Neuer Biomarker für die Prävention
AGE – ein Indikator für den Lebensstil
Der AGE-Spiegel in der Haut reflektiert Ernährung, Stoffwechsel und Nierenfunktion – und lässt sich nicht-invasiv per Fluoreszenz messen. Stephan Haslbeck von ams Osram erklärt Nutzen, Aussagekraft, die präzise Messung sowie die Hürden der Integration des neuen Vitalparameters für Wearables.
Wearables erfassen kontinuierlich Vitalzeichen wie Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung oder Pulswellen – bequem am Handgelenk oder Ohr, ohne spezielle Medizingeräte oder Arzt- und Klinikbesuche. Für diesen tiefgreifenden Paradigmenwechsel an der Grenze zwischen Consumer-Elektronik und Medizintechnik liefern LEDs, Fotodioden und Algorithmen die notwendige, medizinnahe Genauigkeit in kompakten Smartwatches, Ringen oder Kopfhörern.
Neben dem technischen Ringen um die nicht-invasive Blutzuckermessung zeichnet sich jetzt ein neuer Biomarker für die Prävention am Handgelenk ab – AGE. Über den klinischen Nutzen und die Aussagekraft des neuen Vitalparameters sowie dessen präzise Messung sprechen wir mit Stephan Haslbeck, Produktmanager Vital Sign Monitoring bei ams Osram.
Herr Haslbeck, klinische Studien zu den AGE sind vielversprechend – was steckt hinter dem Biomarker?
AGE steht für »Advanced Glycation End Products« – auf Deutsch könnte man von fortgeschrittenen Endprodukten der Glykation sprechen. Es handelt sich um Stoffwechselprodukte, die entstehen, wenn Zucker mit Aminogruppen, wie etwa aus Proteinen, reagiert. Bildlich gesprochen: Das ist genau das, was beim Steak die karamelisierte Kruste bildet – oder die knackige Schale einer Pommes. Diese Reaktion findet im Körper permanent statt, und die dort entstehenden AGEs reichern sich über Wochen, Monate und Jahre in der Haut an.
Was sagt der AGE-Wert über unsere Gesundheit?
Zum einen spiegelt er den Lebensstil wider. Wer sich dauerhaft ungesund ernährt, wird einen steigenden AGE-Spiegel sehen. Der Parameter kann also ein früher Indikator für Stoffwechselprobleme wie Diabetes, Gefäßerkrankungen als Vorboten von Herzinfarkten oder auch Nierenprobleme sein. Denn AGEs können sich auch dann anreichern, wenn die Niere nicht mehr ordentlich funktioniert, da die Stoffwechselprodukte nicht mehr ausreichend ausgeschieden werden.
Lässt sich unterscheiden, ob ein höherer AGE-Wert von der Ernährung oder einer kranken Niere herrührt?
Nach aktuellem Kenntnisstand noch nicht zuverlässig. Interessant ist allerdings, dass viele Apps heute schon die Ernährung protokollieren – das könnte in Zukunft helfen, die Ursache besser einzugrenzen. Grundsätzlich gilt aber: Wenn der AGE-Spiegel steigt und keine ernährungsbedingten Ursachen erkennbar sind, sollte das Anlass sein, zum Arzt zu gehen. Der Vitalparameter dient wie üblich als Frühwarnsystem.
Wie funktioniert die nicht-invasive AGE-Messung für Wearables?
AGEs besitzen eine entscheidende physikalische Eigenschaft: Sie fluoreszieren. Unser Multi-Emitter SFH 7019 sendet dazu UV-Licht bei etwa 383 Nanometern aus, also am Rand des UVA-Bereichs. Dieses Licht dringt in die Haut ein und regt die dort eingelagerten AGEs zur Fluoreszenz an, die bei deutlich längeren Wellenlängen – also im sichtbaren Spektralbereich – zurückgestrahlt wird. Genau dieses Fluoreszenzsignal soll der Detektor SFH 2705U erfassen – und ausschließlich dieses. Das UV-Licht des Emitters würde sonst das schwache Fluoreszenzsignal überlagern. Wir sprechen also von hohen Anforderungen an die Filtertechnologie auf Detektorseite: Der Filter muss den UV-Bereich um 383 Nanometer vollständig unterdrücken und gleichzeitig den fluoreszierenden Spektralbereich oberhalb dieser Wellenlänge präzise durchlassen. Das ist eines unserer zentralen Entwicklungs-Knowhows.
