QiHome® Air: Zellregeneration und oxidativer Stress im Laborversuch

Zusammenfassung (Abstract)

Hintergrund: Äußere Umwelteinflüsse können im Körper zu einer vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies führen, die die körpereigenen antioxidativen Enzymsysteme überfordern. Das Ergebnis ist oxidativer Stress, der Zellen und Organe schädigen kann; daraus können eine gestörte Funktion der Nervenzellen sowie Prozesse entstehen, die mit dem Abbau von Nervengewebe und mit Entzündungen einhergehen. Die Gitterchip-Technologie von Qi Blanco, wie sie im QiHome® Air eingesetzt wird, bildet ein statisches Feld, das Wassermoleküle zum Übergang in den kohärenten Zustand anregt. Da unser Körper zu etwa 70–85 % aus Wasser besteht, sollte der kohärente Zustand der Wassermoleküle die Zellen unseres gesamten Körpers positiv gegenüber Umwelteinflüssen beeinflussen können.

Experimentelles: Ausgehend vom Kenntnisstand zu Nervenzell-Abbau und Nervenentzündung wurden in dieser In-vitro-Studie neuronale Zellen (SH-SY5Y-Zellen) und entzündungsvermittelnde Zellen (zu funktionalen Neutrophilen differenzierte HL-60-Zellen) eingesetzt.

Ergebnisse: Der QiHome® Air hatte in dieser In-vitro-Studie positive Effekte auf alle geprüften Parameter im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen. Die Regeneration peripherer neuronaler Zellen war signifikant um 53,3 ± 6,4 % gegenüber unbehandelten Kontrollzellen verbessert (p ≤ 0,01; zweiseitiger Wilcoxon-Mann-Whitney-Rangsummentest). Darüber hinaus war auch die Viabilität bzw. das Überleben neuronaler Zellen nach umweltbedingtem oxidativem Stress durch die Exposition gegenüber dem QiHome® Air im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen deutlich erhöht, und zwar um 34 % bei 1 mM Wasserstoffperoxid und um mehr als 80 % bei 1,5 mM Wasserstoffperoxid (p ≤ 0,01). Verglichen mit den unbehandelten Kontrollen führte die Exposition gegenüber dem QiHome® Air zu einem ausgeprägten und statistisch signifikanten Anstieg (p ≤ 0,01) des Basalstoffwechsels funktionaler Neutrophiler um 20,7 ± 8,0 %. Im Gegensatz dazu war die Bildung reaktiver Superoxid-Anion-Radikale durch den QiHome® Air signifikant um 16,4 ± 4,1 % gegenüber den unbehandelten Kontrollen vermindert (p ≤ 0,01).

Schlussfolgerungen: Oxidativer Stress spielt eine zentrale Rolle bei der Schädigung peripherer und zentraler Nervenzellen. Wie die hier vorgestellten zellbasierten Untersuchungen zeigen, hat die Exposition gegenüber dem QiHome® Air günstige Eigenschaften, die Umweltstörungen entgegenwirken könnten, welche zu Nervenzellschädigung, Nervenentzündung und den damit verbundenen Funktionsstörungen in einem komplexen Organismus führen, und so das individuelle Wohlbefinden und die Gesundheit der Nervenzellen erhalten und verbessern.

1. Einleitung

Umwelteinflüsse wie Industriechemikalien, Fremdstoffe, Luftverschmutzung, ultraviolette und ionisierende Strahlung, elektromagnetische und geopathogene Strahlung und viele andere können im Körper eine vermehrte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies verursachen, die die körpereigenen antioxidativen Enzymsysteme überfordern. Das Ergebnis ist oxidativer Stress, der Zellen und Organe schädigen kann. Im Nervensystem können beispielsweise Schäden an Lipiden, Proteinen und der DNA zu einer gestörten Funktion der Nervenzellen führen und Prozesse anstoßen, die mit dem Abbau von Nervengewebe und mit Entzündungen einhergehen. Darüber hinaus stehen akute und chronische Entzündungsprozesse auch mit einem Überschuss an Radikalen im Gewebe in Zusammenhang, der durch einen oxidativen Ausbruch entzündungsvermittelnder Zellen wie der Neutrophilen verursacht wird.

