Eiskalt erwischt: Kryo-Knochenbiopsie
für räumliche Biologie

Die Forschungsgruppe um Judith Haschka und Reinhold Erben möchte Knochenbiopsien revolutionieren und betritt damit Neuland. Zum einen soll die klinische Aussagekraft von Proben durch eine räumliche Auswertung und den Einsatz moderner OMICS-Technologien verfeinert werden. Zum anderen soll ein schonenderes Verfahren zur Entnahme der Gewebeproben etabliert werden. 2025 wurde die Startrampe für eine langfristige Mission mit einem tragfähigen Netzwerk etabliert.

Eine Knochenbiopsie ist ein invasiver Eingriff unter Narkose. Er wird nur angesetzt, „wenn alle anderen analytischen und diagnostischen Methoden ausgeschöpft sind“, betonen Reinhold Erben und Judith Haschka. Der langjährige präklinische Forscher und die Osteologin leiten gemeinsam eine Forschungsgruppe, die sowohl den Erkenntnisgewinn als auch den Prozess der Probenentnahme optimieren will. Sie sehen eine riesige Chance darin, die Zukunft der Knochenbiopsie mit schonenderer Entnahme und Next-Level-Analytik zu gestalten. Die Programmlinie 4 des LBI für Osteologie ist im Hanusch-Krankenhaus, einem der wenigen Zentren für Knochenbiopsien in Österreich, angesiedelt. In dieser „engen Verschränkung mit der Klinik und nahe an den Patient:innen“ sieht Reinhold Erben diese Forschung sehr gut aufgehoben.

Der feste Stützapparat des Körpers ist permanent in Bewegung und Erneuerung: „In jedem Moment finden mehrere Millionen Umbauvorgänge im Körper statt. Alle sieben bis zehn Jahre erneuern sich alle Knochen“, erklärt der erfahrene Physiologe. Auch wenn das Wachstum abgeschlossen ist, wird permanent Knochen abgebaut, wieder aufgebaut und durch Mineralisierung ausgehärtet: „Es sind verschiedene Zellen und Signalwege beteiligt, potenziell können also überall und jederzeit Störungen und Ungleichgewichte auftreten – durch physiologische Vorgänge und klinische Risikofaktoren einerseits, aber auch durch genetisch determinierte Knochenerkrankungen“, ergänzt Judith Haschka. Wie das „Remodeling“ funktioniert, wie also zunächst ein Kollagengerüst gebildet wird und dann Minerale zum Aushärten eingelagert werden, ist als grobes Bild bekannt. Aber das Puzzle ist sicher noch nicht vollständig. Das gleiche gilt für die Frage, wie gebrochene Knochen wieder zusammenwachsen, resorbiert, verstärkt oder im Alter porös werden. Die gemeinsame Forschung soll eine „System-Osteologie“ vorantreiben, also Signalmoleküle, Proteine und verschiedene Zelltypen einbeziehen und entschlüsseln, wie diese an Krankheitsbildern wie Osteoporose, Störungen der Mineralisation oder genetischen Defekten beteiligt sind.

Im Schnitt wird am Hanusch-Krankenhaus bei unter zehn Patient:innen im Jahr eine Knochenstanze gemacht. Dazu wird ein 8-mm-Knochenbohrer von außen nach innen durch den seitlichen Beckenkamm geführt. Der Blick ins Gewebe kann mehr Aufschluss geben, welcher Prozess genau gestört ist: der Knochenaufbau, -abbau oder die Knochenmineralisierung. Aus guten Gründen kommen bei Eingriff und Analytik standardisierte Verfahren zum Einsatz, vieles ist historisch gewachsen. Der Beckenkamm ist keine tragende Struktur und mit entsprechenden Schnitten und Färbemethoden lässt sich verlässlich abklären, was über das Geschehen im Knochen bekannt ist. Erben und Haschka erkunden gleich auf zwei Pfaden methodisches Neuland. Zum einen wollen sie das Verfahren schonender gestalten – minimalinvasiv, unter Lokalanästhesie, aber dennoch aussagekräftig. Einen Blick ins Innere des Knochens zu werfen, um sich Klarheit zu verschaffen, würde immer noch wohlüberlegt sein, aber wohl häufiger angeordnet werden.

