Ein Forschungsteam der Charité – Universitätsmedizin Berlin in Deutschland hat kürzlich eine neue Methode entwickelt, die mit nur wenigen Haaren den Zeitstatus der inneren biologischen Uhr des menschlichen Körpers ablesen kann, um so den „Chronotyp“ einer Person zu bestimmen und den Weg für die „zirkadiane Medizin“ zu ebnen, die auf zirkadianen Rhythmen basierende Medizin praktiziert.
Forscher sagen, dass die meisten Menschen ihre Existenz erst dann bemerken, wenn ihre biologische Uhr gestört ist, etwa wenn sie auf Sommerzeit umstellen oder nach einer langen Reise einen Jetlag verspüren. Das Gefühl, benommen und außer Kontrolle zu sein, entsteht dadurch, dass der etwa 24-Stunden-Rhythmus des Körpers nicht mit der Außenwelt synchronisiert ist. Die biologische Uhr geht jedoch weit über die bloße Beeinflussung des Schlafes hinaus. Es reguliert auch die Hormonsekretion, die Verdauungsfunktion, Veränderungen der Körpertemperatur und verändert sogar den Stoffwechsel und die Wirksamkeit von Arzneimitteln im Körper. Bei der Behandlung bestimmter Krankheiten können sich Unterschiede in der Verabreichungszeit direkt auf die Wirksamkeit auswirken.
„Studien haben beispielsweise gezeigt, dass bestimmte Krebsimmuntherapien erhebliche Unterschiede in ihrer Wirksamkeit aufweisen, wenn sie zu unterschiedlichen Tageszeiten verabreicht werden.“ Professor Achim Kramer, Leiter der Abteilung Chronobiologie der Klinik für Anästhesie und Intensivmedizin der Charité, betonte: „Das liegt wahrscheinlich daran, dass auch das Immunsystem – wie die meisten Organe – einem etwa 24-Stunden-Rhythmus folgt und dieser Rhythmus bei verschiedenen Menschen nicht gleich ist.“ Die aufstrebende Rhythmusmedizin versucht, diese Art personalisierter Zeitinformationen in Diagnose und Behandlung einzubeziehen.
Derzeit besteht ein großer Engpass in verwandten Bereichen darin, wie man die biologische Uhrzeit eines Individuums auf einfache Weise messen kann. Der aktuelle „Goldstandard“ besteht darin, Speichel über mehrere Stunden bei schlechten Lichtverhältnissen zu sammeln, um den Sekretionszeitpunkt des sogenannten „dunklen Hormons“ Melatonin zu messen. Dieser Prozess muss im Labor durchgeführt werden, und der Vorgang ist kompliziert und schwer in großem Maßstab durchzuführen.
Die von Cramers Team vorgeschlagene Alternative ist viel einfacher: das Ablesen der biologischen Uhr durch Haarfollikelzellen. Die Forscher entdeckten die Expressionsaktivität von 17 Genen, die mit der molekularen Uhr in Zusammenhang stehen oder von dieser reguliert werden, in einer kleinen Anzahl von Haarwurzelzellen und verwendeten einen Algorithmus, um das gesamte Expressionsmuster dieser Gene zu analysieren, um den spezifischen „Zeitpunkt“ des eigenen 24-Stunden-Rhythmus des Probanden zu berechnen, und erforderten nur eine Probenahme. In einer Studie mit etwa 4.000 Teilnehmern war die Haartestmethode bei der Beurteilung des zirkadianen Rhythmus fast so genau wie Standardlabormethoden, aber viel einfacher durchzuführen.
„Haaranalysen lassen sich einfacher durchführen, daher ist dieser Ansatz am wertvollsten“, sagte Kramer. Das Forschungsteam hat diese Lösung in einer großen Stichprobe verifiziert: Mehr als 4.000 Teilnehmer sammelten zu Hause Haarproben und schickten sie an das Labor. Die Ergebnisse belegen, dass mit einer breiten Anwendung der Methode in der Bevölkerung zu rechnen ist.
Diese Studie deckte auch systematisch die vielfältigen Faktoren auf, die das Timing der biologischen Uhr beeinflussen, und nutzte biologische Daten, um die in früheren Fragebogenumfragen beobachteten Muster zu bestätigen. Untersuchungen zeigen, dass das Alter eine der wichtigen Variablen ist – Menschen in ihren Mittzwanzigern schlafen im Durchschnitt etwa eine Stunde später ein als Menschen über 50. Auch geschlechtsspezifische Unterschiede spiegeln sich wider: Die innere Zeit von Frauen ist etwas früher als die von Männern, aber der Unterschied beträgt nur etwa 6 Minuten und ist damit viel kleiner als frühere Schätzungen auf Basis von Fragebogendaten. Dennoch glauben Forscher, dass das Geschlecht die zirkadiane Uhr beeinflusst, da andere Studien gezeigt haben, dass Sexualhormone den biologischen Rhythmus regulieren.
Insgesamt wird der Tagesrhythmus einer Person von mehreren Faktoren geprägt. „Genetische Veranlagung, Alter, Geschlecht und Lebensstil spielen alle eine Rolle, daher können die Unterschiede in den inneren Uhren zwischen Menschen ganz erheblich sein“, erklärt Cramer. Ein eher überraschendes Ergebnis ist außerdem, dass der Einfluss des Lebensstils größer ist als erwartet: Die Daten zeigen, dass die innere biologische Uhr von Personen mit regulären Jobs im Durchschnitt etwa eine halbe Stunde früher geht als die von Arbeitslosen.
Im nächsten Schritt plant das Forschungsteam, diese Haarerkennungstechnologie so zu standardisieren, dass sie als routinemäßiges Laborprojekt angewendet werden kann, um sie in klinischen Situationen, beispielsweise zur Schlafberatung oder zur Beurteilung abnormaler Schlafmuster, voranzutreiben und so die Rhythmusmedizin besser durchführbar zu machen. Mit dieser Methode wollen die Forscher auch testen, ob die Ausrichtung der Behandlungszeit nach der individuellen biologischen Uhr tatsächlich die Wirksamkeit verbessern und Nebenwirkungen reduzieren kann, was vorteilhafter ist als Behandlungsmethoden, die Zeitfaktoren überhaupt nicht berücksichtigen.
Berichten zufolge wurde diese Forschung in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht und der Artikel trägt den Titel „HairTime: Ein nichtinvasiver Assay zur Schätzung der zirkadianen Phase aus einer einzelnen Haarprobe.“ Um die Transformation der Ergebnisse voranzutreiben, hat die Charité Medical School das Start-up-Unternehmen BodyClock Technologies GmbH zur Vermarktung des Tests gegründet. Professor Kramer ist einer der Gesellschafter und Patentinhaber des Unternehmens; Das Unternehmen ist in dieser Studie auch für die Datenerfassung von etwa 4.000 Proben verantwortlich. Ein Teil der Forschungsarbeiten wurde im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs „Grundlagen der Rhythmusmedizin“ (TRR 418) durchgeführt.