Frühere Untersuchungen mit der Qi Blanco Gitterchip-Technologie haben deren günstige Effekte auf zellulärer Ebene gezeigt. Die Gitterchip-Technologie bildet ein statisches Feld, das Wassermoleküle zum Übergang in den kohärenten Zustand anregt. Da unser Körper zu etwa 70–85 % aus Wasser besteht, sollte der kohärente Zustand der Wassermoleküle die Zellen unseres gesamten Körpers positiv beeinflussen können. Diese Gitterchip-Technologie wird hier durch den QiHome® Air vertreten, der zur Optimierung der Umgebungsbedingungen in Wohn- und Arbeitsräumen empfohlen wird. Insbesondere elektromagnetische Felder durch Mobiltelefone oder Funkwellen sowie geopathogene Störungen, die ihrerseits eine zusätzliche Strahlenbelastung über die technisch erzeugte Strahlung hinaus darstellen, können bei Menschen mit höherer individueller Empfindlichkeit allgemeine gesundheitliche Beschwerden verursachen.

In dieser tierversuchsfreien Studie mit kultivierten organspezifischen Zellen wurden die Effekte des QiHome® Air auf zellulärer Ebene untersucht. Ausgehend vom Kenntnisstand zu Nervenzell-Abbau und Nervenentzündung wurden dafür sowohl neuronale als auch entzündungsvermittelnde Zelllinien eingesetzt.

2. Material und Methoden

2.1 QiHome® Air und grundlegender Versuchsaufbau — Der QiHome® Air ist ein spezialisiertes Gerät, das sich von herkömmlichen Luftreinigern unterscheidet, die lediglich physikalische und biologische Partikel entfernen: Er zielt in erster Linie darauf ab, elektromagnetische und geopathogene Felder aus der Umgebung zu harmonisieren und Wasser in der Raumluft mittels der Gitterchip-Technologie zu strukturieren. Die Grundlage ist dieselbe Gitterchip-Technologie wie beim QiOne® 2 Pro (QTA-T-333) und beim QiBracelet® (QTA-O-400), hier jedoch in der Version QTA-U-5000, die mit einem Laser-Quarz-Verstärker (länglicher Bergkristall) gekoppelt ist. Daraus ergibt sich eine Gesamt-Systemleistung, die etwa 100-mal stärker ist als die eines QiOne® 2 Pro.

Für die hier vorgestellten Experimente wurden die dem QiHome® Air ausgesetzten Zellen und die Kontrollzellen in zwei getrennten Mini-Inkubatoren bei 37 °C in einem pH-stabilen Kulturmedium kultiviert (RPMI 1640/Leibovitz L-15 (1+2), ergänzt mit 10 % Wachstumsmischung, 20 mM HEPES-Puffer und Standardmengen an Antibiotika). Die Mini-Inkubatoren befanden sich in zwei Häusern in etwa 1,5 km Luftlinie Entfernung voneinander, sodass eine wechselseitige Beeinflussung zwischen den Zellkulturen ausgeschlossen werden konnte. Zudem gewährleistete der Einsatz der Mini-Inkubatoren identische Zellkulturbedingungen. Für die Dauer der Experimente — 10 Stunden für die Regeneration, 24 Stunden für den oxidativen Stress und die letzten drei Tage der Differenzierung menschlicher Promyelozyten zu funktionalen Neutrophilen — wurden die Zellen entweder dem QiHome® Air ausgesetzt, der etwa 2 Meter neben dem Mini-Inkubator aufgestellt war, oder ohne dessen Exposition kultiviert. Die Umweltstörungen wurden somit entweder durch den QiHome® Air beeinflusst oder wirkten als normale Hintergrundstrahlung auf die Zellen. Die Experimente wurden über einen Zeitraum von mehreren Wochen durchgeführt.

