie ist aber durchaus, frühe zelluläre Reaktionen der PEMF-Exposition zu identifizieren und diese in Verbindung mit anderen biologischen Auswirkungen von EMF zu bringen.”

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Autor: Stephan Schall, mit Material aus Jahresbericht 2012 der Forschungsstiftung Strom und Mobilkommunikation.