Die Fortschritte in der Forschung werfen ein neues Licht auf die Osteoporose, von der bis zum Jahr 2020 bis zur Hälfte aller Amerikaner über 50 Jahre betroffen sein könnten.
Jahrelang dachten wir, wir hätten die Osteoporose verstanden: Es handelt sich um eine Krankheit, bei der die Knochen immer brüchiger werden, da sie an Dichte verlieren, was in der Regel auf das Alter, die Wechseljahre und andere Faktoren wie einen Mangel an Kalzium und Vitamin D in der Ernährung zurückzuführen ist.
Doch heute werfen die Fortschritte in der Forschung ein neues Licht auf die Osteoporose, von der bis zum Jahr 2020 voraussichtlich die Hälfte aller Amerikaner über 50 Jahre betroffen sein wird. Von der Diagnose über die Vorbeugung bis hin zur Behandlung von Osteoporose - neue Forschungsergebnisse stellen unser altes Verständnis von Osteoporose auf den Kopf.
Feinabstimmung des Osteoporoserisikos
Der "Goldstandard"-Test zur Diagnose von Osteoporose ist die DEXA-Untersuchung (Dual Energy X-ray Absorptiometry), mit der die Knochendichte in der Wirbelsäule, der Hüfte oder dem Handgelenk gemessen wird. Dies sind die häufigsten Stellen für Knochenbrüche. Doch dieser Test, so fortschrittlich er auch ist, hat seine Grenzen.
"Viele Patienten mit normalen Knochendichtemessungen auf einem DEXA-Scan haben dennoch Frakturen, und eine beträchtliche Anzahl von Patienten, deren DEXA-Scan Osteoporose zeigt, bekommen keine Frakturen", sagt Sundeep Khosla, MD, Professor für Medizin und Osteoporoseforscher an der Mayo Clinic in Rochester, Minnesota. "Die DEXA-Untersuchung gibt Aufschluss darüber, wie viel Knochen vorhanden ist, aber nicht viel über die innere Struktur des Knochens. Natürlich würden Ärzte gerne das Frakturrisiko viel genauer vorhersagen können, um genau zu bestimmen, wer das größte Frakturrisiko hat und am dringendsten Medikamente benötigt.
Khosla vergleicht das menschliche Skelett mit einer Brücke aus Metall. "Man könnte zwei Brücken mit der gleichen Menge an Metall haben, aber eine könnte stabiler sein, einfach aufgrund ihrer Bauweise", sagt er. "Da sich die Mikroarchitektur der Knochen einer Person von der einer anderen unterscheidet, kann auch ihre tatsächliche Festigkeit sehr unterschiedlich sein.
Khosla und andere Osteoporoseforscher untersuchen neue Bildgebungs- und Computertechniken, die es ihnen ermöglichen, in das Innere des Knochens zu schauen und spezifische strukturelle Merkmale zu erkennen. Dies wird ihnen helfen, Modelle der Knochenstärke zu erstellen, mit deren Hilfe sie vorhersagen können, bei welchen Patienten die Wahrscheinlichkeit von Knochenbrüchen am größten ist.
Ein solches bildgebendes Verfahren ist die Computertomografie (CT) der Wirbelsäule und der Hüfte. Die Forscher nehmen das dreidimensionale Bild des Knochens, das der CT-Scan erzeugt, und verwenden eine Computermodellierungstechnik, die das Bild in winzige Teile zerlegt. "Anhand der Dichte der einzelnen Teile kann man die Stärke der einzelnen Teile abschätzen und so die Gesamtstärke der Struktur ermitteln", sagt Khosla. "Je nachdem, wo ein Knochen am schwächsten ist, ist er mehr oder weniger anfällig für Brüche.
Mit einem neuen Instrument zur Untersuchung von Osteoporose, der hochauflösenden quantitativen peripheren Tomographie, wird dieser Aspekt noch weiter vertieft. Da das Gerät eine höhere Strahlung benötigt, kann es nicht an der Wirbelsäule oder in der Nähe von lebenswichtigen Organen eingesetzt werden, aber es kann zur Darstellung von Bereichen wie den Handgelenksknochen verwendet werden. "Die Auflösung bei peripheren Scannern ist so gut, dass man einzelne strukturelle Komponenten sehen kann, die viel mehr Informationen über die Stärke des Knochens liefern", sagt Khosla.
