Basic Research in Homeopathy – Development of Plant Bioassays to Investigate Effects of Potentised Preparations

Abstract

Homeopathy is used worldwide in human- as well as in veterinary medicine, though its effectivity is controversially discussed. This dissertation focuses on the interdisciplinary research field of basic research in homeopathy. It investigates the possibility of specific effects of homeopathic preparations in scientific experiments with healthy plants. A comprehensive literatur review was followed by two experimental studies.

Review: The systematic review about experimental research on effects of homeopathic treatments on healthy plants aimes to give a comprehensive overview about the state of research between 1920 and April 2009, with particular focus on studies investigating specific effects of homeopathic remedies. The literature search included publications in English, German, French, Italian, Spanish and Portoguese, using predefined selection criteria. Studies with healthy whole plants, seeds, plant parts and cells were included. Outcome had to be measured by established procedures and assessed by a statistical evaluation. A Manuscript Information Score (MIS) was developed to include only publications providing enough information for proper interpretation (MIS = 5). A Study Methods Evaluation Procedure (SMEP) was used to evaluate the latter studies, and the subgroup of studies with adequate controls to identify specific effects. A total of 86 studies in 79 publications were identified. Only 43 studies included statistics, 29 of the 43 studies had a MIS = 5, and 16 of these 29 studies were investigating specific effects of homeopathic preparations. Specific effects of decimal, centesimal and fifty millesimal potencies were found, also in dilutions far beyond the Avogadro number. In consecutive series of potency levels only some of the tested potencies showed effects. In conclusion, studies showed heterogenous methods and outcome measures and very few studies included investigations concerning reproducibility of outcomes. Healthy plant models are regarded to be a promising approach to investigate basic research questions about the specificity of homeopathic preparations by many authors. However, there was a lack of investigations with valid methods, especially studies focusing potentisation techniques, effective potency levels and conditions for reproducibility were lacking.

Experimental work: Based on the results of the review experimental studies focusing reproducibility of specific homeopathic effects were performed. The first study investigated if formerly observed effects of homeopathically potentised gibberellic acid in a bioassay with healthy duckweed (Lemna gibba L.) were reproducible. Duckweed was grown in potencies (14x–30x) of gibberellic acid (GA3) and one time succussed and unsuccussed water controls. Outcome parameter area-related growth rate was determined by a computerised image analysis system. Three series including five independent blinded and randomised potency experiments each were carried out. System stability was controlled by three series of five systematic negative control (SNC) experiments. Gibbosity (a specific growth state of L. gibba) was investigated as possibly essential factor for reactivity of L. gibba towards potentised GA3 in one series of potency and SNC experiments, respectively. Results were heterogenous: Only in the third series with gibbous L. gibba a significant effect (p=0.009. F-test) of the homeopathic treatment was observed. Additionally, growth rate increased in contrast to the former study, and effect of most biologically active potency levels differed. Variability in potency experiments was lower than in SNC experiments. The stability of the experimental system was verified by the SNC experiments. The second study investigated laboratory-internal reproducibility of formerly observed effects of homeopathically potentised Argentum nitricum using the Lemna gibba bioassay. A previous study reported a significant statistical interaction between experiment date and treatment effect of Argentum nitricum 14x–30x on the growth rate of duckweed. According to the first study duckweed was treated with Argentum nitricum potencies (14x–30x) as well as succussed and unsuccussed water controls. The outcome parameter arearelated growth rate for day 0–7 was measured by a computerised image analysis system in two experimental series, including six and three independent randomised and blinded experiments. Systematic negative control experiments were carried out to investigate system stability. Statistical analysis was performed with full two-way ANOVA and protected Fisher`s LSD test. The results of the former study could not be reproduced: In the first experimental series a significant treatment effect (p=0.016) was observed, while in the second series no effect was found. The stability of the experimental system was verified by systematic negative control experiments. An a posteriori subgroup analysis concerning gibbosity revealed the importance of this growth state of Lemna gibba for successful reproduction of the statistically significant interaction in the original study; flat: (p=0.762); slight gibbosity: (p=0.256); medium gibbosity: p=0.031, high gibbosity: p=0.005. Both studies showed that gibbosity could be one parameter influencing reproducibility of the homeopathic studies with Lemna gibba L.. With the original study design (disregarding gibbosity status of L.gibba) results of the original studies could not be reproduced. Different physiological states of the test organisms used for bioassays for homeopathic basic research must carefully be considered.