2.2 Zellkultur — SH-SY5Y-Zellen sind eine klonale Subline einer Neuroepitheliom-Zelllinie, die 1970 aus der Knochenmarksbiopsie eines vierjährigen Mädchens etabliert wurde. Die Zelllinie ist ein wertvolles In-vitro-Modell für funktionelle Untersuchungen in der Neurobiologie. Die SH-SY5Y-Zellen (ACC 209; DSMZ Leibniz-Institut, Braunschweig) wurden routinemäßig als Massenkulturen in einem Kulturmedium aus DMEM mit 1,0 g/L Glukose und Ham’s F12 (1+1) kultiviert, ergänzt mit 10 % Wachstumsmischung und Standardmengen an Antibiotika. Die Zellen für die Experimente stammten aus zu 80 bis 90 % konfluenten Massenkulturen in den internen Passagen 17 bis 25.

Der zweite Zelltyp dieser Studie waren menschliche Promyelozyten (HL-60; ACC 3, DSMZ Leibniz-Institut, Braunschweig), die zu funktionalen Neutrophilen differenziert wurden und nach Stimulation mit Phorbolester zu einem oxidativen Ausbruch fähig sind, ähnlich wie vorbereitete Neutrophile. HL-60-Zellen wurden als Suspensions-Massenkulturen in RPMI-1640-Medium mit 10 % Wachstumsmischung und Standardmengen an Antibiotika kultiviert; die Zellen für die Experimente stammten aus Massenkulturen der internen Passagen 12 bis 26. Die Kultivierung erfolgte stets in einem Inkubator bei 37 °C in feuchter Atmosphäre mit 5 % CO₂ und 95 % Luft. Die Zellen wurden regelmäßig zweimal pro Woche bei geringerer Zelldichte in neue Zellkulturflaschen überführt.

2.3 Untersuchung der Zellregeneration — SH-SY5Y-Zellen wurden mit einer Dichte von 200.000 Zellen/mL in die vier Einzelkammern eines Silikon-4-Well-Kultureinsatzes (ibidi, Gräfelfing) ausgesät. Die einzelnen Kammern der Einsätze sind durch 500 µm dicke Silikonstege getrennt. Durch die besondere Haftfläche haftet jeder Einsatz fest am Boden einer Kulturschale und bildet eine definierte zellfreie Fläche, die die Zellen nach Entfernen des Silikonrahmens durch Migration und Vermehrung besiedeln können. Dieses In-vitro-Modell bezieht sich ausschließlich auf das periphere Nervensystem.

Nach Erreichen der Konfluenz innerhalb von 48 Stunden nach der Aussaat und direkt nach Entfernen des Einsatzes wurden die Zellen bis zum Ende des Experiments dem QiHome® Air ausgesetzt. Die Kontrollkulturen wurden gleichzeitig auf dieselbe Weise behandelt, jedoch ohne Verwendung des QiHome® Air. Nach 10 Stunden kontinuierlicher Inkubation wurden die Zellkulturen mit phosphatgepufferter Salzlösung gewaschen, mit Methanol fixiert, mit Giemsas Methylenblaulösung gefärbt und luftgetrocknet. Mikroskopaufnahmen zur Dokumentation der verbliebenen zellfreien Fläche wurden für jede Probe an verschiedenen Stellen angefertigt; insgesamt wurden je unabhängiger Versuchsreihe 4 Messungen der verbleibenden zellfreien Fläche durchgeführt. Zur Berechnung der verbliebenen zellfreien Fläche der behandelten Zellkulturen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen wurde die KI-Software IKOSA (Kolaido, Altenrhein) eingesetzt. Es wurden vier unabhängige Experimente mit je drei Replikaten durchgeführt.

