Ein neues Tool der künstlichen Intelligenz (KI) hat kartiert, wie sich Fettleibigkeit auf zellulärer Ebene auf den gesamten Körper auswirkt, und dabei weitreichende Schäden aufgedeckt, die weit über das Fettgewebe hinausgehen.
Die Studie, veröffentlicht in Naturwurde von Forschern des Helmholtz-Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und kooperierenden Institutionen geleitet.
Das KI-Framework namens MouseMapper erstellt einen detaillierten 3D-„Atlas“ des gesamten Körpers. Es identifiziert Organe, Nerven und Immunzellen in Dutzenden Millionen Strukturen gleichzeitig.
Bisher konnten Wissenschaftler Krankheitsveränderungen nur Organ für Organ untersuchen. Dieses System ermöglicht eine Ganzkörperansicht in einer einzigen Analyse.
Wie die KI den Körper kartiert
Um den Atlas zu erstellen, markierten die Forscher Nerven und Immunzellen von Mäusen mithilfe von Fluoreszenzmarkern. Anschließend wurden die Tiere mit Gewebereinigungstechniken behandelt, die die Körper optisch transparent machten und gleichzeitig diese Fluoreszenzsignale bewahrten.
Mithilfe einer speziellen Lichtblattmikroskopie wurden hochauflösende 3D-Scans ganzer Körper erstellt. Anschließend analysierte die KI die Bilder automatisch und kartierte 31 Organe und Gewebetypen.
Dadurch konnten Forscher erkennen, wo im Körper gleichzeitig Entzündungen und strukturelle Schäden auftreten.
Durch Fettleibigkeit bedingte Schäden an mehreren Organen
Das Team testete das System an Mäusen, denen eine fettreiche Diät verabreicht wurde. Diese Tiere entwickelten Fettleibigkeit und Stoffwechselveränderungen ähnlich wie Menschen.
Die Ergebnisse zeigten weit verbreitete Entzündungen und Gewebeveränderungen in mehreren Organen, darunter Fett, Leber und Muskeln.
Aber die unerwartetsten Erkenntnisse betrafen das Nervensystem.
Forscher fanden große strukturelle Veränderungen im Trigeminusnerv, der die Gesichtsempfindung steuert. Bei fettleibigen Mäusen hatte der Nerv weniger Verzweigungen und Enden.
Dies deutete auf einen Verlust der normalen Sinnesfunktion hin. Verhaltenstests bestätigten, dass die Mäuse weniger auf Berührungen und Stimulation reagierten.
Anzeichen, die auch beim Menschen zu sehen sind
Anschließend analysierten die Wissenschaftler menschliche Gewebeproben von Menschen mit Fettleibigkeit.
Sie fanden ähnliche molekulare Veränderungen im Ganglion trigeminale, dem Nervenzentrum, das mit der Gesichtsempfindung verbunden ist.
Dies deutet darauf hin, dass bei Mäusen beobachtete Nervenschäden im Zusammenhang mit Fettleibigkeit auch beim Menschen auftreten können.
Ein Schritt hin zu „digitalen Zwillingen“ der Krankheit
Forscher sagen, dass die Plattform die Art und Weise verändern könnte, wie komplexe Krankheiten untersucht werden.
Anstatt sich jeweils auf ein Organ zu konzentrieren, können Wissenschaftler nun untersuchen, wie sich Krankheiten auf den gesamten Körper als vernetztes System auswirken.
Das Team hofft außerdem, in Zukunft „digitale Zwillinge“ von Organismen bauen zu können. Diese würden es Forschern ermöglichen, Krankheitsverläufe zu simulieren und Behandlungen zu testen, bevor sie zu physikalischen Experimenten übergehen.
Solche Instrumente könnten die Entdeckung von Arzneimitteln beschleunigen und die Notwendigkeit von Tierversuchen verringern.
