Basslastige Rockmusik, die direkt auf den Bauch von diabetischen Mäusen angewendet wird, denen musikempfindliche Insulin freisetzende Zellen implantiert wurden, dämpft postprandiale glykämische Schwankungen und stellt die Normoglykämie wieder her, wie aus einer Reihe von Experimenten hervorgeht.
Die Forschung wurde veröffentlicht in The Lancet Diabetes & Endokrinologie.
Nach der Entwicklung einer Zelllinie, in der musikempfindliche Kalziumkanäle die Freisetzung von insulinhaltigen Vesikeln auslösten, führten die Forscher eine Reihe von Studien durch, um die optimale Frequenz, Tonhöhe und Lautstärke von Geräuschen für die Auslösung der Freisetzung zu ermitteln.
Nachdem sie sich für Popmusik mit tiefem Bass entschieden hatten, testeten sie ihr System an Mäusen mit Typ-1-Diabetes, denen die Insulin freisetzenden Zellen in den Bauch implantiert waren. Die direkte Anwendung der Musik bei 60 dB führte innerhalb von 15 Minuten zu nahezu Wildtyp-Insulinspiegeln im Blut.
„Eine vollständige Auffüllung dauert nur 4 Stunden, [the system] kann mehrere therapeutische Dosen pro Tag liefern“, sagen Martin Fussenegger, PhD, Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwesen, Abteilung für Biosystemwissenschaften und -technik, ETH Zürich, Basel, Schweiz, und Kollegen.
„Dies würde den typischen Bedürfnissen von Menschen mit Typ-2-Diabetes entsprechen, die drei Mahlzeiten am Tag zu sich nehmen und für die die Verabreichung von prandialem Insulin eine etablierte Behandlungsoption darstellt, da sie nicht über die Fähigkeit zur frühen postprandialen Insulinsekretion aus vorgebildetem Insulin verfügen.“
Da das System lediglich tragbare, batteriebetriebene, handelsübliche Lautsprecher erfordert, wird die mehrfache tägliche Dosierung von Biopharmazeutika „ohne medizinische Infrastruktur oder Personal unkompliziert, indem der Patient einfach die verschriebene Musik hört“.
Es „könnte daher eine interessante Option für zellbasierte Therapien sein, insbesondere dort, wo die Notwendigkeit einer häufigen Dosierung Compliance-Probleme aufwirft.“
Es ist zweifellos eine „sehr spannende Arbeit“, kommentierte Anandwardhan A. Hardikar, PhD, Gruppenleiter, Diabetes and Islet Biology Group, Translational Health Research Institute, Western Sydney University, Penrith NSW, Australien.
Er wies darauf hin, dass das Konzept, Musik zur Steuerung der Genexpression zu nutzen, „etwas ist, das wir seit 20 Jahren kennen“, aber die verschiedenen Forschungsstränge zusammenzuführen, um Zellen zu erzeugen, die in Mäuse implantiert werden können, sei „eine erstaunliche Idee“. „
Hardikar, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte jedoch, dass die Veröffentlichung der Studie als Korrespondenz „nicht viele der Details zulässt, die ich als Akademiker erwartet hätte“ und daher noch einige Fragen offen seien.
Am wichtigsten ist, ob die Musik selbst erforderlich ist, um die Insulinausschüttung auszulösen, und nicht einfach Geräusche im Allgemeinen.
Ist Musik oder Ton der „Auslöser“?
Musik ist „Frequenz, es ist die Amplitude der Wellenform und es ist die Dauer, für die diese Wellenformen vorhanden sind“, bemerkte er, aber das gleiche Profil kann erreicht werden, indem man die Melodie zerschneidet und bearbeitet, sodass sie zu einem Durcheinander von Klängen wird.
Für Hardikar bestünde die „beste Kontrolle“ für die Studie darin, außer dem bearbeiteten Lied keine Musik zu haben, sondern „Teile von Stücken“ zufällig abzuspielen, sodass „es so klingt, als ob es die gleiche Frequenz und Amplitude hätte.“
Dann wäre klar, ob die Wirkung auf den „Lärm, oder wir müssen die Melodie wertschätzen“ zurückzuführen ist.
Die andere offene Frage sei, ob sich die Ergebnisse „direkt auf größere Tiere wie den Menschen übertragen lassen“, sagte Hardikar.
Die Autoren weisen darauf hin, dass die akustischen Wellen der Musik, wenn sie in mechanische Schwingungen im Mittelohr übersetzt werden, mechanosensitive Ionenkanäle aktivieren, eine Art Auslöser, der im gesamten Tierreich zu finden ist.
Sie betonen weiterhin, dass Genschalter zwar für den Einsatz in zellbasierten Therapien der nächsten Generation für eine Reihe von Erkrankungen entwickelt wurden, niedermolekulare Triggerverbindungen jedoch mit einer Reihe von Herausforderungen konfrontiert sind und nachteilige Auswirkungen haben können.