Er sagt voraus, dass die peripheren Scanner, die nicht viel teurer sind als die heutigen DEXA-Geräte, bald für den klinischen Einsatz zugelassen werden könnten. Da CT-Scans wesentlich teurer sind, werden sie möglicherweise nicht als eigenständiges Screening-Instrument eingesetzt. Wenn sich ein Patient jedoch aus einem anderen Grund einer CT-Untersuchung unterzieht, ist es relativ einfach, gleichzeitig Informationen über die Knochen zu erhalten.
"Wir müssen noch mehr Daten darüber sammeln, wie diese Instrumente das Frakturrisiko vorhersagen, aber die ersten Ergebnisse sind vielversprechend", sagt Khosla.
Verständnis des Knochenumbaus
Bisphosphonat-Medikamente wurden ursprünglich als Osteoporose-Therapeutika angesehen, die zum Aufbau von Knochenmasse beitragen. Doch schon bald wurde klar, dass hier mehr dahintersteckt. Bei vielen Patienten, die Bisphosphonate einnehmen, erhöht sich die Knochendichte nur geringfügig - um weniger als 1 % - und dennoch sinkt ihr Risiko für Knochenbrüche um bis zu 50 %.
"Die Forschung hat gezeigt, dass es keinen Zusammenhang zwischen dem Umfang, in dem diese Medikamente die Knochenmasse aufbauen, und der Verringerung des Frakturrisikos gibt", sagt Dr. Robert Heaney, Professor für Medizin am Osteoporose-Forschungszentrum der Creighton University School of Medicine in Omaha, Nebraska.
Die Wissenschaftler erkannten, dass die Medikamente auch die Geschwindigkeit des Knochenumbaus verlangsamen - den Prozess, bei dem vorhandene Knochenbereiche abgetragen und später durch neue Knochen ersetzt werden. Bei Frauen in den Wechseljahren verdoppelt sich diese Knochenumbaugeschwindigkeit - und verdreifacht sich dann bis zum Alter von 60 Jahren.
"Stellen Sie sich vor, Sie fangen an, Ihr Haus umzubauen: Zuerst bauen Sie einen Anbau an einer Seite, aber bevor Sie damit fertig sind, beschließen Sie, die Garage abzureißen, und bevor Sie damit fertig sind, beschließen Sie, eine Terrasse aufzustellen", sagt Heaney. "Das Haus ist dann ziemlich instabil. Und genau das passiert beim beschleunigten Knochenumbau".
Jetzt, da sie die Bedeutung des Knochenumbaus verstehen, versuchen Osteoporoseexperten, dieses Wissen zu nutzen, um Osteoporoserisikofaktoren vorherzusagen. Sie entwickeln Instrumente, die als Biomarker bekannt sind. Dabei handelt es sich um chemische Messgrößen für die Geschwindigkeit des Knochenumbaus, die in Sekreten aus Blut oder Urin nachgewiesen werden können. Es gibt bereits Biomarker für die Geschwindigkeit des Knochenumbaus, die in großen Bevölkerungsstudien sehr gut funktionieren, sagt Heaney, aber es gibt noch keine Marker, die in der Arztpraxis bei einem einzelnen Patienten gut funktionieren. Sobald genauere Biomarker entwickelt sind, können diese und fortschrittliche bildgebende Verfahren unser Verständnis dafür, wer am stärksten von Osteoporose bedroht ist, enorm verbessern.
"So können wir uns auf das eigentliche Problem konzentrieren: den übermäßigen Umbau, der die Knochen brüchig macht", sagt Heaney.
Neue Osteoporose-Behandlungen
Vor einigen Jahren sah Heaney ein 18-jähriges Mädchen, das einen schweren Autounfall erlitten hatte. Sie war nur mit ein paar blauen Flecken davongekommen, und Röntgenaufnahmen zeigten, dass sie eine ungewöhnlich hohe Knochendichte hatte. Es stellte sich heraus, dass auch ihre Mutter eine Knochendichte hatte, die weit über dem Durchschnitt lag. Heaney und seine Kollegen in Creighton begannen mit der Untersuchung der gesamten Familie - über 150 Personen - und identifizierten schließlich das so genannte "Gen für hohe Knochenmasse".
