TimeTeller bestimmt die innere Uhr
Ein interdisziplinäres Team hat eine nichtinvasive Methode entwickelt, mit deren Hilfe der persönliche zirkadiane Rhythmus bestimmt werden kann. Ziel ist es, personalisierte Empfehlungen zu geben, mit denen der Lebensstil oder eine medizinische Behandlung an die innere Uhr angepasst werden kann.
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«Die biologische Uhr, die auch als zirkadiane Uhr bezeichnet wird, tickt in praktisch jeder Körperzelle», erklärt Professorin Angela Relógio. «Sie regelt den Zeitablauf vieler zellulärer und molekularer Mechanismen wie die Zellteilung oder von Stoffwechselprozessen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der menschlichen Gesundheit. Ist der zirkadiane Rhythmus gestört, können Krankheiten entstehen wie Schlafstörungen, Depressionen, Diabetes, neurodegenerativen Erkrankungen, Fettleibigkeit oder Krebs.»
Persönlicher Rhythmus bestimmt Wohlbefinden und Gesundheit
Professorin Angela Relógio leitet die Forschungsgruppe Zircadiane Medizin und Systembiologie am molekularen Krebsforschungszentrum und am Institut für Theoretische Biologie der Charité sowie das Institut für Systemmedizin an der MSH – Medical School Hamburg. Die Professorin für Physikalisch-Technische Ingenieurwissenschaften hat gleichzeitig einen Doktortitel in Zell- und Molekularbiologie. Diese besondere Kombination ermöglicht es ihr, das TimeTeller-Projekt zu entwickeln und zu leiten.
«Die zirkadianen Rhythmen und das Timing unserer molekularen Prozesse sind von Mensch zu Mensch unterschiedlich», berichtet sie. «Wenn man seinen persönlichen zirkadianen Rhythmen kennt und Schlaf, Bewegung oder Medikamenteneinnahme daran anpasst, kann das das Wohlbefinden und die Gesundheit verbessern. Bei Krebspatienten zum Beispiel vermuten wir, dass wir die Wirksamkeit der Behandlung optimieren und die Nebenwirkungen verringern könnten, wenn wir den Zeitplan der medizinischen Behandlung an den zirkadianen Rhythmus des einzelnen Patienten anpassen. Das könnte die Lebensqualität der Patienten während der Behandlung verbessern, und im Übrigen auch zu geringeren Kosten für die Gesundheitssysteme führen.»
Doch wie bestimmt man die innere Uhr?
«Wir wissen, dass jede Zelle des menschlichen Körpers die Aktivität vieler Gene regelmässig steigert und absenkt», erklärt Angela Relógio. «Zum Beispiel sind die Gene, die die Zellteilung oder den Stoffwechsel steuern, innerhalb von 24 Stunden je nach Tageszeit mehr oder weniger aktiv. Da wir davon ausgehen, dass alle Zellen des Körpers synchron arbeiten, schliessen wir aus der Analyse der Genaktivität in Speichelzellen auf die zirkadiane innere Uhr.»
Uhr in Speichelzellen tickt individuell und synchron mit Uhr in anderen Zellen
Die Wissenschaftler um Angela Relógio bestimmten daher in Zellen aus Speichelproben, die sie zu verschiedenen Tageszeiten von Probanden entnommen hatten, die Aktivität mindestens zweier Gene anhand der mRNA: Je mehr mRNA-Moleküle vorhanden sind, desto häufiger wurde das Gen abgelesen.
«Wir haben daraufhin ein mathematisches Modell entwickelt, das aus den Genaktivitäten berechnet, wann es am sinnvollsten ist, Medikamente zu verabreichen, Sport zu treiben oder schlafen zu gehen.» So konnten die Wissenschaftler bei Sportlern erfolgreich vorhersagen, wann der beste Zeitpunkt für ein Training war, oder berechnen, wann Medikamente am besten verabreicht werden sollten, um Krebszellen zum Absterben zu bringen und gleichzeitig die Nebenwirkungen auf gesunde Zellen am niedrigsten zu halten.
Klinische Studien sollen Technologie validieren
«Bisher haben wir unsere Technologie rückwirkend überprüft, wir wollten herausfinden, ob wir beobachtete Effekte auch mit unseren Methoden hätten vorhersagen können. Um unsere Methode nun weiter zu validieren, nehmen wir derzeit an verschiedenen klinischen Studien teil. Unser Ziel ist es, Ärzte dabei zu unterstützen, den besten Zeitpunkt für die Behandlung zu wählen, und gesunden Menschen dabei zu helfen, ihre täglichen Aktivitäten an ihre innere Uhr anzupassen, um gesund zu werden oder zu bleiben», erklärt Angela Relógio.PS
