Für Ärzte

Biomarker

Unter einem Biomarker versteht man einen Indikator, der u.a. für die Diagnose von spezifischen Krankheiten verwendet werden kann.

Bei einem Biomarker kann es sich um Zellen, Gene, Genprodukte, bestimmte Moleküle, Enzyme, Hormone oder um Spurenelement- oder Isotopenverhältnisse handeln. Auch komplexe Organfunktionen oder charakteristische Veränderungen biologischer Strukturen werden als medizinische Biomarker herangezogen.

Es wird zwischen krankheitsbezogenen und arzneimittelbezogenen Biomarkern unterschieden.

  • Die krankheitsbezogenen Biomarker liefern als sogenannter Risikoindikator oder prädiktiver Biomarker Informationen darüber, ob eine Erkrankung droht, ob die Krankheit bereits besteht (diagnostischer Biomarker) oder wie sich eine Erkrankung im Einzelfall wahrscheinlich entwickeln wird (prognostischer Biomarker).
  • Die arzneimittelbezogenen Biomarker zeigen an, ob und wie ein Medikament bei einem ganz bestimmten Patienten wirken und wie dessen Organismus es umsetzen wird.
  • Der „klassische“ Biomarker, z.B. das Blutbild, ist für die Medizin ist ein Laborparameter, den der Arzt als Entscheidungshilfe für die Diagnosestellung und die Therapieentscheidung heranzieht.

Anforderungen an einen Biomarker für die Medizin

Gerade bei chronischen Erkrankungen (z.B. Osteoporose), zu deren Behandlung der Patient möglicherweise jahrelang Medikamente mit entsprechenden Nebenwirkungen einnehmen muss, ist die sichere Diagnose der Erkrankung essentiell. Hier gewinnen Biomarker mehr und mehr an Bedeutung, denn sie können eine schwierige Diagnose absichern oder sie sogar erst ermöglichen. Einer Reihe von Erkrankungen wie zum Beispiel bestimmten Krebserkrankungen, der Alzheimer-Erkrankung oder der rheumatoiden Arthritis geht häufig ein frühes, symptomloses Krankheitsstadium voraus. In dieser Phase helfen Biomarker, symptomfreie Risikopersonen rechtzeitig und zuverlässig zu identifizieren.

Um einen Biomarker für die Diagnostik nutzen zu können, muss das Probenmaterial möglichst leicht zugänglich sein. Das kann etwa über eine Blutentnahme durch den Arzt geschehen, eine Urin- oder Speichelprobe oder über einen Tropfen Blut, wie ihn sich jeder Diabetiker für die regelmäßige Blutzucker-Selbstmessung selbst aus der Fingerkuppe entnimmt.

Für den zügigen Therapiebeginn ist von Bedeutung, wie schnell das Resultat aus dem Biomarkernachweis vorliegt. Optimal ist hier ein Schnelltest, der schon nach kürzester Zeit das Ergebnis liefert, was dem behandelnden Arzt einen schnellen Therapiebeginn ermöglicht.

Selbstverständlich muss ein Biomarker evaluiert sein. Das Nachweisverfahren muss genau und einfach durchzuführen sein, wobei die Ergebnisse der verschiedenen Labore nicht oder nur wenig voneinander abweichen dürfen. In unabhängigen Studien muss die Bedeutung des Biomarkers für Diagnostik, Prognose und Risikoeinschätzung der betreffenden Erkrankung belegt sein.