Der neue Multi-Emitter SFH 7019 arbeitet mit drei Wellenlängen – grün, infrarot und UV. Warum braucht es alle drei?
Grün (520 bis 570 nm) und Infrarot (850 bis 980 nm) sind die etablierten Kanäle der PPG-Messung – aber mit unterschiedlichen Rollen. Grün wird von Hämoglobin stark absorbiert und eignet sich primär für die Herzfrequenzmessung, dringt aber nur wenige Millimeter in die Haut ein und reagiert empfindlich auf Melanin. Infrarot penetriert das Gewebe deutlich tiefer, ist von der Hautpigmentierung weitgehend unabhängig. Gleichzeitig dient Infrarot als Referenzkanal, um Streueffekte durch unterschiedliche Hauttypen rechnerisch zu kompensieren und damit eine zuverlässige Messung bei allen Hautfarben sicherzustellen.
UV bei 383 Nanometern fügt eine dritte, grundlegend andere Messdimension hinzu: Nicht Hämodynamik, sondern Gewebefluoreszenz. AGEs werden im UVA-Bereich angeregt und emittieren ihr Fluoreszenzsignal bei deutlich längeren Wellenlängen – genau im Erfassungsbereich der ohnehin vorhandenen Fotodiode. Das macht den SFH 7019 zu einer echten Systemlösung: Ein einziger Multi-Emitter deckt Herzfrequenz und AGE-Messung ab, ohne separate Komponenten für jeden Parameter.
Die Wellenlängen arbeiten innerhalb des Multi-Emitters eng beieinander. Wie verhindern Sie Crosstalk?
Nicht nur die integrierten Wellenlängen verursachen potenzielles Übersprechen. Erschwerend kommt hinzu, dass UV-Licht auch zum Detektor gelangen kann, ohne überhaupt die Haut passiert zu haben. Jeder Crosstalk wird von uns durch spezielle Barrieren im Bauteil-Design vollständig unterdrückt, sodass ausschließlich das jeweils biologisch relevante Fluoreszenzsignal aus dem Gewebe ausgewertet wird.
Hinzu kommt eine weitere Herausforderung auf Detektorseite: Die absoluten Signalstärken im Fluoreszenzbereich sind grundsätzlich sehr gering, der Detektor braucht eine außergewöhnlich hohe Empfindlichkeit genau in diesem Spektralbereich – kombiniert mit hoher Linearität, damit Signalveränderungen über Wochen und Monate zuverlässig und reproduzierbar erfasst werden können.
Emitter und Detektor sind bei Ihnen zwei separate Produkte. Warum?
Das ist eine bewusste Designentscheidung. Ob Smartwatch, Earbud, Ring oder eben Medical Patch – jede Formfaktorklasse hat andere Anforderungen an Positionierung und Layout. Wenn wir Emitter und Detektor voneinander trennen, geben wir den Entwicklern die Freiheit, beide Komponenten optimal in den Designs zu platzieren. Gerade Ringe und Earbuds sind stark wachsende Märkte – genau dort muss die Integration flexibel sein.
Welchen Einfluss hat das AGE-Modul auf das Energiebudget eines Wearables?
Das fällt im Vergleich zur kontinuierlichen Pulsmessung oder SpO2-Erfassung kaum ins Gewicht, weil es sich um Punktmessungen handelt. Man misst nicht rund um die Uhr, sondern einige Male täglich. Die Herausforderung liegt eher bei der Optimierung: Gerade in Ringen oder Earbuds sind die Akkus winzig, also muss jede Messung so effizient wie möglich sein – durch besseres Filter-Tuning und höhere Detektorempfindlichkeit, um auch mit weniger emittiertem Licht verwertbare Signale zu bekommen.
Was sollten Entwickler berücksichtigen, die eine AGE-Messung in ihre Geräte integrieren möchten?
