SZ + Deutschland & Welt
Merken

Warum das Gerüst im Körper brüchig wird

Dresdner Forscher entdecken, weshalb unsere Knochen langfristig mürbe werden - und versuchen, das zu verhindern.

Von Luisa Zenker
 5 Min.
Teilen
Folgen
Das Bone Lab am Universitätsklinikum Dresden ist eines der größten Knochenforschungszentren Deutschlands. Geleitet wird es von Martina Rauner (r.) und Lorenz Hofbauer.
Das Bone Lab am Universitätsklinikum Dresden ist eines der größten Knochenforschungszentren Deutschlands. Geleitet wird es von Martina Rauner (r.) und Lorenz Hofbauer. © Matthias Rietschel

Das Skelett ist das Gerüst des Menschen, ein Wunderwerk. Es schützt lebenswichtige Organe und ermöglicht durch das Zusammenspiel mit Muskeln und Nerven, dass sich der Mensch fortbewegen kann. Was von außen wie totes und hartes Material aussieht, ist im Inneren lebendiger, als man denkt. Die unsichtbaren Knochen unter der Haut wachsen mit, sind leicht und gleichzeitig widerstandsfähig gegen Stürze.

Doch das menschliche Gerüst wird im Alter bröckelig. Warum die Knochen dann schneller brechen, wird an einem der größten Knochenforschungszentren Deutschlands, dem Bone Lab im Uniklinikum Dresden erforscht. Hier gehen Professorin Martina Rauner und Professor Lorenz Hofbauer auf Skelett-Entdeckungsreise – mit Mikroskop und Röntgenstrahlen.

Die Ursache für das morsch werdende Gerüst findet sich hinter der festen Außenwand des Skeletts, erklärt der Mediziner Lorenz Hofbauer. Das Innere des Knochens ist nämlich hohl, durchdrungen von einem lebendigen schwammartigen Knochengewebe, festgehalten durch kleine knochenartige Balken, ein Gerüst im Gerüst sozusagen. In den Hohlräumen, dem Knochenmark, werden jeden Tag neue Zellen für das Blut und das Immunsystem gebildet.

Das Innere unserer Knochen ist hohl, durchdrungen von einem lebendigen schwammartigen Knochengewebe.
Das Innere unserer Knochen ist hohl, durchdrungen von einem lebendigen schwammartigen Knochengewebe. © Matthias Rietschel

Es passiert noch viel mehr: Im Inneren des Knochens wird die ganze Zeit gewerkelt, altes Knochenmaterial wird abgebaut, neues aufgebaut. Innerhalb von sieben Jahren erneuert sich das Skelett komplett. Eine Art Baustelle, denn jede Straße, jede Telefonleitung muss mit den Jahren saniert werden, auch der Knochen braucht eine fortwährende Ausbesserung. „Zuständig dafür sind zwei Zelltypen, Osteoblasten und Osteoklasten“, erklärt die 38-jährige Biotechnologin Martina Rauner, die seit 2008 an den Knochen forscht. Auch wenn die Namen der Zellen ähnlich klingen, sind sie für zwei unterschiedliche Prozesse verantwortlich. Die einen bauen Knochenmaterial auf, die anderen ab.

Wie Störung in der Leitung

Gesteuert wird das durch die Kommunikation des Knochens mit dem Körper. Doch diese Kommunikation kann durch zahlreiche Faktoren gestört werden. Wie bei einem Anruf, wenn die Telefonleitung zwischendurch gerissen ist. Dann klingelt das Telefon auf der anderen Seite nicht mehr, relevante Informationen dringen nicht durch. Die Folge im Körper: Es wird mehr Knochenmaterial abgebaut als aufgebaut. Das Innere des Knochens wird porös, mürbe. Stürzt die Person jetzt, ist das Risiko hoch, dass sie sich etwas bricht. Einfach weil der Knochen schwindet. Die Medizin kennt dafür den Begriff Osteoporose, eine Krankheit an der aktuell in Deutschland schätzungsweise 5,2 Millionen Frauen und 1,1 Millionen Männer erkrankt sind . „Besonders Frauen sind betroffen, etwa 40 Prozent“, erklärt Martina Rauner.

Warum der Knochen mürbe wird, erforschen die Wissenschaftler im Uniklinikum Dresden. Klar ist, die Ernährung beeinflusst die Bauarbeiten im Knochen. Zum Beispiel, wenn Kalzium oder Vitamin D fehlen. Auch Bewegung habe Einfluss auf die Festigkeit der Knochen – wer wenig Sport treibt, könnte im Alter poröse Knochen bekommen, warnt Hofbauer. Den durch Bewegung werden nicht nur die Muskeln, sondern auch die Knochen tainiert. Die Genetik hat ebenfalls einen Einfluss auf die Zellbauarbeiter, die fleißig oder faul den Knochen instand halten.

