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O2k - ein Messgerät im Höhenflug

Der Oroboros Oxygraph-2k (O2k) - ein Gerät zur Messung der Zellatmung - ist weltweit gefragt. Fünf Exemplare dieses hochauflösenden, von Prof. Erich Gnaiger vom D. Swarovski Forschungslabor der Universitätsklinik für Visceral-, Transplantations- und Thoraxchirurgie entwickelten Diagnosegerätes waren kürzlich im Himalaya im Einsatz und machten damit die weltweit bisher höchst gelegene Untersuchung zur Funktion der Mitochondrien - den Kraftwerken der menschlichen Zellen - möglich.

Mitochondrien - kornförmige, winzige Zellorganellen - kommen gehäuft in Zellen mit hohem Energiebedarf vor und sind für die Zellatmung, die sogenannte „innere Atmung“ verantwortlich. In diesem Prozess der oxidativen Phosphorylierung werden Nährstoffe, vor allem Kohlenhydrate und Fettsäuren, zur Energiegewinnung und Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge verbrannt und als chemische Energie in der Form von ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert. In Präventivmedizin und Therapie, vor allem in der Alternsforschung oder bei degenerativen Erkrankungen, wie Typ 2 Diabetes und Demenz, spielt diese innere Atmung eine zunehmend relevante Rolle.

Weltweit führende Technologie

Der von den Tiroler Firmen OROBOROS INSTRUMENTS GmbH und WGT-Elektronik GmbH & Co KG in einem von Prof. Gnaiger geleiteten Projekt entwickelte und durch ein Fluoreszenzmodul erweiterte O2k wirft sprichwörtlich „neues Licht“ auf die Kraftwerke der Zellen. Neben der Messung der Mitochondrienatmung werden Einblicke in weitere zelluläre Funktionen, wie die Bildung von reaktivem Sauerstoff (oxidativer Stress), die ATP (Adenosintriphosphat)-Produktion, die Kalzium-Konzentration und das mitochondriale Membranpotenzial ermöglicht. Die Tatsache, dass mit dem O2k mitochondriale Veränderungen, beispielsweise die Erhöhung des Sauerstoffumsatzes durch das Training, messbar sind, hat schon in der Vergangenheit internationale Nachfragen ausgelöst und nun auch das Interesse der Xtreme Everest 2 Expedition geweckt. Das von dem University College London, der University of Southampton und der Duke University USA getragene Forschungsprojekt im Himalaya war auf Fragen der Adaption des menschlichen Organismus an höhenbedingten Sauerstoffmangel (Hypoxie) fokussiert. Das Team um Prof. Gnaiger konnte dazu einen besonders innovativen Beitrag leisten.

Genetisches Neuland im Himalaya

Die Frage nach einer möglicherweise erhöhten mitochondrialen Effizienz bei höhenbedingter Hypoxie, gemessen an Gewebeproben von der an große Höhen angepassten Bevölkerungsgruppe der Sherpas (Highlanders) sowie an Kaukasiern (Lowlanders) stellte das Expeditionsteam im Himalaya vor technische und analytische Herausforderungen, die mit den innovativen Tiroler Messgeräten O2k bewältigt werden konnten. „Unsere Aufgabe war es, anhand von Muskelbiopsien von 15 Sherpas und 16 Engländern eine mitochondriale Funktionsanalyse auf 1400 Metern sowie auf 5300 Metern Seehöhe - dem bislang höchst gelegenen Ort einer derartigen Laboruntersuchung - durchzuführen. Mit dem O2k war das ohne Zeitverzögerung direkt vor Ort möglich“, erklärt Prof. Gnaiger, der mit seiner Mitarbeiterin Mag.a Verena Laner fünf Wochen lang in den Expeditions-Labors in Kathmandu (1.400 m) und im Everest Base Camp (5.300 m) verbrachte. Mittels mitochondrialer Funktionsanalyse sollte der Zusammenhang zwischen mitochondrialer Differenzierung und direkten funktionalen Konsequenzen beleuchtet werden. Nachdem die mitochondriale DNA (mtDNA) in mütterlicher Vererbung ohne Einfluss der väterlichen mtDNA weitergegeben wird, werden Veränderungen im Mitochondriengenom in der Forschung zur Aufklärung von Abstammungslinien der menschlichen Population genutzt. Außerdem werden genetische Defekte im Mitochondrium inzwischen für etwa 50 Krankheiten, sogenannten Mitochondriopathien, verantwortlich gemacht. Mit dem Einsatz der Tiroler O2ks wurde nun aber absolutes wissenschaftliches Neuland betreten „Die Verbindung von adaptiven Merkmalen - die vergleichsweise höhere Leistungsfähigkeit von Sherpas in extremen Höhen - mit mitochondrialen Funktionen bzw. Veränderungen wurde erstmals im Rahmen dieser Expedition hergestellt“, erklärt Prof. Gnaiger, der  mit Spannung die ersten Ergebnisse erwartet. Derzeit befindet sich das Team noch mitten in der Datenanalyse.

(D. Heidegger)

Links:

OROBOROS Instruments
http://www.oroboros.at/

Teilnahme Xtreme Everest 2 Expedition
http://www.oroboros.at/?xtreme-everest2

Xtreme Everest 2 Expedition
http://www.xtreme-everest.co.uk/

K-Regio MitoCom Tyrol
http://www.bioblast.at/index.php/Welcome_to_MitoCom