Der UV-Bereich ist faszinierend – aber tückisch. Viele Materialien fluoreszieren unter UV-Beleuchtung, auch Kunststoffe und Gläser. Wer ein Gehäuse um das Modul baut, muss sicherstellen, dass das Schutzmaterial im relevanten Wellenlängenbereich transparent ist und nicht selbst fluoresziert. Sonst kann man nicht mehr unterscheiden, ob das Signal von den AGEs in der Haut kommt oder vom Housing. Das ist eine der zentralen Integrations-Herausforderungen. Unsere eigenen Produkte berücksichtigen das – wie auch den zuvor erwähnten internen Crosstalk zwischen Emitter und Detektor.
Wie steht es um die Messgröße selbst – gibt es absolute Referenzwerte für AGEs?
Nein, denn AGE-Messungen liefern keine absoluten Referenzwerte, sondern relative Trends: Erst die kontinuierliche Beobachtung über die Zeit verschafft dem Parameter einen klinischen Aussagewert. Wenn die Signalstärke des Fluoreszenzsignals über Tage, Wochen und Monate kontinuierlich zunimmt, ist das ein Hinweis auf steigende AGE-Konzentration. Das ist dem Grunde nach ähnlich wie beim Puls: Erst die Langzeitbeobachtung ergibt ein klinisch verwertbares Bild.
AGE als Frühwarnwert – was die Forschung sagt
Bei erhöhtem Blutzucker reagieren Glukosemoleküle unkontrolliert mit körpereigenen Proteinen und Lipiden – das Ergebnis sind AGEs, die sich im Gewebe anreichern und dort irreversibel verbleiben. Sie gelten als klassische Spätfolge des Diabetes und Auslöser von Gefäßschäden (Mikro- und Makroangiopathien). Besonders spannend für den Frühwarnaspekt: Eine epidemiologische Studie des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) und des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung an 3.535 Probanden zeigte, dass erhöhte AGE-Werte mit einer verringerten Arterienelastizität korrelieren – und zwar unabhängig davon, ob die Person Diabetes hat oder nicht. Das bedeutet: Erhöhte AGEs wurden auch bei Menschen mit Prädiabetes und sogar bei Stoffwechselgesunden mit versteiften Gefäßen nachgewiesen. Genau das macht den AGE-Hautmesswert so wertvoll als Frühwarnindikator: Über die Haut-Autofluoreszenz lässt sich die AGE-Konzentration schnell und nicht-invasiv erfassen – und könnte Ärzten ermöglichen, ein erhöhtes Arteriosklerose-Risiko zu erkennen, bevor klinische Symptome auftreten. Darüber hinaus gibt es Studien, die einen Zusammenhang zwischen Haut-Autofluoreszenz und der Entwicklung von Fußgeschwüren bei Typ-2-Diabetes zeigen.
Wird die AGE-Messung perspektivisch eher Medizinprodukt oder Wellness-Feature?
Stand heute sehe ich das als Wellness-Feature – ähnlich wie die Pulsmessung in den Anfangsjahren der Smartwatches. Der Weg vom Trend-Tracker zum klinisch validierten Medizinprodukt ist lang, aber er ist gegangen worden, wie wir beim Puls oder bei SpO2 sehen. Wenn die Datenlage bei AGEs ausreichend akkurat wird, halte ich eine klinische Relevanz für durchaus realistisch – gerade mit Blick auf Nierengesundheit und das arterielle System.
Wohin entwickelt sich ams Osram im Bereich Vitalzeichen-Monitoring langfristig?
Wir arbeiten kontinuierlich daran, bestehende Komponenten effizienter und kleiner zu machen. Und wir schauen uns neue Biomarker an – also Parameter, die heute noch nicht in Consumer-Wearables messbar sind. Dazu gibt es auch Ansätze, die weit über Fitness und Wellness hinausgehen und auch für andere Branchen – zum Beispiel die Automobilindustrie – relevant werden könnten. Das Ziel ist immer dasselbe: dem Menschen frühzeitig Informationen über seinen Gesundheitszustand geben, bevor etwas Ernstes passiert.