Eine bestimmte Mutation in diesem Gen führt dazu, dass der Körper abnorm hohe Mengen eines Proteins namens LRP5 (low density lipoprotein receptor-related protein 5) bildet. LRP5 beeinflusst, wie viel Knochen gebildet und erhalten wird. "Keiner der Menschen mit dem Gen für hohe Knochenmasse hatte sich jemals etwas gebrochen, selbst wenn sie vom Scheunendach gefallen waren", sagt Heaney.
Die Identifizierung des Gens für hohe Knochenmasse und des chemischen Signalwegs, an dem es beteiligt ist, hat eine breite Palette neuer Möglichkeiten für die Behandlung von Osteoporose eröffnet. "Die Aussicht besteht darin, ein oder mehrere Osteoporosemedikamente zu entwickeln, die den Körper dazu bringen, sich so zu verhalten, als ob er diese Mutation hätte, und mehr Knochen aufzubauen", sagt Heaney. Seiner Meinung nach befinden sich Medikamente, die auf diesen Weg abzielen, bereits in der Erprobung am Menschen, aber es könnte noch einige Zeit dauern, bis sie auf den Markt kommen. "Da dieser Stoffwechselweg nicht nur auf die Knochen, sondern auch auf andere Bereiche des Körpers wirkt, muss man sicher sein, dass das Medikament nicht an anderer Stelle unbeabsichtigte Wirkungen entfaltet.
Die Wissenschaftler untersuchen auch neue Verbindungen, so genannte Vitamin-D-Analoga, als potenzielle Osteoporose-Behandlung. Bei diesen Medikamenten handelt es sich im Wesentlichen um eine überladene Version von Vitamin-D-Präparaten, d. h. um Moleküle, die auf der Grundlage der Vitamin-D-Struktur so verändert wurden, dass sie den Knochenverlust minimieren und die Knochenbildung maximieren.
Eines dieser Medikamente, 2MD, hat sich in Tiermodellen für Osteoporose als sehr vielversprechend erwiesen und wird nun am Menschen untersucht. "Es stimuliert die Knochenbildung in dramatischer Weise, und wenn wir beim Menschen auch nur annähernd die gleichen Ergebnisse erzielen, wäre das ein großer Erfolg", sagt Dr. Neil Binkley, Co-Direktor des klinischen Osteoporosezentrums und des Forschungsprogramms an der Universität von Wisconsin-Madison. Ein weiterer Pluspunkt: Da das Medikament auf Vitamin D basiert, geht Binkley davon aus, dass es keine ungewöhnlichen Nebenwirkungen gibt und dass es sogar die Funktion des Immunsystems auf die gleiche Weise wie natürliches Vitamin D ankurbeln kann.
Ein Medikament, das kurz vor der Zulassung steht, ist eine experimentelle Behandlung namens Denosumab. Diese zweimal jährlich zu verabreichende Injektion befindet sich derzeit in klinischen Studien der Phase III und hat nachweislich die Knochendichte verbessert. Denosumab zielt auf ein völlig neues Ziel für Osteoporose ab: ein Protein namens RANK-Ligand. Dieses Protein spielt eine Schlüsselrolle bei dem Prozess, durch den Zellen, die so genannten Osteoklasten, Knochen abbauen. Die Forscher hoffen, dass das Medikament dazu beitragen wird, den Prozess des Knochenabbaus mit Knochenersatz in Schach zu halten. Denosumab könnte bereits Ende 2008 auf den Markt kommen.
"Osteoporose ist ein recht junges Gebiet", sagt Binkley. "Als ich Medizin studierte, diagnostizierte man Osteoporose nur, wenn jemand einen Knochen brach, so wie man früher Herzkrankheiten nur nach einem Herzinfarkt diagnostizierte. Heute wissen wir mehr, und wir entwickeln bessere Instrumente zur Diagnose, Behandlung und Prävention von Osteoporose.
