Jenseits des Tellerrandes: das COST-Projekt GEMSTONE über degenerative Alters­erscheinungen des Bewegungs­apparates

Lesedauer beträgt 4 Minuten
Autor: Michael Krassnitzer

Eine EU-Initiative vernetzt Forscher mehrerer Disziplinen, um die degenerativen Alterserscheinungen des Bewegungsapparates zu untersuchen. Die Medizinische Universität Graz war maßgeblich am COST-Projekt GEMSTONE beteiligt.

Möglichst gesund und schmerzfrei alt werden: Das wünscht sich wohl jeder. Der Bewegungsapparat beginnt aber bei vielen Menschen im Alter zu zwicken und zu zwacken. Viele Menschen verlieren im letzten Lebensabschnitt zunehmend an Mobilität. Muskeln verlieren an Kraft und Masse, Knochen werden anfälliger für Brüche, Gelenke und Sehnen zeigen schmerzhafte degenerative und entzündliche Veränderungen.

Dieser Tage wird über eine EU-weite Forschungsinitiative namens GEMSTONE Bilanz gezogen, die sich den klinischen und molekularbiologischen Aspekten von muskuloskelettalen Erkrankungen gewidmet hat. GEMSTONE steht für „Genomics of MusculoSkeletal traits Tranlational Network“ und soll verschiedene Forschungsdisziplinen, die am Bewegungsapparat forschen, vernetzen und so neue Erkenntnisse fördern. Ziel war es unter anderem, den Grundstein für zukünftige klinische Anwendungen und Behandlungen derartiger Krankheiten zu legen. Eine führende Rolle spielte dabei die Medizinische Universität Graz. Eine von insgesamt sechs Arbeitsgruppen der Forschungsinitiative wurden von Barbara Obermayer-Pietsch, Professorin für Endokrinologie und Osteologie an der Med Uni Graz, und Postdoc Ines Fößl geleitet.

Unter Wasser. Knochen- und Muskelaufbau von Zebrafischen (Bild) folgen äußeren Einflüssen. Im GEMSTONE-Projekt zeigen Biologen den Kollegen der medizinischen Fakultät, wie der Bewegungsapparat von Danio rerio funktioniert.

Forscher zusammenbringen

GEMSTONE ist kein Forschungsprojekt im herkömmlichen Sinn, sondern eine sogenannte COST-Initiative (European Cooperation in Science and Technology, siehe Kasten). „Bei einer COST-Aktion geht es nicht darum, ein spezifisches Forschungsziel zu erreichen, sondern Forscherinnen und Forscher zu vernetzen“, erläutert Obermayer-Pietsch. Ziel der EU-geförderten COST-Initiative ist es, Forscher verschiedenster Fachrichtungen zusammenzubringen, die zwar denselben Forschungsgegenstand, aber im Forschungsalltag wenig Berührungspunkte haben. Das gilt auch für Grundlagenforscher und angewandte Forscher, die durchaus im selben Gebiet tätig sein können, aber ganz unterschiedliche Herangehensweisen an den Tag legen. „Die sprechen gewissermaßen eine andere Sprache“, sagt die Grazer Forscherin
und Medizinerin.

Im Rahmen von GEMSTONE trafen Mediziner, die sich mit Knochen- und Muskelerkrankungen beschäftigen, auf Biologen, die sich auf Zebrafische spezialisiert haben. Diese ungewöhnliche Kombination eröffnet ganz neue Möglichkeiten für die Erforschung von Erkrankungen des Bewegungsapparates: Denn junge Zebrafische sind durchsichtig und daher lassen sich ihre Muskeln und Knochen leicht untersuchen. Das Erbgut von Zebrafischen lässt sich vergleichsweise einfach genetisch verändern, wodurch der Knochenbau und der Muskelaufbau der Fische beeinflusst werden. Durch künstlich erzeugte Strömungen in den Wasserbecken, in denen diese Tiere gehalten werden, lässt sich deren Muskulatur gezielt trainieren.

Schwerelos. Barbara Obermayer-Pietsch leitete im Zuge von GEMSTONE eine Arbeitsgruppe. Die Endokrinologie-Professorin untersucht Knochen und Muskulatur von Weltraumfliegern, nachdem sie längere Zeit der Schwerelosigkeit ausgesetzt waren.