Aber es gibt noch viel mehr, das sich auf die Stabilität des Skeletts auswirkt. Es ist die Verknüpfung des Knochens mit Hormonen und Immunzellen. Und genau darauf richten Hofbauer und Rauner ihre Forschung aus. So kommuniziert der Knochen etwa mit den Sexualhormonen Östrogen und Testosteron. Ab dem 50. Lebensjahr treten bei Frauen die Wechseljahre auf, weniger Östrogene werden dann gebildet. Dies hat direkten Einfluss auf das Skelett. Die Folge: Frauen sind viel häufiger von porösen Knochen im Alter, also Osteoporose, betroffen. Aber auch bei den Männern spielt der abnehmende Testosteronhaushalt eine Rolle, etwa jeder siebzehnte Mann über 50 leide an mürben Knochen, erklären die Wissenschaftler.

Marina Rauner untersucht unter dem Mikroskop, warum Knochen im Alter hohl und porös werden. Auch Röntgenstrahlenn kommen bei der Forschung zum Einsatz.
Marina Rauner untersucht unter dem Mikroskop, warum Knochen im Alter hohl und porös werden. Auch Röntgenstrahlenn kommen bei der Forschung zum Einsatz. © Matthias Rietschel

Doch es sind nicht nur die Hormone, die Einfluss auf den Knochen haben. Die Immunzellen selbst steuern, wie porös der Knochen ist und wie schnell er brechen kann. Aus dieser Vorstellung heraus hat sich ein eigener wissenschaftlicher Bereich namens Osteoimmunologie entwickelt, den es seit den 2000ern gibt, erklärt Martina Rauner. Ob Autoimmunerkrankungen wie Diabetes oder Rheuma, eine Covid-Infektion oder Zahnleiden – all diese Krankheiten fördern den Aufbau von sogenannten Entzündungszellen. Sie sind wichtig, damit körperfremde Zellen vernichtet werden. Das Problem: Sie füttern die Osteoklasten, also genau die kleinen Zellen, die dafür zuständig sind, unsere Knochen abzubauen. Welche Medikamente hier zur Behandlung helfen können, erforschen die Wissenschaftler im Knochenzentrum.

Doch selbst Medikamente haben Einfluss auf die Knochenbildung. Etwa bei der Behandlung von Rheuma, einer Gelenkentzündungskrankheit, wovon knapp zehn Millionen Deutsche betroffen sind. Sie erhalten oftmals Cortison, um die Schmerzen zu lindern. Das Problem daran: Das Cortison beeinflusst die Kommunikation zwischen Immunzelle und Knochengewebe. Es breiten sich mehr Entzündungszellen im Körper aus, die dem Knochen das Signal senden, sich abzubauen. Das Spiel ist also das Gleiche, die Telefonverbindung ist gestört und plötzlich kommt eine falsche Information an, die fatale Folgen für den Menschen haben kann. „Gerade bei Älteren steigt die Sterblichkeit mit einem Knochenbruch signifikant“, sagt Hofbauer.

Chancen für neue Therapien

Nun versuchen die Wissenschaftler herauszufinden, wie die Kommunikation, also die Telefonleitung zwischen Immunsystem und Skelett, wieder repariert werden kann, damit sich der Knochen auch im Alter normal entwickelt. Dafür untersucht das vierzigköpfige Wissenschaftsteam in Dresden schwarze Standard-Mäuse, sie sind in Forscherkreisen unter dem Namen „C57 black 6“ bestellbar. Ihr Genmaterial ist identisch, es sind sozusagen eineiige Zwillinge, nur dass nicht zwei Mäuse im Labor leben, sondern etwa 30. Im Gegensatz zum Menschen haben sie alle die gleiche Voraussetzung und das gleiche Genmaterial.

Zwillingspaare schwarzer Mäuse helfen den Forschern bei ihrer Arbeit. Ihre Knochenproben werden untersucht, um später neue Medikamente für den Menschen zu entwickeln.
Zwillingspaare schwarzer Mäuse helfen den Forschern bei ihrer Arbeit. Ihre Knochenproben werden untersucht, um später neue Medikamente für den Menschen zu entwickeln. © Matthias Rietschel

Ihre Knochenproben werden im Labor untersucht, von Medizinern, Ernährungswissenschaftlern, Biotechnologen, Mikrobiologen. Martina Rauner erklärt: „Das ist Grundlagenforschung. Ehe sich daraus ein Medikament entwickelt, werden noch Jahre vergehen.“ Erfolg konnte das Knochenforschungszentrum Dresden aber schon verbuchen. Hier wurde innerhalb der letzten zwanzig Jahre ein Medikament mit entwickelt, das gegen Osteoporose eingesetzt wird und die Kommunikation zwischen Knochen und Immunsystem beeinflusst.

Doch unabhängig von Genetik, Hormonen oder Vorerkrankungen, jeder selbst kann etwas dazu beitragen den Knochen stabil zu halten: „Eine gesunde Ernährung und viel Bewegung sind in jedem Alter wichtig“, sagt Hofbauer. Denn die Forschung ist noch längst nicht am Ende angekommen: Demnach habe der Knochen selbst Einfluss auf die Immunzellen. Die Frage, wie eng die beiden Systeme miteinander verknüpft sind, wird zwischen Mikroskop und Reagenzglas am Uniklinikum jeden Tag ein bisschen mehr beantwortet.