2.4 Untersuchung des umweltbedingten oxidativen Stresses — SH-SY5Y-Zellen wurden in 96-Well-Kulturplatten (200 µL Kulturmedium/Well) in drei verschiedenen Zelldichten (200.000, 100.000 und 50.000 Zellen/Well) ausgesät und 24 Stunden inkubiert, bis die Zellen vollständig angeheftet waren und ihren Stoffwechsel wiederhergestellt hatten. Anschließend wurden die Zellen für die Dauer des Experiments mit Wasserstoffperoxid-Konzentrationen von 0,5 bis 1,5 mM im Kulturmedium behandelt, mit und ohne Exposition gegenüber dem QiHome® Air. Nach 24 Stunden Wasserstoffperoxid-Exposition wurde die Zellviabilität durch Inkubation der Zellen mit einer Reaktionsmischung aus 180 µL/Well Kulturmedium und 20 µL/Well XTT (Xenometrix, Allschwil, Schweiz) untersucht. Die Spaltung des Farbstoffs ist direkt proportional zur Aktivität der mitochondrialen Dehydrogenasen. Die optische Dichte wurde als Differenzmessung ΔOD = 450 – 690 nm zu definierten Zeitpunkten mit einem Elisareader gemessen. Es wurden drei unabhängige Experimente mit Replikaten je Experiment durchgeführt.

2.5 Untersuchung der körpereigenen Radikalbildung — Promyelozyten wurden als Suspensions-Massenkulturen in speziellen Kulturflaschen mit belüftetem Verschluss kultiviert, sodass der atmosphärische Gasaustausch durch Drehen des Verschlusses unterbunden werden kann. Die kultivierten Promyelozyten wurden durch Zugabe von 1,5 Vol.-% Dimethylsulfoxid über 6 Tage zu funktionalen Neutrophilen differenziert. An den letzten drei Tagen der Differenzierung wurden die Zellen im Mini-Inkubator in der Nähe des QiHome® Air gehalten; die Kontrollzellen verblieben im Mini-Inkubator ohne Exposition.

Abschließend wurden die Zellen jeder Versuchsreihe durch Zentrifugation geerntet und wiederholt in phosphatgepufferter Salzlösung mit Calcium und Magnesium gewaschen. Die Zellen wurden in phosphatgepufferter Salzlösung mit Calcium, Magnesium und 10 mM Glukose resuspendiert. 40 µL der Zellsuspensions-Aliquots wurden zu einer Reaktionsmischung pipettiert, die den Tetrazolium-Farbstoff WST-1 und Phorbol-12-myristat-13-acetat zur Auslösung eines oxidativen Ausbruchs enthielt. Zellen ohne Zugabe des Phorbolesters dienten als interne Kontrollen und spiegelten den basalen Zellstoffwechsel ohne Stimulation wider. Die gebildeten reaktiven Superoxid-Anion-Radikale bewirkten die Spaltung und den Farbumschlag des Farbstoffs; die Menge der Superoxid-Anion-Radikale stand in direktem Zusammenhang mit diesem Farbumschlag. Die Änderung der optischen Dichte wurde zu verschiedenen Zeitpunkten bis 40 Minuten als Differenzmessung ΔOD = 450 – 690 nm mit einem Elisareader aufgezeichnet. Es wurden drei unabhängige Experimente mit Replikaten je Experiment durchgeführt.

3. Statistische Analyse

Die Daten sind als Mittelwerte ± Standardabweichungen angegeben. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem parameterfreien zweiseitigen Wilcoxon-Mann-Whitney-Rangsummentest; die Signifikanz wurde auf dem 1-%-Niveau (p ≤ 0,01) bestimmt.

