RNA-Technologie könnte gegen Knochenschwund helfen

RNA Technology could help fight bone loss

Die Therapien gegen die Volkskrankheit Osteoporose sind gut – aber nicht so gut, dass sie nicht verbessert werden könnten. In diesem Sinne untersucht ein Team unter Federführung von Prof. Dr. Dr. Eric Hesse und Prof. Dr. Hanna Taipaleenmäki vom Institut für Muskuloskelettale Medizin des LMU Klinikums, welche molekularen Prozesse am meist altersbedingten Knochenverlust beteiligt sind. Die Wissenschaftler stießen dabei auf zwei sogenannte Mikro-RNAs, die den Aufbau neuen Knochens und gleichzeitig den Abbau bestehenden Knochens entscheidend mit regulieren. Mit einer neuen experimentellen RNA-Therapie hat das Team die verloren gegangene Knochenmasse in osteoporotischen Mäusen wiederhergestellt. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal „EMBO Molecular Medicine“ veröffentlicht.

Therapies for the widespread disease osteoporosis are good – but not so good that they cannot be improved. With this in mind, a team led by Professor Eric Hesse and Professor Hanna Taipaleenmäki from the Institute of Musculoskeletal Medicine at LMU Hospital is investigating which molecular processes are involved in bone loss, which is usually caused by aging. The scientists discovered two so-called microRNAs that play a key role in regulating the formation of new bone and, at the same time, the degradation of existing bone. Using a new experimental RNA therapy, the team restored lost bone mass in osteoporotic mice. The results were recently published in the journal “EMBO Molecular Medicine”.

November 2022

Die Osteoporose ist eine Erkrankung des Knochens, an der in Deutschland fast fünf Millionen Frauen und fast eine Millionen Männer leiden.

Osteoporosis is a disease of the bone that affects nearly five million women and almost one million men in Germany.

„Wir haben gesehen, dass der krankheitsbedingte Knochenmasseverlust rückgängig gemacht werden kann. Wir drehen den Krankheitsprozess quasi um.“

“We saw that the loss of bone mass due to disease can be reversed. We’re sort of inverting the disease process.”

Prof. Dr. Dr. Eric Hesse und Prof. Dr. Hanna Taipaleenmäki Institut für Muskuloskelettale Medizin,LMU Klinikum

Professor Eric Hesse and Professor Hanna Taipaleenmäki Institute of Musculoskeletal Medicine at LMU Hospital

Die Osteoporose ist eine Erkrankung des Knochens, an der allein in Deutschland gut fünf Millionen Frauen und gut eine Million Männer leiden – zu allermeist im höheren Alter. Im Zuge des Leidens schwindet die Knochenmasse, die Festigkeit der Knochen lässt nach. Folge: ein höheres Risiko für schmerzhafte – und im hohen Alter – auch gefährliche Knochenbrüche, selbst bei kleinsten Belastungen, die einem gesunden Knochen nichts anhaben können.

Der Knochen ist ein erstaunlich dynamisches Gewebe. Er baut sich ständig ab- und wieder auf. Dafür spannt sein Stoffwechsel bestimmte Zellen ein: Die Osteoklasten fungieren als Abrissbirne, die Osteoblasten als die Bauarbeiter, die Neues schaffen. Im gesunden Stoffwechsel befinden sich beide Prozesse in einem Gleichgewicht, gesteuert von einem feinen Geflecht aus Signalmolekülen, die nach der Bauanleitung bestimmter Gene hergestellt werden. Gesteuert wird die Aktivität dieser Gene letztlich auch durch sogenannte Mikro-RNAs (miRNAs).

Dem gestörten Knochenstoffwechsel von Osteoporose-Patienten werden beispielsweise Medikamente zugeführt, die die aufbauenden Prozesse anschieben sollen. Diese Medikamente hat das Team zunächst gesunden Mäusen gespritzt, worauf um die 20 Mikro-RNAs in deren Knochen unterdrückt wurden. „Von diesen haben wir die Mikro-RNAs 19a und 19b als besonders vielversprechend identifiziert“, sagen Prof. Taipaleenmäki und Prof. Hesse. In den Knochen von Patientinnen und Patienten mit einer erniedrigten Knochenmasse und von Mäusen mit einem gestörten Knochenstoffwechsel, sind diese beiden Mikro-RNAs überaktiv. „Das legt nahe, dass sie den Knochenstoffwechsel aus seiner Balance bringen können“, erklären die Wissenschaftler.

Neuer Therapieansatz muss noch in klinischen Studien getestet werden
Daraufhin hat das Team zwei sogenannte anti-sense-miRNA Moleküle hergestellt, die passgenau an die Mikro-RNAs 19a und 19b binden und deren Funktion damit ausschalten. In Mäuse mit Osteoporose gespritzt, aktiviert diese neuartige Therapie die Osteoblasten. Insbesondere aber werden die überaktiven Osteoklasten gehemmt. „Da haben wir gesehen, dass der krankheitsbedingte Knochenmasseverlust rückgängig gemacht werden kann“, die Wissenschaftler erklären weiter: „Wir drehen den Krankheitsprozess quasi um.“

Um den neuen Ansatz zur Behandlung von Patienten mit einem gestörten Knochenstoffwechsel weiterzuentwickeln, haben beide Wissenschaftler ein Start-Up gegründet, die Sirana Pharma in Martinsried. Die Technologie ist bereits patentiert. Wenn alles gut läuft, könnte die neue Therapie in einigen Jahren am Menschen getestet werden.

Osteoporosis is a bone disease that affects a good five million women and a good one million men in Germany alone – most of them at an advanced age. In the course of the disease, bone mass dwindles and the strength of the bones decreases. The result is a higher risk of painful – and in old age, dangerous – bone fractures, even under the slightest stresses that cannot harm a healthy bone.

Bone is an amazingly dynamic tissue. It is constantly dismantling and rebuilding itself. To do this, its metabolism harnesses certain cells: The osteoclasts act as the wrecking ball, the osteoblasts as the builders who create new things. In a healthy metabolism, both processes are in balance, controlled by a fine network of signal molecules that are produced according to the building instructions of certain genes. The activity of these genes is ultimately also controlled by so-called microRNAs (miRNAs).

The disturbed bone metabolism of osteoporosis patients, for example, is treated with drugs that are intended to stimulate the anabolic processes. The team first injected these drugs into healthy mice, whereupon around 20 microRNAs were suppressed in their bones. “Of these, we identified microRNAs 19a and 19b as particularly promising,” say Professor Taipaleenmäki and Professor Hesse. In the bones of patients with decreased bone mass and mice with impaired bone metabolism, these two microRNAs are overactive. “This suggests that they can throw bone metabolism out of balance,” the scientists explain.

New therapeutic approach still to be tested in clinical trials
The team then produced two so-called anti-sense miRNA molecules that bind precisely to microRNAs 19a and 19b, thereby switching off their function. Injected into mice with osteoporosis, this novel therapy activates osteoblasts. But in particular, it inhibits overactive osteoclasts. “That’s when we saw that the disease-induced bone mass loss can be reversed,” the scientists explain further, “We’re effectively reversing the disease process.”

To further develop the new approach for treating patients with impaired bone metabolism, both scientists have founded a start-up, Sirana Pharma in Martinsried. The technology is already patented. If all goes well, the new therapy could be tested on humans in a few years.

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