Ein KI-gestützter „Körperatlas“ hilft Wissenschaftlern, Fettleibigkeit zu erforschen, sodass sie deren Auswirkungen auf den gesamten Körper in einer einzigen Ansicht sehen können, statt Organ für Organ.
Ein neues Werkzeug der künstlichen Intelligenz (KI) hat kartiert, wie Fettleibigkeit den gesamten Körper auf zellulärer Ebene beeinflusst und weit verbreitete Schäden sichtbar gemacht, die weit über das Fettgewebe hinausgehen.
Die Studie, in Nature veröffentlicht, wurde von Forschern des Helmholtz-Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München und kooperierenden Institutionen geleitet.
Das KI-Framework namens MouseMapper erstellt ein detailliertes 3D-„Atlas“ des gesamten Körpers. Es identifiziert Organe, Nerven und Immunzellen über Millionen von Strukturen hinweg gleichzeitig.
Bislang konnten Wissenschaftler Krankheitsveränderungen nur Organ für Organ untersuchen. Dieses System ermöglicht eine Ganzkörperansicht in einer einzigen Analyse.
Wie die KI den Körper kartiert
Um das Atlas zu erstellen, kennzeichneten Forscher Nerven und Immunzellen bei Mäusen mit fluoreszierenden Markern. Die Tiere wurden anschließend mit Gewebeaufbereitungstechniken behandelt, die den Körper optisch transparent machten und dabei die fluoreszierenden Signale bewahrten.
Spezielle Lichtblattmikroskopie lieferte hochauflösende 3D-Scans ganzer Körper. Die KI analysierte die Bilder anschließend automatisch und kartierte 31 Organe und Gewebetypen.
Dies ermöglichte es den Forschern, gleichzeitig zu sehen, wo Entzündungen und strukturelle Schäden im ganzen Körper auftreten.
Fettleibigkeitsbedingte Schäden über mehrere Organe hinweg
Das Team testete das System an Mäusen, die eine fettreiche Ernährung erhielten. Diese Tiere entwickelten Fettleibigkeit und metabolische Veränderungen, die dem Menschen ähneln.
Die Ergebnisse zeigten weit verbreitete Entzündungen und Gewebeveränderungen in mehreren Organen, einschließlich Fettgewebe, Leber und Muskel.
Doch die unerwartetsten Befunde lagen im Nervensystem.
Die Forscher stellten erhebliche strukturelle Veränderungen im Trigeminusnerv fest, der für die Gesichtsempfindung zuständig ist. Bei adipösen Mäusen wies der Nerv weniger Äste und Endigungen auf.
Dies deutete auf einen Verlust der normalen Sinnesfunktion hin. Verhaltensprüfungen bestätigten, dass die Mäuse weniger auf Berührung und Reizung reagierten.
Anzeichen, die auch beim Menschen zu beobachten sind
Anschließend analysierten die Wissenschaftler menschliche Gewebeproben von Menschen mit Fettleibigkeit.
Sie fanden ähnliche molekulare Veränderungen im Trigeminusganglion, dem Nervenzentrum, das mit dem Gesichtssinn verbunden ist.
Dies deutet darauf hin, dass fettleibigkeitsbedingte Nervenschäden, die bei Mäusen beobachtet wurden, auch beim Menschen auftreten könnten.
Ein Schritt in Richtung „digitale Zwillinge“ der Krankheit
Forscher sagen, die Plattform könne die Untersuchung komplexer Krankheiten grundlegend verändern.
Anstatt sich auf ein einzelnes Organ nacheinander zu konzentrieren, können Wissenschaftler nun untersuchen, wie Krankheiten den gesamten Körper als verbundenes System beeinflussen.
Das Team hofft auch, in Zukunft „digitale Zwillinge“ von Organismen zu erstellen. Diese würden Forschern ermöglichen, den Krankheitsverlauf zu simulieren und Behandlungen zu testen, bevor Experimente am Lebenden durchgeführt werden.
Solche Werkzeuge könnten die Wirkstoffsuche beschleunigen und den Bedarf an Tierversuchen verringern.
