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Das osteolabs-Team (v.l.): Stefan Kloth, Michael Müller und Anton Eisenhauer: Foto: osteolabs
Ladestation für Proben, welche am Thermionen-Massenspektrometer TRITON gemessen werden sollen. Massenspektrometer dienen zum Messen der Masse von Atomen oder Molekülen. Die zu untersuchende Substanz wird zu einem Gas umgewandelt und ionisiert. Die Ionen werden anschließend im Hochvakuum durch ein elektrisches Feld beschleunigt und können so nach Masse und Ladung sortiert werden. Foto: Pohl/Warnk/Gall
Die Osteoporose ist eine häufige Alterserkrankung des Knochens, die ihn anfällig für Brüche macht. Die auch als Knochenschwund bezeichnete Krankheit ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Knochendichte. Man geht davon aus, dass in Deutschland etwa 30 Prozent aller Frauen ab einem Alter von 50 Jahren an primärer Osteoporose erkranken. Für Männer ist ab dem 70. Lebensjahr die Altersosteoporose ein ebenso häufiges Krankheitsbild. Häufige Knochenbrüche infolge einer Osteoporose sind Wirbelkörper-­Einbrüche und hüftgelenksnahe Oberschenkelknochenbrüche. Abbildungen: BruceBlaus (CC BY-SA 4.0)
Anton Eisenhauer im Labor. Foto: osteolabs
Elementares Kalzium ist ein glänzendes, silberweißes Metall. In der Erdhülle ist es das fünfthäufigste Element. Aufgrund seiner starken Reaktivität kommt es nur chemisch gebunden als Bestandteil von Mineralien vor. Zu diesen gehören z. B. Calcit, Aragonit und Dolomit in Kalkstein, Marmor und Kreide sowie Gips (Calciumsulfat). Calciumphosphat ist ein wesentlicher Bestandteil von Knochen und Zähnen. Kalzium hat sechs stabile Isotope, das meisthäufige ist 40Ca mit einem Vorkommen von rund 97 Prozent. Foto: Tomihahndorf (CC BY-SA 3.0)

Der Brückenschlag

Von der Meeresforschung zur medizinischen Anwendung

Isotopengeochemie ist für Meeresforscher wie Prof. Dr. Anton Eisenhauer aus dem Forschungsbereich Marine Biogeochemie des GEOMAR eine Methode, die er und sein Team schon seit Jahren anwenden, um mit Hilfe von sehr leistungsfähigen Analysegeräten, sogenannten Massenspektrometern, aus Probenmaterial vom Meeresboden Informationen über die Geschichte unseres Planeten zu erhalten.

Dabei geht es nicht darum, das Verhältnis der unterschiedlichen Stoffe zueinander zu bestimmen, sondern um Verhältnisse verschiedener Größenklassen eines Elementes, zum Beispiel Kalzium. So enthält eine Karbonatprobe immer unterschiedlich schwere Kalziumanteile, sogenannte Isotope. Aus dem Verhältnis dieser Isotope eines Elementes in einer Probe kann man dann Rückschlüsse auf die Bedingungen bei ihrer Entstehung gewinnen und so zum Beispiel etwas über die Klimageschichte unseres Planeten lernen, lange bevor der Mensch die Erde besiedelte.

Nun könnte diese Methode auch in der Medizin eine Anwendung finden, um eine der großen Volkskrankheiten, die Osteoporose, frühzeitiger zu diagnostizieren. Hierbei steht das Element Kalzium wieder im Mittelpunkt. Menschen, die unter Osteoporose leiden, verlieren (meist mit zunehmendem Alter) Kalzium aus ihrem Skelett, wodurch es brüchiger wird. Hier setzt nun das neue Diagnoseverfahren an. Mit Hilfe von Urin- oder auch Blutproben lässt sich das Verhältnis verschiedener Isotope von Kalzium im Körper sehr genau bestimmen und dadurch Hinweise auf eine mögliche Krankheit gewinnen, bevor die sich über Jahre schleichend entwickelnde Osteo­porose einsetzt. Mit einer frühzeitigen Diagnostik kann auch die Behandlung besser und wirksamer ansetzen.

„Der Vorteil unseres Verfahrens gegenüber der bisher angewendeten Knochendichtemessung (DXA) ist, dass es nicht strahlenbehaftet ist, auch kann bei der DXA-Messung Osteoporose erst dann diagnostiziert werden, wenn die Krankheit schon ein gewisses Stadium erreicht hat“, erläutert Prof. Eisenhauer. „Unser Verfahren benötigt nur eine Probe Urin des Patienten und ist bis zu hundertfach sensitiver“, so Eisenhauer weiter.

„Bis zur Marktreife des neuen Verfahren ist es aber noch ein langer Weg, denn anders als in der Meeresforschung benötigen neue Verfahren in der Medizin deutlich mehr Zeit, ehe sie zugelassen werden und zum Beispiel auch von gesetzlichen Krankenkassen anerkannt werden“, erläutert Dr. Michael Müller, stellvertretender Direktor der Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie des UKSH. „Die ersten klinischen Studien haben jetzt begonnen, um das Verfahren auf einer statistisch breiteren Grundlage zu validieren“, so Müller weiter.