Homöopathie ist eine in Human- und Tiermedizin weltweit angewendete, jedoch betreffend ihrer Wirksamkeit umstrittene Therapie aus dem Bereich der Komplementärmedizin. Diese Dissertation befasst sich mit wissenschaftlichen Untersuchungen im Bereich der Homöopathie-Grundlagenforschung. Es wurde untersucht, inwieweit sich pflanzliche Testsysteme für wissenschaftliche Experimente zu spezifischen Arzneieffekten von homöopathischen Präparaten eignen.

Review: Ein systematisches Review befasste sich mit Studien über Effekte homöopathischer Präparate auf gesunde Pflanzen aus den Jahren 1920 bis 2009, mit dem Ziel, einen umfassenden Überblick über den Forschungsstand zu geben und solche Studien zu identifizieren, die spezifische homöopathische Arzneimittelwirkungen untersuchten. Die Literatursuche beinhaltete Publikationen in Englisch, Deutsch, Französisch, Italienisch, Spanisch und Portugiesisch und basierte auf vordefinierten Selektionskriterien. Studien an gesunden Pflanzen, Pflanzensamen, Pflanzenteilen und Pflanzenzellen wurden eingeschlossen. Die Outcome-Parameter mussten mit etablierten Methoden gemessen und statistisch ausgewertet worden sein. Es wurde ein Manuscript Information Score (MIS) entwickelt, mit dessen Hilfe die Studien selektiert wurden, welche ausreichend Informationen im Manuskript beinhalteten, um im weiteren Reviewprozess angemessen beurteilt werden zu können (MIS = 5). Eine Study Methods Evaluation Procedure (SMEP) wurde entwickelt, um die eingeschlossenen Studien genauer zu evaluieren und die Studien mit adäquaten Kontrollen für die Untersuchung spezifischer Effekte zu identifizieren. Insgesamt wurden 86 Studien in 79 Publikationen identifiziert. Nur 43 Studien beinhalteten statistische Auswertungen, 29 der 43 Studien hatten einen MIS = 5, und bei 16 der 29 Studien war die Methodik hinreichend, um spezifische Arzneimitteleffekte der homöopathischen Präparate zu untersuchen. Es wurden spezifische Effekte von Dezimal-, Centisemal- und 50-Millisemal-Potenzen postuliert, also auch in Verdünnungsstufen weit über der Avogadro`schen Zahl. Wurden Potenzstufenreihen untersucht, so zeigten nur einzelne der Potenzstufen Effekte. Im Gesamten betrachtet stellen sich die publizierten Studien hinsichtlich der Fragestellungen und der Methoden heterogen dar. In nur wenigen Studien wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse untersucht. Die gesunde Pflanze könnte nach Ansicht vieler Autoren ein geeignetes Modell sein, um Fragestellungen der Homöopathie-Grundlagenforschung über die Spezifität homöopathischer Präparationen zu untersuchen. Jedoch besteht ein Mangel an Forschungsarbeiten mit qualitativ hochwertigen Methoden. Insbesondere fehlen Studien, welche die verschiedenen Potenzierungstechniken, effektive Potenzstufen einer Reihe und Bedingungen für die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse untersuchen.