Anstoß für neue Projekte

Das Resultat der auslaufenden COST-Aktion ist umfangreich: zahlreiche Veröffentlichungen, darunter eine ausgedehnte Publikation, die einen Überblick über die Forschung auf dem Gebiet der Charakterisierung von Knochen-Phänotypen bei Mensch, Maus und Zebrafisch gibt (siehe Link). 30 Forscher unterschiedlichster Disziplinen aus drei Kontinenten haben das Paper gemeinsam verfasst. Durch die Vernetzung unterschiedlichster Forscher wurden auch weitere Forschungsprojekte angestoßen. Eines davon ist das EU-Projekt PoCOsteo (Point-of-care in-office device for identifying individuals at high risk of osteoporosis and osteoporotic fracture), an dem die Med Uni Graz ebenfalls beteiligt ist. Dabei wurde ein Point-of-Care-Gerät – ein Tischgerät zur Nahversorgung von Patienten – für die Messung von Biomarkern entwickelt. Mit einer kleinen, aus einem Nadelstich gewonnenen Blutprobe lassen sich damit alle relevanten Knochenstoffwechselmarker messen. Ein solches Gerät ist vor allem für den wohnortnahen Einsatz im hausärztlichen Bereich gedacht. Aus diesem Projekt wiederum ist bereits ein Nachfolgeprojekt namens PoCCardio entstanden, das nun kardiovaskuläre Erkrankungen rasch messbar machen soll – ebenfalls unter maßgeblicher Beteiligung der Med Uni Graz.

Modelle von Körperteilen

Hier, an der Klinischen Abteilung für Endokrinologie und Diabetologie, untersucht das Team um Obermayer-Pietsch sowohl Biomarker und Biologie der Knochen, Knochendichte und Bildgebung als auch Glukose- und Mineralstoffwechsel, Androgene, Mikrobiom und deren Interaktion. Ihnen steht ein High-Tech-Gerät zur Verfügung, das es weltweit nur an wenigen Zentren gibt. Damit lässt sich eine sogenannte „High-Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography“ (HRpQCT) durchführen, eine spezielle Art der Computertomographie, die nur an Armen und Beinen vorgenommen werden kann und die eine äußerst detaillierte dreidimensionale Darstellung von Knochenstruktur und Knochendichte ermöglicht. Aus diesen Messungen können extrem genaue dreidimensionale, dynamisch bewegbare Modelle der gemessenen Knochenabschnitte – etwa von Unterarm und Handgelenken, aber auch gewichtstragender Knochen wie von Schien- und Wadenbein – erstellt werden. Zusätzlich werden auch Muskeln, Sehnen und sogar Gefäße dargestellt. HRpQCT kommt sowohl in der klinischen Routine als auch für die wissenschaftliche Nutzung im Rahmen von Forschungsprojekten zum Einsatz. Eines davon ist eine Kooperation mit der European Space Agency (ESA), bei welcher Knochen und Muskulatur von Versuchspersonen untersucht werden, die einen längeren Aufenthalt in Schwerelosigkeit simulieren.

Wie sagt Obermayer-Pietsch so schön: „In der Vernetzung ganz unterschiedlicher Felder entstehen neue, wahnsinnig spannende Dinge.“ Vom Zebrafisch bis ins Weltall. 

COST – Europäische Vernetzung von Forschung

COST (European Cooperation in Science and Technology) ist eine zwischenstaatliche Initiative zur europäischen Zusammenarbeit im Bereich der wissenschaftlichen und technischen Forschung. Dabei werden nationale Forschungsarbeiten international gebündelt und koordiniert. Mit EU-Geldern unterstützt COST die Bildung von Netzwerken in Europa und darüber hinaus zu definierten Forschungsthemen. Auf diese Weise wird ein gemeinsamer Austausch zwischen Forschenden ermöglicht und die Koordination von Forschungsaktivitäten sowie die Verbreitung ihrer Ergebnisse verbessert. COST legt Wert darauf, dass die Netzwerke sowohl jüngere Forschende als auch Forschende aus forschungs- und innovationsschwächeren europäischen Staaten gezielt einbeziehen.

Die Laufzeit von COST-Aktionen beträgt vier Jahre. COST fördert Vernetzungsaktivitäten, wie etwa Arbeitsgruppen, Tagungen, Workshops, kurze wissenschaftliche Austausche, Reisekosten und gemeinsame Veröffentlichungen. Im ersten Jahr erhält jede COST-Aktion ein Budget von 125.000 Euro. Danach ist das jährliche Budget von verschiedenen Faktoren abhängig. Als Richtwert stehen einer COST-Aktion mit Teilnehmern aus 30 Mitgliedstaaten jährlich 150.000 Euro für den wissenschaftlichen Austausch zur Verfügung. Die Personal- und Forschungsmittel stammen aus nationaler Förderung oder Drittmitteln und werden nicht von COST finanziert.

Quellen und Links:

Bone Phenotyping Approaches in Human, Mice and Zebrafish 

GEMSTONE

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