Zum anderen bringen die Forscher:innen moderne Analytik an den Start. Mit den sogenannten OMICS-Technologien sollen krankhafte Veränderungen im Probenmaterial besser verstanden und neue medizinische Targets gefunden werden. Reinhold Erben: „Die Spatial Biology liefert ein räumlich aufgelöstes Bild der Probe in einem mehrdimensionalen Kontext. Für verschiedene Punkte im Knochengewebe lassen sich die Expression von Genen (Transkriptomik), das Gesamtbild der Proteine (Proteomik) und der Zellstoffwechsel (Metabolomik) analysieren. Wenn wir neue Einblicke in Pathomechanismen bekommen, besteht auch die Chance auf verbesserte Therapien.“ Judith Haschka sieht klinische Perspektiven am Horizont und einen Anstoß für translationale Forschung. Vielleicht ließe sich so klären, wie Unterschiede in der Ansprache auf Therapien zustande kommen oder ob unterschiedliche Mechanismen des Knochenschwunds vorliegen, um diese künftig gezielter adressieren zu können.

Jede Transformation beginnt mit einem ersten Schritt. Die Forschungsgruppe hat sich zum Ziel gesetzt, Knochenbiopsien neuartig und zuverlässig vorzunehmen. In der Praxis bedeutet das, an vielen Schrauben zu drehen, sich mit Modellorganismen heranzutasten und die nötigen fachlichen Netzwerke aufzubauen. 2025 wurde die tragfähige Startrampe für eine mehrjährige Mission errichtet. Workflow, Logistik und „Lieferketten“ wurden durchdacht, Genehmigungen und Zulassungen eingeholt. Es reicht nicht, im Labor das Licht aufzudrehen, Knochen in Scheiben zu schneiden und Analysegeräte hochzufahren. Das räumliche Verständnis des Zellgeschehens auf Ebene verschiedener Moleküle erfordert das sensible Zusammenspiel von Probenaufbereitung, Analyse-Reigen, Maschinenpark (Analytik, Massenspektrometrie) und statistischer Auswertung. Reinhold Erben hat im vergangenen Jahr verschiedene Analytik-Pipelines mit einem Tiermodell für Osteoporose vorangetrieben, denn die Mechanismen ähneln sich in Maus und Mensch. Dabei werden keine Stanzen gemacht, sondern verschiedene ganze Knochen (Lendenwirbel, Oberschenkel) als Probe aufbereitet und untersucht.

Als Klinikerin hat sich Judith Haschka, ausgehend von ihrem Interesse aus der Osteologie, mit Fachleuten aus Kinder- und Jugendheilkunde, Orthopädie, Onkologie und Hämatologie vernetzt: „Es ging darum, Fachgebiete einzubinden, die ebenfalls Interesse an den Vorgängen im Knochen(mark) haben, wo wir versuchen, die Analyse zu verbessern.“ 2026 soll erstmals mit humanem Knochenmaterial gearbeitet werden, und dafür wurde eine Kooperation mit dem Orthopädischen Spital Speising aufgesetzt. Die Zustimmung der Patient:innen immer vorausgesetzt, wird medizinisches Abfallmaterial, also das beim Einsatz einer künstlichen Hüfte entnommene Knochenmaterial, zu Forschungszwecken freigegeben und noch im Operationssaal schockgefrostet. Mit den hauchdünnen Gefrierschnitten nicht entkalkter Knochen wird der Analysepfad weiter verfeinert.

Parallel zur Verfeinerung geht das Analysefenster weiter auf. „Wir müssen immer schauen, was sich umsetzen lässt. Breite Datensätze zu generieren und das Suchradar der Erfahrung unvoreingenommen mit Biostatistik zu erweitern, bietet große Chancen. So erkennen wir vielleicht etwas, was wir bisher nicht sehen“, erklärt die Osteologin Haschka. Neue Methoden zu etablieren, gleicht einem Marathon. Die Programmlinie 4 hat sich erfolgreich vom Startblock abgestoßen.