Experimenteller Teil: Basierend auf den Ergebnissen des Reviews wurden experimentelle Studien mit dem Schwerpunkt Reproduzierbarkeit spezifischer homöopathischer Effekte durchgeführt Die erste Studie untersucht die Reproduzierbarkeit vorher beobachteter Effekte mit homöopathisch potenziertem Gibberellin (GA3, Pflanzenhormon) in einem Bioassay mit Lemna gibba L. (Wasserpflanze, Wachstum über vegetative Teilung). Die Pflanzen wurden in den Gibberellin-Potenzen (D14-D30) kultiviert, sowie in zwei Wasserkontrollen mit verschütteltem und unverschütteltem Wasser. Der Outcome-Parameter, die auf die auf die Frond-Oberfläche bezogene Wachstumsrate von Tag 0-7, wurde mit einem digitalen Bildanalyse-System gemessen. Die Daten wurden mit Hilfe der zwei-Wege ANOVA und dem geschützten Fisher`s LSD-Test statistisch ausgewertet. Drei Serien mit je fünf unabhängigen, verblindeten und randomisierten Potenz-Experimenten (PE) wurden durchgeführt. Die Systemstabilität wurde mit Hilfe von drei Serien mit je fünf systematischen Wasserkontrollexperimenten (SNC) untersucht. Je eine Serie der Potenz- und der SNCExperimente wurde mit gibbösen Lemnas (spezifisches Wachstumsstadium von L. gibba) durchgeführt, um den Einfluss der Gibbosität auf die Reaktionsbereitschaft von L. gibba bezüglich der Behandlung mit potenziertem GA3 zu untersuchen. Die Resultate waren uneinheitlich: Nur in der dritten Serie (mit gibbösen Lemnas) wurde ein signifikanter globaler Effekt (p=0.009, F-Test) der homöopathischen Behandlung beobachtet. Zudem gab es im Unterschied zur Originalstudie einen Anstieg der Wachstumsrate und die Effekte der meisten der „aktiven“ Potenzstufen unterschieden sich. Die Variabilität war in den Potenz-Experimenten niedriger als in den SNC-Experimenten. Die zweite Studie untersucht die Labor-interne Reproduzierbarkeit früher beobachteter Effekte von homöopathisch potenziertem Argentum nitricum mit dem Lemna gibba-Bioassay. In der Originalstudie wurde von einer statistisch signifikanten Wechselwirkung zwischen Experimentdatum und dem Behandlungseffekt von Argentum nitricum D14–D30 auf die Wachstumsrate von Lemna gibba berichtet. Entsprechend der GA3-Studie wurden die Lemnas mit Argentum nitricum Potenzen (D14–D30) sowie mit der verschüttelten und der unverschüttelten Wasserkontrolle behandelt. Die Wachstumsrate von Tag 0 – 7 wurde mit dem digitalen Bildanalysesystem gemessen. Zwei Serien wurden mit sechs und mit drei unabhängigen verblindeten und randomisierten Experimenten durchgeführt. Die statistische Auswertung fand mit Hilfe der zwei-Wege ANOVA und dem geschützten Fisher`s LSD-Test statt. Die Resultate der Originalstudie konnten nicht reproduziert werden: In der ersten Serie konnte ein signifikanter Effekt der homöopathischen Behandlung ermittelt werden (p= 0.016, FTest), während in der zweiten Serie kein Effekt beobachtet wurde. Die Systemstabilität wurde durch SNC-Experimente kontrolliert. In einer a posteriori Untergruppenanalyse wurde der Einfluss der Gibbosität auf die Resultate untersucht und es zeigte sich die Wichtigkeit dieser Wachstumsphase für eine erfolgreiche Reproduzierung der statistisch signifikanten Wechselwirkung der Vorgängerstudie: nicht gibbös: p= 0.762; leichte Gibbosität: p= 0.256; mittlere Gibbosität: p= 0.031; hohe Gibbosität: p= 0.005. Beide Studien zeigten, dass die gibböse Wachstumsphase ein die Reproduzierbarkeit beeinflussender Parameter in Homöopathie-Studien mit Lemna gibba L. sein kann. Mit dem ursprünglichen Studiendesign, welches den gibbösen Status der Pflanzen nicht beachtete, konnten die Resultate der Originalstudien nicht reproduziert werden. In zukünftigen Studien der Homöopathie-Grundlagenforschung sollten die physiologischen Stadien der Testorganismen sorgfältig bedacht werden.