Krankheiten und ihre Biomarker in der klinischen Praxis

Erkrankung Marker (Beispiele)
Diabetes Glucose, Ketone, HbA1c, Insulin
Multiple Sklerose IgG, Myelin
HIV CD4-Zellen, Virushüllproteine, HIV-Nukleinsäuren
Nierenfunktion Elektrolyte (Na+, K+, Cl-), Kreatinin-Clearance, Harnstoff
Leberfunktion Albumin, ALT, AST, Bilirubin, γ-GT, LDL, Hepatitis-B- oder -C-Viren
Schilddrüsenfunktion T3/T4, TSH
Osteoporose Calcium, Phosphat, Alkalische Phosphatase
Rheumatoide Arthritis Rheumafaktor, Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit (BSG), C-reaktives Protein (CRP)

Quelle: K. Bracht, Biomarker - Indikatoren fr Diagnose und Therapie, Phamazeutische Zeitung online, 12, 2009

Messmethode

DXA-Messmethode mit Röntgenstrahlen

DXA-Messmethode mit Röntgenstrahlen

Subjektive Interpretation durch den Arzt

Osteoporose-Erkrankungen können bisher nur mit Hilfe des sog. DXA-Verfahrens gemessen werden. Bei diesem Verfahren müssen Patienten geröngt werden. Das Röngtenbild wird dann begutachtet und aus den Röngtenbildern werden Rückschlüsse auf eine mögliche Erkrankung von Osteoporose getroffen. Das traditionelle Verfahren ist strahlenbehaftet und der Knochabbau kann erst dann diagnostiziert werden, wenn dieser schon ein gewisses Stadium erreicht hat.


Alternative Messmethode mit osteolabs

Alternative Messmethode mit osteolabs

Objektive Labordaten - ohne Strahlung

Das zukünftige osteolabs-Verfahren, welches sich noch in der klinischen Studienphase befindet, benötigt nur Urin des Patienten. Verlaufen die klinischen Studien erfolgreich, wonach es derzeit aussieht, wäre unser Verfahren zur Diagnose von Osteoporose eine Weltneuheit. Nach unseren Berechnungen ist unser Verfahren zudem bis zu 100fach sensitiver als das traditionelle DXA-Verfahren. Bei der osteolabs-Diagnostik wird keine Röntgen-Strahlung eingesetzt. Wir untersuchen das Urin mit Hilfe von Massenspektrometern. Dies sind modernste High-Tech-Geräte in der Größe eines großen Kühlschrankes, welches die Masse von Molekülen messen.

Klinische Studien

Unsere registrierten (NCT02967978) und mit dem UKSH durchgeführten klinischen Studien „OSTEOGEO“ (100 Probandinnen) und „PEAK BONE“ (30 Probandinnen) zeigen, dass der Kalzium-Biomarker (CIM*) gemessen in Blutserum (Abb. oben) und Urin (Abb. unten) in der Lage ist, Kalziumverlust und eine drohende sowie eine bereits vorhandene Osteoporose zu diagnostizieren. Dies wurde in den klinischen Studien im direkten Vergleich mit dem traditionell angewandten DXA-Verfahren nachgewiesen. An Osteoporose erkrankte Frauen weisen im Durchschnitt sowohl im Blutserum als auch im Urin negative CIM-Werte auf (CIMBlut: -1,4; CIMUrin: -0,6), welche mit niedrigen Osteoporose indizierenden DXA T-Werten (T-Wert: < -3,1) einhergehen. Die an Osteoporose erkrankten post-menopausalen Frauen können von den gesunden post-menopausalen Fällen sowohl im Blutserum (CIMBlut: 0,1) als auch im Urin (CIMUrin: 1,9) unterschieden werden (DXA T-Werte: > -2,5). Altersbedingt haben junge und gesunde prä-menopausale Frauen die höchsten Werte (CIMBlut: 0,5; CIMUrin: 3,0; DXA T-Wert: 0,14) und unterscheiden sich deutlich von den an Osteoporose erkrankten post-menopausalen Frauen. Unsere Studien zeigen, dass der Kalzium-Biomarker generell eine hohe Empfindlichkeit für Knochenschwund und Kalziumverlust hat und somit insbesondere für die Früherkennung sowie für die Diagnose von Osteoporose in jedem Alter anwendbar ist.

*CIM ist die Differenz der δ44/42Ca-Werte (in pptt) zum jeweiligen Schwellenwert.