4. Ergebnisse

4.1 Zellregeneration — Die verbliebene zellfreie Fläche betrug nach 10 Stunden Regeneration nur 11,8 ± 2,9 % der Gesamtfläche für die dem QiHome® Air ausgesetzten Zellkulturen, während die verbliebene Fläche der unbehandelten Kontrollzellen 25,2 ± 5,3 % betrug. Bezogen auf die verbliebene Fläche entspricht dies einer durch den QiHome® Air verbesserten Regeneration um 53,3 ± 6,4 % gegenüber unbehandelten Kontrollzellen. Der Unterschied war statistisch signifikant (p ≤ 0,01), was auch in den Mikroskopaufnahmen am Ende der Experimente zu erkennen ist. Eine Übersicht über die Messdaten jedes einzelnen Experiments gibt Abbildung 2.

4.2 Umweltbedingter oxidativer Stress — Wie erwartet nahm die Viabilität der Zellen bei Wasserstoffperoxid-Konzentrationen über 1 mM im Kulturmedium ab. Bei niedrigeren Wasserstoffperoxid-Konzentrationen beobachteten wir jedoch einen moderaten, aber nicht signifikanten Anstieg des Zellüberlebens durch Wasserstoffperoxid. Dieser Anstieg der Zellviabilität war nach Exposition der Zellen gegenüber dem QiHome® Air im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen deutlich ausgeprägter (Abbildung 3). Insbesondere bei den Wasserstoffperoxid-Konzentrationen von 1 und 1,5 mM war die Zellviabilität durch die Exposition gegenüber dem QiHome® Air deutlich erhöht, und zwar um 34 % bei 1 mM bzw. um mehr als 80 % bei 1,5 mM Wasserstoffperoxid. Der Unterschied zu den unbehandelten Kontrollen war statistisch signifikant (p ≤ 0,01).

4.3 Körpereigene Radikalbildung — Verglichen mit den unbehandelten Kontrollen führte die Exposition gegenüber dem QiHome® Air zu einem ausgeprägten und statistisch signifikanten Anstieg (p ≤ 0,01) des Basalstoffwechsels funktionaler Neutrophiler um 20,7 ± 8,0 %, was auf eine Förderung der angeborenen Immunabwehr des Blutes hindeutet. Im Gegensatz dazu war die Bildung reaktiver Superoxid-Anion-Radikale durch den QiHome® Air signifikant um 16,4 ± 4,1 % gegenüber den unbehandelten Kontrollen vermindert (p ≤ 0,01). Die grafische Darstellung findet sich in Abbildung 4.

5. Diskussion

Es ist bekannt, dass verschiedene Umwelteinflüsse auf den Körper wirken und oxidativen Stress verursachen können, der zu Prozessen führen kann, die mit dem Abbau von Nervengewebe und mit Entzündungen einhergehen. Insbesondere elektromagnetischer und geopathogener Stress durch Störungen der natürlichen Energieflüsse der Erde und deren mögliche körperliche und mentale Auswirkungen haben in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten. Darunter wirken sich Beschwerden wie Kopfschmerzen, Müdigkeit und gestörte Schlafmuster häufig negativ auf das Wohlbefinden und in der Folge auf die allgemeine Gesundheit aus.

Vor diesem Hintergrund untersuchten wir die Wirkung des QiHome® Air auf Umwelteinflüsse. In dieser tierversuchsfreien Studie mit kultivierten neuronalen und entzündungsvermittelnden Zellen konzentrierten wir uns auf Nervenzell-Abbau und Nervenentzündung, um zu sehen, ob kohärente Wasserstrukturen, wie sie durch die Exposition gegenüber dem QiHome® Air induziert werden, die gesamten Umwelteinflüsse ausgleichen können.

Zellregeneration ist ein grundlegender biologischer Prozess, der es Organismen ermöglicht, geschädigte oder abgestorbene Zellen zu ersetzen und so die Homöostase aufrechtzuerhalten. Die Förderung der Regeneration kann zu einer früheren Wiederherstellung der Unversehrtheit und Funktionsfähigkeit des betroffenen Gewebebereichs führen. Bei den meisten Regenerationsprozessen erfordert der Verschluss eines Defekts in einer gegebenen Struktur die Bildung neuer Zellen; eine der Hauptfunktionen früher Signalereignisse nach einer Verletzung ist daher, die Bildung zusätzlicher Zellen anzuregen, die verlorene oder geschädigte Strukturen wiederaufbauen können. Dies geschieht meist durch Zellvermehrung. Das zweite grundlegende zelluläre Ereignis während der Regeneration ist die Migration von Zellen.

