Ein KI-gestützter „Körperatlas“ unterstützt Forschende bei der Fettleibigkeitsforschung. Er zeigt die Auswirkungen im ganzen Körper auf einen Blick statt organweise.
Ein neues Werkzeug auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) zeigt, wie Fettleibigkeit den Körper bis hinunter auf Zellebene verändert – und dass die Schäden weit über das Fettgewebe hinausgehen.
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Die Studie, veröffentlicht in Nature, (Quelle auf Englisch) stammt von Forschenden des Helmholtz Munich, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und weiterer Partnerinstitute.
Die KI-Plattform namens MouseMapper erstellt einen detaillierten dreidimensionalen Atlas des gesamten Körpers. Sie erkennt Organe, Nerven und Immunzellen gleichzeitig in zig Millionen Strukturen.
Bisher konnten Forschende krankhafte Veränderungen nur Organ für Organ untersuchen. Das neue System liefert in einer einzigen Analyse einen Blick auf den gesamten Körper.
Wie die KI den Körper kartiert
Für den Atlas markierten die Forschenden Nerven und Immunzellen in Mäusen mit fluoreszierenden Farbstoffen. Anschließend behandelten sie die Tiere mit Gewebeklarungsverfahren. Dadurch wurden die Körper optisch durchsichtig, die Leuchtsignale blieben aber erhalten.
Spezielle Lichtblattmikroskopie lieferte hochauflösende dreidimensionale Aufnahmen der ganzen Tiere. Die KI wertete die Bilder automatisch aus und kartierte dabei 31 Organe und Gewebetypen.
So konnten sie zeitgleich erkennen, wo im Körper Entzündungen und strukturelle Schäden auftreten.
Fettleibigkeit schädigt zahlreiche Organe
Das Team testete das System an Mäusen, die eine fettreiche Diät erhielten. Die Tiere entwickelten Fettleibigkeit und Stoffwechselveränderungen, wie man sie auch beim Menschen sieht.
Die Auswertung zeigte weitverbreitete Entzündungen und Gewebeveränderungen in mehreren Organen, darunter Fettgewebe, Leber und Muskulatur.
Am überraschendsten waren jedoch die Befunde im Nervensystem.
Die Forschenden stellten deutliche strukturelle Veränderungen am Trigeminusnerv fest, der die Gesichtsempfindung steuert. Bei fettleibigen Mäusen zeigte der Nerv weniger Verzweigungen und Endigungen.
Das deutet auf einen Verlust normaler Sinnesfunktionen hin. Verhaltenstests bestätigten das: Die Tiere reagierten schwächer auf Berührungen und Reize.
Ähnliche Spuren auch beim Menschen
Anschließend untersuchte das Team Gewebeproben von Menschen mit Fettleibigkeit.
Dabei fanden sie ähnliche molekulare Veränderungen im Ganglion des Trigeminusnervs, dem Nervenzentrum für die Gesichtsempfindung.
Das spricht dafür, dass die bei Mäusen beobachteten nervlichen Schäden durch Fettleibigkeit auch beim Menschen auftreten.
Schritt zu digitalen Zwillingen von Krankheiten
Nach Einschätzung der Forschenden könnte die Plattform die Erforschung komplexer Erkrankungen grundlegend verändern.
Statt einzelne Organe isoliert zu betrachten, können sie nun prüfen, wie eine Krankheit den ganzen Körper als vernetztes System beeinflusst.
Langfristig will das Team digitale Zwillinge von Organismen entwickeln. Daran ließen sich Krankheitsverläufe simulieren und Therapien testen, bevor sie in realen Experimenten zum Einsatz kommen.
Solche Werkzeuge könnten die Wirkstoffsuche beschleunigen und den Bedarf an Tierversuchen verringern.