Kalziumstoffwechsel des menschlichen Körpers

Kalzium (chemisches Formelzeichen Ca) ist eines der wichtigsten Elemente im menschlichen Körper. Es ist an dem Funktionieren vieler physiologischer Prozesse im menschlichen Körper beteiligt, z.B. an der Kontraktion von Muskeln oder der Übermittlung von Nervenimpulsen, um nur zwei Beispiele zu nennen. Damit immer genügend Kalzium für die verschiedenen Prozesse zur Verfügung steht, hält der Körper die Konzentration von Kalzium im Blut, dem Haupttransportmittel, in engen Grenzen konstant (sog. Kalzium-Homöostasie). Drei Organe spielen für das Aufrechterhalten diese Kalzium-Homöostasie eine wichtige Rolle: der Magen-Darm-Trakt, das Skelett und die Nieren. Ein Teil (ca. 25-30%) des über die Nahrung aufgenommenen Kalziums wird im Magen-Darm-Trakt vom Körper absorbiert.

Das Skelett eines gesunden Erwachsenen ist nicht nur einfach ein Stützorgan, sondern auch stellt einen gewaltigen Kalziumspeicher im Körper dar (rund 1 bis 1,2 kg Kalzium). Über die Nieren verlässt ein Teil des Kalziums (ca. 150-250 mg /Tag) den Körper. Über ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Hormone kann die Kalzium-Aufnahme im Magen-Darm-Trakt, die Kalzium-Ausscheidung über die Nieren und das Ein- bzw. Auslagern von Kalzium in bzw. aus dem Skelett gesteuert werden. Ziel dieser hormonellen Steuerung ist eine möglichst gleichbleibende Kalzium-Konzentration im Blut.

Vertriebspartner

Test für Ärzte hier erhältlich

Unser Test ist ab sofort bei Labor Krause in Kiel verfügbar.
Für Fragen und Bestellungen wenden Sie sich bitte an:

Labor Dr. Krause & Kollegen MVZ GmbH
Steenbeker Weg 23
24106 Kiel

Tel: 0431 - 220 10 333
Fax: 0431 - 220 10 8 333
E-Mail: osteolabs@labor-krause.de
Web: www.labor-krause.de/osteolabs

News

Osteolabs hat erneut zwei Förderprogramme erhalten

Osteolabs hat erneut zwei Förderprogramme von der Helmholtz-Gemeinschaft/Berlin und GEOMAR/Kiel erhalten ("Helmholtz Enterprise" und "Helmholtz Enterprise Plus") und kann nun seine angewandte Forschung, die Optimierung der Messungen, den Vertrieb und die geplante Firmenausgründung  für das kommende Jahr erfolgreich umsetzen.

Termine

Osteologie-Kongress 2019: Wir stellen aus

28. - 30. März 2019, Frankfurt am Main, Stand 34.
Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

Vortrag Prof. Eisenhauer in Graz am 22. + 23.11.2018

Am 22. und 23. November 2018 stellt Professor Eisenhauer unser neues Osteoporose-Diagnostik-Verfahren an der Technischen Universität Graz, Österreich, vor. Interessenten werden gebeten, sich auf folgender Website zu registrieren: https://meeting.sina.or.at

Nacht der Wissenschaft am Freitag, den 28.09.2018

Am Freitag, den 28.09.2018 ab 15.00 Uhr präsentieren in der Landeshauptstadt Kiel über 40 Institutionen aus Wissenschaft und Wirtschaft bis spät in die Nacht ihre Forschungsergebnisse. osteolabs GmbH stellt sein innovatives Osteoporose-Diagnostik-Verfahren auf dem GEOMAR-Gelände (Ostufer, Wischhofstr. 1-3) vor. Der Eintritt ist frei. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen und willkommen.

