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Der Granatapfel verfügt, selbst im Vergleich zu Rotwein und Blaubeeren, über besonders viele Polyphenole, welche möglicherweise für die vermuteten positiven gesundheitlichen Effekte verantwortlich sind. Bei Granatapfelprodukten gibt es beträchtliche Unterschiede bezüglich Qualität und Gehalt an wirksamen Polyphenolen.
In einer In-Vitro-Studie wurde festgestellt, dass Granatapfelsaft die Bildung von körpereigenen Östrogenen hemmte und bei östrogenrezeptor-positiven Brustkrebszellen zu einer Wachstumshemmung von 80 Prozent führte, ohne das Wachstum der gesunden Zellen zu beeinträchtigen. Fermentierter Granatapfelsaft war dabei doppelt so wirksam wie frischer Saft. Auch auf Leukämiezellen wirken die Polyphenole aus fermentiertem Granatapfelsaft: Die Zellen bilden sich entweder zu gesunden Zellen zurück (Redifferenzierung) oder werden in den programmierten Zelltod (Apoptose) getrieben. Ausserdem verhindern die Polyphenole, dass sich neue Blutgefässe bilden (Neoangiogenese) - das erschwert die Ausbreitung des Tumors.
Auch gegen Prostatakrebs scheinen die Polyphenole aus fermentiertem Granatapfelsaft besonders wirkungsvoll zu sein, wie eine Reihe von präklinischen Studien zeigt. In einer Studie konnten Prostatakrebs-Patienten durch den täglichen Konsum von Granatapfelsaft (570 mg Polyphenole) ihren PSA-Wert, den zentralen Biomarker bei Prostatakrebs, viermal länger konstant halten als vor der Behandlung: In der sechsjährigen Nachbeobachtungsphase stieg die PSA-Verdopplungszeit von 15,4 auf 60 Monate. Nach diesem Erfolg wird die Studie nun ausgeweitet.
In einer Zellkultur-Studie aus dem Jahr 2008 konnte ausserdem gezeigt werden, dass auch im Spätstadium des Prostatakrebses Granatapfelsaft noch einen positiven Effekt auf die Zellstruktur haben kann - die Übertragung der Ergebnisse auf den Krankheitsverlauf eines Menschen ist allerdings ohne weitere Untersuchungen nicht möglich. Ähnliche positive Effekte mit hormonunabhängigem Prostatakrebs traten in Tierstudien auf.
In einer doppelblinden, placebo-kontrollierten Studie an 45 Patienten mit koronarer Herzkrankheit erhöhte die tägliche Gabe von 240 ml des Saftes des Granatapfels die Herzmuskeldurchblutung signifikant.[35] Positive Effekte zeichneten sich auch bei einer Studie mit Patienten mit verengter Halsschlagader ab: Nach einem Jahr Granatapfelverzehr verminderten sich die Ablagerungen an der Halsschlagader um 35 %, während sie in der Kontrollgruppe deutlich zunahmen.