Im Vergleich zum zentralen Nervensystem sind periphere Axone in der Lage, nach einer Verletzung zu regenerieren, was zu funktioneller Erholung und zur erneuten Innervation ihrer Zielorgane führt. Diese Regenerationsfähigkeit ist jedoch häufig unvollständig und die funktionelle Erholung begrenzt. Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass der QiHome® Air in vitro die Regeneration peripherer neuronaler Zellen in signifikanter Weise fördern und damit eine Nervenlücke in kürzerer Zeit schließen kann. Der Effekt bezieht sich jedoch nicht auf Störungen des zentralen Nervensystems.

Umweltbedingte oxidative Stressoren sind äußere Faktoren, die die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies einschließlich Sauerstoffradikalen im Körper erhöhen, das antioxidative Abwehrsystem überfordern und zu oxidativen Schäden an Zellbestandteilen wie DNA, Proteinen und Lipiden führen. Zu diesen Umweltstressoren zählen Luftverschmutzung, ultraviolette und ionisierende Strahlung, Pestizide, Herbizide, Industriechemikalien und Lösungsmittel, chemische Verbindungen sowie geopathische und elektromagnetische Felder.

Ein gängiges In-vitro-Modell zur Simulation von außen einwirkenden oxidativen Stresses ist die Verwendung von Wasserstoffperoxid als Donor für reaktive Sauerstoffspezies, die auf kultivierte Zellen einwirken. Dieses In-vitro-Modell wurde auch hier verwendet, um zu untersuchen, ob der QiHome® Air den von außen einwirkenden umweltbedingten oxidativen Stress verringern kann. Die Messdaten zeigen, dass das Gerät als Antioxidans wirkt, das die Wirkung von Stressoren durch reaktive Sauerstoffspezies aus der Umgebung verringern könnte.

Darüber hinaus untersuchten wir auch die Wirkung des QiHome® Air auf den Stoffwechsel und die körpereigene Superoxid-Anion-Bildung entzündungsvermittelnder Zellen. Hier beobachteten wir den Effekt, dass der Stoffwechsel der funktionalen Neutrophilen erhöht, die Bildung reaktiver Sauerstoffradikale jedoch vermindert war (= entzündungshemmender Effekt). In vivo sind polymorphkernige Neutrophile kurzlebige Granulozyten mit einer sehr hohen Umsatzrate und gelten als vorderste Effektoren der angeborenen Immunabwehr. Der erhöhte Stoffwechsel der funktionalen Neutrophilen könnte die Umsatzrate und damit die Wirksamkeit der angeborenen Immunabwehr des Blutes stimulieren.

Die verminderte Radikalbildung der funktionalen Neutrophilen könnte eine Verringerung von Entzündungen im Gewebe bewirken. Bezogen auf Nervenzellen würde das bedeuten, dass ein entzündlicher Prozess im Nervengewebe gehemmt oder verlangsamt werden könnte. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass oxidativer Stress ein Schlüsselfaktor bei der Auslösung entzündlicher Prozesse im Nervengewebe ist und damit eine zentrale mechanistische Rolle bei der Ausbreitung entzündlicher Kaskaden spielt. Sowohl Wasserstoffperoxid als auch Stickstoffmonoxid-Anion-Radikale sind Oxidationsmittel, die Zellmembranen durchdringen können, unabhängig davon, ob sie außerhalb oder innerhalb der Zelle gebildet werden, und dadurch komplexe Signaltransduktionswege in Gang setzen.

6. Finanzierung

Die vorliegende Studie wurde von Qi Blanco finanziert, und das QiHome® Air-Gerät wurde für die Dauer der Experimente zur Verfügung gestellt.

7. Literatur