Fachliteratur

Albarède F. (2015) Metal Stable Isotopes in the Human Body: A Tribute of Geochemistry to Medicine. Elements 11, 265–269. doi: 10.2113/gselements.11.4.265

Bullen T. D. and Walczyk T. (2009) Environmental and Biomedical Applications of Natural Metal Stable Isotope Variations. Elements 5, 381–385. doi: 10.2113/gselements.5.6.381

Channon M. B., Gordon G. W., Morgan J. L. L., Skulan J. L., Smith S. M. and Anbar A. D. (2015) Using natural, stable calcium isotopes of human blood to detect and monitor changes in bone mineral balance. Bone 77, 69–74.doi:10.1016/j.bone.2015.04.023

Gordon G. W., Monge J., Channon M. B., Wu Q., Skulan J. L., Anbar A. D. and Fonseca R. (2014) Predicting multiple myeloma disease activity by analyzing natural calcium isotopic composition. Leukemia 28, 2112–2115. doi:10.1038/leu.2014.193

Heuser A. and Eisenhauer A. (2010) A pilot study on the use of natural calcium isotope (44Ca/40Ca) fractionation in urine as a proxy for the human body calcium balance. Bone 46, 889–896. doi:10.1016/j.bone.2009.11.037

Heuser A., Eisenhauer A., Scholz-Ahrens K. E., Schrezenmeir J. and Scholz-Ahrens K. E. (2016) Biological fractionation of stable Ca isotopes in Göttingen minipigs as a physiological model for Ca homeostasis in humans. Isot. Environ. Healt. S., 1–16. doi:10.1080/10256016.2016.1151017

Heuser A. (2016) Biomedical Application of Ca Stable Isotopes. In Calcium Stable Isotope Geochemistry (eds. N. Gussone, A.-D. Schmitt, A. Heuser, F. Wombacher, M. Dietzel, E. Tipper and M. Schiller). Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Heidelberg, pp. 247–260. doi:10.1007/978-3-540-68953-9_8

Hirata T., Tanoshima M., Suga A., Tanaka Y.-k., Nagata Y., Shinohara A. and Chiba M. (2008) Isotopic Analysis of Calcium in Blood Plasma and Bone from Mouse Samples by Multiple Collector-ICP-Mass Spectrometry. Anal. Sci. 24, 1501–1507. doi:10.2116/analsci.24.1501

Morgan J. L. L., Gordon G. W., Arrua R. C., Skulan J. L. and Anbar A. D. (2011) High precision measurement of variations in calcium isotope ratios in urine by multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS). Anal. Chem. 83, 6956–6962. doi: 10.1021/ac200361t

Morgan J. L. L., Skulan J. L., Gordon G. W., Romaniello S. J., Smith S. M. and Anbar A. D. (2012) Rapidly assessing changes in bone mineral balance using natural stable calcium isotopes. Proc. Nat. Acad. Sci. 109, 9989–9994. doi: 10.1073/pnas.1119587109

Skulan J. L., Bullen T. D., Anbar A. D., Puzas J. E., Shackelford L. C., LeBlanc A. and Smith S. M. (2007) Natural Calcium Isotopic Composition of Urine as a Marker of Bone Mineral Balance. Clin. Chem. 53, 1155–1158. doi:10.1373/clinchem.2006.080143

Tacail T., Télouk P. and Balter V. (2016) Precise analysis of calcium stable isotope variations in biological apatites using laser ablation MC-ICPMS. J. Anal. At. Spectrom. 31, 152–162. doi: 10.1039/c5ja00239g

Weaver C. M., Rothwell A. P. and Wood K. V. (2006) Measuring calcium absorption and utilization in humans. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care 9, 568–574. doi:10.1097/01.mco.0000241666.46008.2c

WHO Scientific Group on the Prevention and Management of Osteoporosis (2003) Prevention and management of osteoporosis : report of a WHO scientific group. WHO technical report series 921. 192p.  http://www.who.int/iris/handle/10665/42841

osteolabs GmbH

Wischhofstraße 1-3
Gebäude 12
24148 Kiel

Tel.: +49 431 - 600 - 12 68
E-Mail info@osteolabs.de