Da auch „spurlose Auslöser“ wie Licht, Ultraschall, Magnetfelder, Radiowellen, Elektrizität und Wärme Probleme bereiten, bestehe ein „Bedarf an neuen Schaltmodalitäten“.
Die Forscher entwickelten daher ein musikinduzierbares Zellkontrollsystem (MUSIC), das den bekannten intrazellulären Kalziumanstieg als Reaktion auf Musik über kalziumdurchlässige mechanosensitive Kanäle nutzt, um die Freisetzung von Biopharmazeutika aus Vesikeln voranzutreiben.
Anschließend erzeugten sie MUSIK-gesteuerte Insulin freisetzende Zelllinien und stellten fest, dass sie mit einer maßgeschneiderten Box mit handelsüblichen Lautsprechern eine Kanalaktivierung und Insulinfreisetzung mit 60 dB bei 50 Hz induzieren konnten, was „im sicheren Bereich für“ liegt das menschliche Ohr.
Weitere Experimente ergaben, dass die Insulinfreisetzung bei 50–100 Hz am größten und höher war als bei Kaliumchlorid, dem „Goldstandard“-Depolarisationskontrolle für Kalziumkanäle.
Die Forscher zeigten dann, dass bei optimaler Stimulation bei 50 Hz und 60 dB die Kanalaktivierung und die anschließende Insulinausschüttung mindestens 3 Sekunden ununterbrochene Musik erforderten, „was das Mobilfunkgerät vor unbeabsichtigter Aktivierung bei alltäglichen Aktivitäten schützen könnte.“
Als nächstes untersuchten sie den Einfluss verschiedener Musikgenres auf die Insulinausschüttung und stellten fest, dass Popmusik mit tiefem Bass und Filmsoundtracks eine maximale Ausschüttung auslöste, während die Reaktionen bei klassischer und gitarrenbasierter Musik unterschiedlicher ausfielen.
Konkret löste „We Will Rock You“ der britischen Rockband Queen die Freisetzung von 70 % des verfügbaren Insulins innerhalb von 5 Minuten und 100 % innerhalb von 15 Minuten aus. Das Team stellt fest, dass dies „der Dynamik der durch Glukose ausgelösten Insulinfreisetzung durch menschliche Pankreasinseln“ ähnelt.
Das Aussetzen der Zellen einer zweiten Musiksitzung in unterschiedlichen Abständen ergab, dass innerhalb von 4 Stunden eine vollständige Insulinauffüllung erreicht wurde, was „angemessen wäre, um glykämische Schwankungen im Zusammenhang mit typischen Ernährungsgewohnheiten abzuschwächen“.
Schließlich testeten die Forscher das System in vivo und bauten eine Box mit zwei handelsüblichen Lautsprechern, die akustische Wellen über Deflektoren auf den Bauch von Mäusen mit Typ-1-Diabetes fokussiert.
Die Mäuse, denen mikroverkapselte MUSIC-Zellen in das Peritoneum implantiert worden waren, wurden akustischen Tiefbasswellen mit 60 dB (50 m/s) ausgesetzt2) für 15 Minuten ermöglichte es ihnen, nahezu Wildtyp-Insulinspiegel im Blut zu erreichen und die Normoglykämie wiederherzustellen.
Darüber hinaus „erzeugte Queens Song ‚We Will Rock You‘ ausreichend Insulin, um postprandiale glykämische Schwankungen während Glukosetoleranztests schnell abzuschwächen“, sagt das Team.
Im Gegensatz dazu blieben Tiere ohne Implantate oder solche, die Implantate hatten, aber nicht in die Musik eintauchten, weiterhin stark hyperglykämisch, fügen sie hinzu.
Sie stellen außerdem fest, dass der Effekt nur dann beobachtet wurde, wenn die Schallwellen für mindestens 15 Minuten „direkt auf die Haut direkt über der Implantationsstelle auftrafen“, wobei bei handelsüblichen Kopfhörern oder Ohrstöpseln wie Apple AirPods kein Anstieg der Insulinausschüttung beobachtet wurde , oder mit lauten Umgebungsgeräuschen.
Folglich wären „therapeutische MUSIK-Sitzungen immer noch mit dem Hören anderer Musikarten oder dem Hören aller Arten von Musik über Kopfhörer kompatibel“, schreiben die Forscher, und seien „kompatibel mit Standardschemata für die Medikamentenverabreichung“.
Die Studie wurde durch ein Advanced Grant des European Research Council und teilweise durch den Schweizerischen Nationalfonds NCCR Molecular Systems Engineering unterstützt. Ein Autor würdigt die Unterstützung des Chinese Scholarship Council.
Es wurden keine relevanten finanziellen Beziehungen angegeben.