„Mit Hilfe einer Förderung von 1,4 Millionen Euro aus dem Helmholtz-Validierungsfonds der Helmholtz Gemeinschaft sowie 200.000 Euro vom GEOMAR wollen wir ein Projekt mit dem Namen osteolabs ausgründen, welches dann auf dem Campus Ostufer des GEOMAR­ angesiedelt werden soll“, sagt Dr. Stefan Kloth, designierter Kaufmännischer Leiter von osteolabs.

Wir sind optimistisch, dass unser Verfahren in Zukunft weltweit angewendet werden kann, um Osteoporose strahlenfrei, sicher, frühzeitig und messgenau zu diagnostizieren, um vielen Menschen zukünftig eine bessere Lebensqualität zu gewährleisten“, meint Professor Eisenhauer zuversichtlich.

 

Das osteolabs-Team (v.l.): Stefan Kloth, Michael Müller und Anton Eisenhauer: Foto: osteolabs
Das osteolabs-Team (v.l.): Stefan Kloth, Michael Müller und Anton Eisenhauer: Foto: osteolabs
Ladestation für Proben, welche am Thermionen-Massenspektrometer TRITON gemessen werden sollen. Massenspektrometer dienen zum Messen der Masse von Atomen oder Molekülen. Die zu untersuchende Substanz wird zu einem Gas umgewandelt und ionisiert. Die Ionen werden anschließend im Hochvakuum durch ein elektrisches Feld beschleunigt und können so nach Masse und Ladung sortiert werden. Foto: Pohl/Warnk/Gall
Ladestation für Proben, welche am Thermionen-Massenspektrometer TRITON gemessen werden sollen. Massenspektrometer dienen zum Messen der Masse von Atomen oder Molekülen. Die zu untersuchende Substanz wird zu einem Gas umgewandelt und ionisiert. Die Ionen werden anschließend im Hochvakuum durch ein elektrisches Feld beschleunigt und können so nach Masse und Ladung sortiert werden. Foto: Pohl/Warnk/Gall
Die Osteoporose ist eine häufige Alterserkrankung des Knochens, die ihn anfällig für Brüche macht. Die auch als Knochenschwund bezeichnete Krankheit ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Knochendichte. Man geht davon aus, dass in Deutschland etwa 30 Prozent aller Frauen ab einem Alter von 50 Jahren an primärer Osteoporose erkranken. Für Männer ist ab dem 70. Lebensjahr die Altersosteoporose ein ebenso häufiges Krankheitsbild. Häufige Knochenbrüche infolge einer Osteoporose sind Wirbelkörper-­Einbrüche und hüftgelenksnahe Oberschenkelknochenbrüche. Abbildungen: BruceBlaus (CC BY-SA 4.0)
Die Osteoporose ist eine häufige Alterserkrankung des Knochens, die ihn anfällig für Brüche macht. Die auch als Knochenschwund bezeichnete Krankheit ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Knochendichte. Man geht davon aus, dass in Deutschland etwa 30 Prozent aller Frauen ab einem Alter von 50 Jahren an primärer Osteoporose erkranken. Für Männer ist ab dem 70. Lebensjahr die Altersosteoporose ein ebenso häufiges Krankheitsbild. Häufige Knochenbrüche infolge einer Osteoporose sind Wirbelkörper-­Einbrüche und hüftgelenksnahe Oberschenkelknochenbrüche. Abbildungen: BruceBlaus (CC BY-SA 4.0)
Anton Eisenhauer im Labor. Foto: osteolabs
Anton Eisenhauer im Labor. Foto: osteolabs
Elementares Kalzium ist ein glänzendes, silberweißes Metall. In der Erdhülle ist es das fünfthäufigste Element. Aufgrund seiner starken Reaktivität kommt es nur chemisch gebunden als Bestandteil von Mineralien vor. Zu diesen gehören z. B. Calcit, Aragonit und Dolomit in Kalkstein, Marmor und Kreide sowie Gips (Calciumsulfat). Calciumphosphat ist ein wesentlicher Bestandteil von Knochen und Zähnen. Kalzium hat sechs stabile Isotope, das meisthäufige ist 40Ca mit einem Vorkommen von rund 97 Prozent. Foto: Tomihahndorf (CC BY-SA 3.0)
Elementares Kalzium ist ein glänzendes, silberweißes Metall. In der Erdhülle ist es das fünfthäufigste Element. Aufgrund seiner starken Reaktivität kommt es nur chemisch gebunden als Bestandteil von Mineralien vor. Zu diesen gehören z. B. Calcit, Aragonit und Dolomit in Kalkstein, Marmor und Kreide sowie Gips (Calciumsulfat). Calciumphosphat ist ein wesentlicher Bestandteil von Knochen und Zähnen. Kalzium hat sechs stabile Isotope, das meisthäufige ist 40Ca mit einem Vorkommen von rund 97 Prozent. Foto: Tomihahndorf (CC BY-SA 3.0)
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