Ausgezeichnetes Projekt

Medizin aus der Meeresforschung

Anton Eisenhauer bereitet eine Blutprobe für die Isotopenanalyse vor. Bild: Osteolabs

Wissenschaftler des GEOMAR-Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung entwickeln ein neues Früherkennungsverfahren für Osteoporose. Eine Erfolgsgeschichte wissenschaftlicher Grenzgänger.

Das Universitätsklinikum Schleswig-Holstein und das GEOMAR, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel sind nur einen Steinwurf voneinander entfernt. Dennoch sind es getrennte Welten, in denen sich die Frauen und Männer in den weißen Kitteln auf der einen Seite und die Meeresforscher mit ihren Forschungsschiffen und Unterwasserrobotern auf der anderen bewegen. Zu unterschiedlich sind die Forschungsgegenstände der beiden Kieler Institutionen. Das dachte man zumindest bisher. Der Meeresforscher Anton Eisenhauer will das Wissen aus seinem Forschungsbereich nutzen, um Kranken zu helfen. Seine Forschungsinitiative "Osteolabs" zur Osteoporose-Vorsorge wurde jetzt durch die Initiative "Land der Ideen" ausgezeichnet. Ab Herbst soll daraus ein Unternehmen werden.

Eisenhauer ist stellvertretender Leiter des Forschungsbereichs Marine Biogeochemie und der Forschungseinheit Marine Geosysteme am GEOMAR, in Kiel. Er forscht über Lebewesen wie Korallen, die Kalkschalen bilden. Diese Kalkschalen bestehen aus Kalziumkarbonat. Das Kalzium, das die Tiere dafür benötigen, filtern sie aus dem Meereswasser. In der Natur kommen verschiedene Kalzium-Isotope vor. Das stabilere und häufigere Isotop hat in seinem Atomkern 20 Protonen und 20 Neutronen, das seltenere schwere Isotop 20 Protonen und 24 Neutronen. Es gibt verschiedene natürliche Prozesse, die das Verhältnis von schwerem zu leichtem Kalzium beeinflussen. Die Forscher wissen, wie sich das Verhältnis unter bestimmten Umweltbedingungen verändert, so dass sie durch die Isotopen-Analyse Rückschlüsse auf die Herkunft des Kalziums schließen können. So können sie zum Beispiel herausfinden, wann und in welcher Umgebung eine Koralle ihre Schale gebildet hat.

Schon seit mehr als zehn Jahren bewegte Eisenhauer der Gedanke, die Isotopenchemie auch bei der Früherkennung von Krankheiten einzusetzen. In seinem Bekanntenkreis litt eine junge Frau an Osteoporose. Er erlebte, wie schwierig es für sie war, die Krankheit im Anfangsstadium nachzuweisen und eine Behandlung finanziert zu bekommen. Auch in den menschlichen Knochen spielt das Kalzium eine entscheidende Rolle. Bei Osteoporose verlieren die Knochen Kalzium, werden porös und brüchig. Die Wirbelsäule kann sich verkrümmen, Oberschenkel- und Armknochen schon bei geringer Belastung brechen. Die Krankheit ist vor allem unter Frauen weit verbreitet. Bisher wird Osteoporose meist durch Knochendichtemessung nachgewiesen, die auf Röntgenstrahlung basiert.

Eisenhauer überlegte, ob die Isotopen-Analyse auch bei der Diagnose von Osteoporose helfen könnte. Sein Ansatzpunkt war das Kalzium im Blut. Das Element ist zum Beispiel nötig, um die Muskeln zu bewegen und die Nervenzellen anzuregen. Es wird sowohl aus der Nahrung gefiltert, als auch vom Skelett gelöst. Die Konzentration des Kalziums ist relativ stabil. Bei Osteoporose-Patienten jedoch erhöht sich der Anteil des Kalziums aus den Knochen, weil das Skelett mehr und mehr Kalzium verliert. Und genau diesen Anteil des Kalziums im Blut, der aus den Knochen stammt, kann mit der Isotopen-Analyse ermittelt werden. Ist er erhöht, deutet das auf Osteoporose hin. Im Blut kann man das Verhältnis der Isotope besonders gut messen, mit einer Urinprobe geht es jedoch auch.

Die erste Pilotstudie machte Eisenhauer mit seinem Sohn. 2007 untersuchte er den Urin des damals Vierjährigen und verglich die Befunde mit denen einer über sechzig jährigen Frau. Die Unterschiede in der Zusammensetzung der Kalziumisotope waren enorm und Eisenhauer wusste, dass er auf der richtigen Spur war. "Das war ein großer Moment", sagt er. Schwieriger war es, Geld für das Projekt aufzutreiben, weil er sich als Meeresforscher hier in das Gebiet der Medizin wagte. Mehrere Förderanträge wurden abgelehnt. Erst als das GEOMAR 2012 in die Helmholtz-Gemeinschaft aufgenommen wurde, öffnete sich der Weg für das Disziplinen übergreifende, anwendungsorientierte Projekt. Er überzeugte die Gutachter in einem speziellen Förderinstrument der Gemeinschaft (Helmholtz-Validierungsfonds).

Eisenhauers Verfahren hat viele Vorteile. Durch die Blutuntersuchung kann man Osteoporose bereits wenige Tage nach ihrem Ausbruch entdecken. "Man muss nicht mehr bis zum Knochenbruch warten", sagt Eisenhauer. Im Blut fällt bereits ein Anstieg des Kalziumbeitrages aus den Knochen von 0,1 Prozent durch eine Verringerung des Kalziumisotopenverhältnisses auf. Eine Röntgenuntersuchung zeigt die Krankheit dagegen erst, wenn die Knochen stark porös geworden sind. Je früher man jedoch die Krankheit erkennt, desto eher kann man gegensteuern, zu Anfang sogar ohne Medikamente, zum Beispiel durch Sport. Und auch in späteren Stadien der Krankheit wären die Tests hilfreich, denn wenn man schon geringe Unterschiede in den Kalziumisotopenverhältnissen messen kann, lässt sich viel genauer verfolgen, ob etwa ein bestimmtes Medikament anschlägt oder nicht. Gleichzeitig kann man Urintests beliebig oft durchführen, weil sie den Körper nicht belasten - im Gegensatz zum Röntgen.

Ende dieses Jahres soll aus der Forschungsinitiative Osteolabs ein Unternehmen werden. Die Ausgründung Osteolabs wird Test-Sets anbieten, die man sich im Internet bestellen kann, wenn man sich auf Osteoporose testen lassen will. Die ersten gibt es schon, derzeit sind sie noch in der Probephase. Für Ärzte soll es außerdem ein Testkit für Blut- und Urinproben geben. Die Auszeichnung im Wettbewerb zum "Land der Ideen" von Bundesregierung und Industrie hat Osteolabs zusätzliche Aufmerksamkeit verschafft.

Website Osteolabs

Meeresforschung hilft Medizin (GEOMAR)

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06.07.2017, Friederike Lübke
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