Solujen sisäistä kelloa voidaan säädellä hyödyntämällä kvanttibiologiaa
Oulun yliopiston biokemian ja molekyylilääketieteen tiedekunnan, itävaltalaisen Innsbruckin yliopiston ja yhdysvaltaisen Florida Techin tutkimusyhteistyössä selvitettiin ydinmagneettikuvauksen eli tNMR-hoidon vaikutuksia solujen sisäiseen kelloon. Ydinmagneettikuvaus on perinteisen magneettikuvauksen virtaviivaisempi muoto, jossa yhdistyvät heikko magneettikenttä ja sitä vastaava radioaalto. Tämä yhdistelmä saa säteilytettyjen solujen ja kudosten vetyprotonit värähtelemään. Kuvauksen aikana värähtelyyn siirtynyt energia vapautuu kuvauksen päätyttyä takaisin soluihin.
Ydinmagneettikuvauksessa magneettikenttä on huomattavan heikko ja radiotaajuus alhainen, mikä tekee tNMR-hoidosta täysin ei-kajoavan. Ydinmagneettikuvausta on hyödynnetty jo kahden vuosikymmenen ajan erilaisten sairauksien, kuten niveltulehduksen, osteoporoosin ja haavan paranemisen hoidossa. Uuden tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää heikkojen magneettikenttien vaikutusta nisäkässolujen sisäiseen kelloon. Tutkimuksessaan tutkijat altistivat hiiren soluja hoitavalle ydinmagneettikuvaukselle eri vuorokauden aikoina sekä hapenpuutteessa.
Oululainen tutkimusryhmä oli jo aiemmissa tutkimuksissaan huomannut, että hapenpuute voi vaikuttaa solujen aineenvaihduntaan ja sisäiseen kelloon. Näissä prosesseissa happiradikaaleilla on merkittävä rooli. Itävaltalaisen ryhmän tulokset puolestaan olivat osoittaneet, että magneettiresonanssi voi muuttaa koko solun aineenvaihduntaa. Tämä huomattiin esimerkiksi tilanteessa, jossa solut laskivat laktaattiaineenvaihdunnan aktiivisuutta vähähappisissa olosuhteissa ja vakauttivat näin solun hengitystä hapenpuutteessa.
Nyt kahden ryhmän uusimmassa tutkimuksessa osoitettiin, että solujen sisäinen kello voidaan sekä kytkeä päälle että pois päältä.
"Hoitoajankohdasta riippuen solun sisäinen kello joko aktivoitui tai sammui. Lopputulos riippuu vuorokaudenajasta, jolloin ydinmagneettihoitoa annetaan. Tässä tutkimuksessa hoidimme soluja aikaisin aamulla ja alkuyöstä", tutkimuksessa kokeita tehnyt tutkija Elitsa Dimova Oulun yliopistosta selittää.
Fyysisen magneettikentän ja elävän solun välinen rajapinta osoittautui happiradikaalin superoksidiksi. Solun sisäisellä kellolla on keskeinen rooli useissa sairauksissa, kuten sydänkohtauksessa, aivohalvauksessa ja syövässä. Nyt saavutetut tutkimustulokset mahdollistavat uusien lääketieteellisten hoitojen kehittämisen muun muassa näihin sairauksiin.
Uusia lähestymistapoja kvanttibiologiaan ja lääketieteeseen
Tutkijat selvittävät seuraavaksi, ovatko magneettikenttä, radioaallot vai näiden yhdistelmä tNMR:n muodossa vastuussa havaituista vaikutuksista. Tulokset ovat kiinnostavia myös kvanttibiologian näkökulmasta, sillä ne tarjoavat uusia näkemyksiä niin sanotusta radikaaliparimekanismista. Tätä mekanismia on jo käytetty selittämään muuttolintujen kykyä navigoida maan magneettikentän avulla.
"Viimeisimmät tutkimuksemme osoittavat, että radikaaliparimekanismi ei ole ainoastaan muuttolintujen magneettisen aistin taustalla, vaan se voi myös selittää kasvavan määrän magneettikenttävaikutuksia soluissa. Näillä vaikutuksilla on valtava hoitopotentiaali, mukaan lukien nyt tutkittu sisäisen kellon ohjaus, joka on osatekijänä monissa sairauksissa", tutkijat selittävät.
"Kvanttibiologia on ollut vakiintunut tutkimusala vuosikymmeniä, mutta se mielletään edelleen julkisuudessa usein vain pienen sisäpiirin jutuksi", Margit Egg selittää. "Kvanttibiologia käsittelee kaikkia elävissä organismeissa tapahtuvia prosesseja, joita ei voida selittää klassisen fysiikan laeilla. Sen sijaan selityksen tarjoavat kvanttimekaniikan periaatteet. Molempien tutkimusryhmien tavoitteena on kehittää kvanttibiologiaa tulevaisuudessa edelleen eteenpäin. Myös Gabriela Lorite -ryhmä mikroelektroniikan tutkimusyksiköstä on osoittanut suurta kiinnostusta aihettamme kohtaan."
Tulokset julkaistiin arvostetussa Redox Biology -lehdessä. Tutkimusta rahoittivat MedTec Company, Wetzlar, Saksa/ Lifco AB, Ruotsi, Innsbruckin yliopisto ja Suomen Akatemia Profi6 Fibrobesity (rahoituspäätös PROFI6 336449).
Julkaisu: 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 (2024) DOI: 10.1016/j.redox.2024.103152.