Spuren des Unsichtbaren: Wie der Radioimmunoassay die medizinische Diagnostik revolutionierte

Im Jahr 1950 begannen die Kernphysikerin Rosalyn Yalow und der Arzt Solomon Berson ihre wissenschaftliche Zusammenarbeit in einer umgebauten Besenkammer des Veterans-Administration-Krankenhauses in der Bronx. Yalow war im September 1941 als erste weibliche Doktorandin seit 1917 an den Fachbereich Physik der University of Illinois gekommen. Nach ihrer Promotion führte sie 1947 eine Empfehlung des medizinischen Physikers Gioacchino Failla von der Columbia University zu einer Forschungsstelle am Krankenhaus in der Bronx. Als Berson drei Jahre später hinzustieß, begründeten die beiden Wissenschaftler eine 22-jährige Forschungspartnerschaft, die darauf abzielte, kleinste biologische Substanzen mithilfe radioaktiver Isotope präzise zu messen.

Ein ungewöhnliches Gespann in einem Krankenhaus in der Bronx

Da die Medizinphysik in der Nachkriegszeit ein neu entstehendes Spezialgebiet war, erwiesen sich die anfänglichen Einrichtungen des Krankenhauses als denkbar einfach. In ihrer umgebauten Abstellkammer baute Yalow ihre Laborausrüstung häufig selbst zusammen, um funktionsfähige Strahlungsmessgeräte und Detektoren zu konstruieren. Gemeinsam setzten sich Yalow und Berson das Ziel, eine hartnäckige biologische Herausforderung zu lösen: den Weg und den Abbau von Hormonen im menschlichen Körper exakt nachzuvollziehen.

Die Erforschung des Zuckerstoffwechsels mit Jod-125

Um den Diabetes mellitus zu untersuchen, konzentrierten sich die Forschenden auf Insulin – das essenzielle Bauchspeicheldrüsenhormon, das den Zuckerstoffwechsel steuert. Sie markierten Insulinmoleküle, indem sie radioaktive Jod-125-Isotope an sie koppelten, und schufen so einen nachverfolgbaren Marker. Durch den Nachweis der vom Jod-125 abgestrahlten Signale konnten Yalow und Berson den genauen Weg sowie die Abbaugeschwindigkeit injizierter Insulinmoleküle in Blut- und Urinproben bestimmen.

Ihre Stoffwechselstudien führten zu einer überraschenden Entdeckung bezüglich des Immunsystems. Bei Menschen mit Diabetes, die regelmäßig Rinderinsulin gespritzt bekamen, verblieben die markierten Insulinmoleküle deutlich länger im Blutkreislauf als bei Nicht-Diabetikern. Yalow und Berson wiesen nach, dass die langfristige Behandlung mit tierischem Insulin dazu führte, dass die Patienten Antikörper bildeten, die sich an die fremden Insulinmoleküle banden und deren Abbau verzögerten. Diese Erkenntnis zeigte, dass Immunreaktionen Therapien mit tierischen Hormonen verkomplizierten, und machte den deutlichen klinischen Bedarf an humanidentischem Insulin offenbar.

Der Mechanismus des Radioimmunoassays

Aufbauend auf ihren Erkenntnissen über die Antikörperbindung entwickelten Yalow und Berson den Radioimmunoassay (RIA), um Spuren biologischer Substanzen zu messen, die zuvor unquantifizierbar gewesen waren. Das Verfahren beruht auf dem Prinzip der kompetitiven Verdrängung. Zunächst mischen Forschende eine bekannte Menge eines mit einem radioaktiven Isotop markierten Zielhormons mit einer festen Konzentration seines spezifischen Antikörpers, wodurch markierte Hormon-Antikörper-Komplexe entstehen.

Anschließend wird diese Mischung einer Blutprobe von Patienten zugeführt, die eine unbekannte Menge des natürlichen, nicht-radioaktiven Hormons enthält. Da die Antikörper unterschiedslos an beide Formen binden, konkurrieren die reichlich vorhandenen natürlichen Hormone um die begrenzten Antikörper-Bindungsstellen und verdrängen eine entsprechende Anzahl der markierten radioaktiven Hormone. Die Forschenden isolieren danach die antikörpergebundenen Komplexe und messen deren verbleibende Radioaktivität. Aus dem Ausmaß, in dem das radioaktive Signal durch das natürliche Hormon verdrängt wurde, lässt sich die exakte Konzentration des natürlichen Hormons in der Probe berechnen.

Ein Vermächtnis im Zeichen quantitativer Präzision

Berson verstarb im Jahr 1972. Nach seinem Tod benannte Yalow ihr gemeinsames Labor am VA-Krankenhaus in der Bronx zu seinem Gedenken um, damit seine Beiträge stets mit ihren weiteren wissenschaftlichen Arbeiten verbunden blieben. Im Jahr 1977 wurde Yalow für die Entwicklung des Radioimmunoassays mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet.

Das Prinzip der kompetitiven Bindung beim Radioimmunoassay prägte moderne diagnostische Verfahren und versetzte Ärzte weltweit in die Lage, Mikrokonzentrationen biologischer Marker nachzuweisen. Indem der im Krankenhauslabor in der Bronx entwickelte Analyseansatz eine Methode bereitstellte, um kleinste Mengen von Hormonen, Proteinen und therapeutischen Wirkstoffen im Blutplasma zu quantifizieren, schuf er das Fundament für die moderne klinische Endokrinologie und automatisierte Blutuntersuchungen.

KI-generierte redaktionelle Illustration; kein Dokumentarfoto.

Quelle: Rosalyn Yalow and Solomon A. Berson