Die Entwicklung von biologischen Uhren

In der Longevity Medizin geht es darum, durch personalisierte Präventionsmaßnahmen das Risiko von Erkrankungen (wie zum Beispiel Krebs oder Diabetes) zu reduzieren. Dabei geht man sogar noch einen Schritt weiter als bei der klassischen Medizin, da man bei der Erforschung von Alterungsprozessen das Ziel verfolgt, diese durch Präventionsmaßnahmen bzw. Medikamente zu verlangsamen oder gar umzukehren.

Die erste Herausforderung für die Forschung besteht darin, das Fortschreiten des Alters zu messen, um die Wirkung von Präventionsmaßnahmen zu überprüfen. Das chronologische Alter (gemessen in Kalenderjahren oder -tagen) ist für diesen Zweck aber eher ungeeignet, da Menschen im Zeitverlauf unterschiedlich schnell körperlich altern. Wissenschaftler haben deshalb nach einer biologischen Uhr gesucht, die einen objektiven Maßstab für die Alterung des Menschen darstellt.

Im ersten Schritt wird dabei versucht Biomarker (Anzeichen für biologisches Altern) für den Alterungsprozess des Menschen zu finden. Biomarker, die jeder Arzt erhebt, sind beispielsweise Blutdruck und Puls. Ein Biomarker für das Alter, den jeder kennt, ist das Auftreten von grauen Haaren. Allerdings ist es nicht möglich, von der Haarfarbe auf das genaue Alter eines Menschen zu schließen.

In den letzten zehn Jahren ist es den Forschern jedoch gelungen, Modelle zu entwickeln, mit denen auf Basis von Biomarkern, das biologische Alter genauer ermittelt werden kann. Dazu werden die neuen technologischen Möglichkeiten genutzt, die in den letzten Jahren durch Technologien, wie z. B. künstliche Intelligenz, entwickelt wurden. 

Diese Methoden werden auch unter dem Begriff “Biologische Uhren (Aging Clocks)” zusammengefasst. Als Basis können dabei beispielsweise die Ergebnisse von Laboranalysen oder auch die Analyse von Fotos der Augen dienen. Zusammen mit diesen erhobenen Daten von gesunden Menschen werden dann mithilfe von neuronalen Netzwerken Prognosemodelle erstellt, mit denen auf Basis der Biomarker-Daten eines Menschen das (chronologische) Alter prognostiziert werden kann. Bei den einfachen Biologischen Uhren, zum Beispiel auf Basis von altbekannten Laborwerten (wie z. B. Cholesterin), existiert jedoch das Problem, dass sie im Zeitverlauf stark variieren. Dies hat zur Folge, dass die ermittelten Werte kein ausreichend genauer Indikator für die Alterung sind.

Der wissenschaftliche Durchbruch bei den Biologischen Uhren erfolgte im Jahr 2011 durch eine Forschergruppe, um den Humangenetiker Eric Vilain und den deutschen Biostatistiker Steve Horvath von der Universität von Kalifornien (Quelle: Epigenetic Predictor of Age). Basis für die neuartigen Epigenetic Age Clocks sind dabei Daten zu den Veränderungen der DNA-Methylierung. Diese epigenetischen Veränderungen bilden die biologische Alterung des Menschen von der Geburt bis ins hohe Alter sehr genau ab. 

Die benötigten Daten werden durch Speichel- oder Blutproben erhoben. Mit epigenetischen Modellen kann das Alter mit einer mittleren Abweichung von ca. drei Jahren zum tatsächlichen Alter prognostiziert werden. Mit der zweiten Generation von Epigenetic Clocks wird eine individuelle Prognose der Lebenserwartung angestrebt (Quelle: DNA methylation-based measures of biological age: meta-analysis predicting time to death). 

Bei der Anwendung von Epigenetic Clocks wurde auch festgestellt, dass für einige Menschen ein deutlich niedrigeres biologisches Alter ermittelt wird, als dies aufgrund ihres chronologischen Alters zu erwarten wäre. Bei Hundertjährigen, die in der Regel eine sehr gesunde Lebensführung auszeichnet, stellt man fest, dass die Epigenetic Clocks Prognosewerte zeigen, die häufig auf ein acht bis neun Jahre jüngeres biologisches Alter hindeuten. Das bedeutet, dass ein gesunder Lebensstil zu einem messbar jüngeren biologischen Alter führt. Mit den Epigenetic Clocks lässt sich darüber hinaus sogar zeigen, dass die Nachkommen von Hundertjährigen eine überdurchschnittliche Lebenserwartung haben und neben dem individuellen Lebensstil auch genetische Aspekte eine große Rolle spielen. (Quelle: Decreased epigenetic age of PBMCs from Italian semi-supercentenarians and their offspring)

Biologische Uhren sind deshalb ein unverzichtbares Werkzeug, um den tatsächlichen Erfolg von Präventionsmaßnahmen und Medikamenten zu messen, die die biologische Alterung verlangsamen sollen. Auf diese Weise ist es also möglich, das biologische Alter zu bestimmen und die Auswirkungen bestimmter Änderungen des Lebensstils wie Ernährungsumstellungen oder körperliche Aktivitäten messbar zu machen.