Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Adipositas-on-Chip – innovatives Modellsystem zur Erforschung von Fettleibigkeit
Adipositas kommt selten allein.
Die krankhafte Fettleibigkeit geht oftmals einher mit Erkrankungen wie Diabetes.
- Speziell das weiße Fettgewebe spielt bei der Entstehung der Stoffwechselerkrankung eine zentrale Rolle.
Forschende des NMI Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts in Reutlingen entwickelten nun in Kooperation mit der Medizinischen Fakultät der Universität Tübingen und dem Fraunhofer-Institut IGB ein innovatives Mix & Match Organ-on-Chip-Modell.
Die in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen, wie sich mit dem Chip verschiedenste Aspekte der Adipositas-Erkrankung individuell simulieren lassen – ganze ohne Tierversuche.
Organ-on-Chip-System: Der neue Adipositas-on-Chip der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter Loskill vom NMI in Reutlingen bildet das weiße Fettgewebe im Mikrometermaßstab ab und integriert erstmals verschiedene Zellkomponenten in einem Chip-System.
- Von der ersten Sekunde bis etwa zum 25. Lebensjahr – in dieser Zeitspanne nimmt ein Mensch an Gewicht zu, entwickelt sich und wächst, bis er schließlich sein endgültiges Körpergewicht erreicht hat.
- Dabei weiß unser Körper stets, wann unser Hunger gestillt ist und alle notwendigen Stoffe aufgenommen wurden.
Als Folge tritt ein Sättigungsgefühl ein.
Fehlt dieses Signal oder wird es ignoriert, ist der Weg geebnet für eine sich entwickelnde Adipositas.
Nicht selten steckt aber auch eine Fehlernährung hinter der krankhaften Fettleibigkeit.
Grundsätzlich ist die krankhafte Gewichtszunahme Risikofaktor für eine Vielzahl von Erkrankungen.
- Neben Diabetes mellitus Typ 2, Herz-Kreislauf- und neurologischen Erkrankungen begünstigt eine Adipositas mindestens 13 verschiedene Krebsarten.
Die Folgen von
Adipositas können gravierend sein und sind deshalb ein nicht nur
aktuelles, sondern auch sehr wichtiges Forschungsgebiet.
Ein Blick ins Fettgewebe
Fettgewebe lässt sich in verschiedene Typen unterteilen, weißes,
braun/beiges und rosa Fettgewebe.
Neben der Farbe unterscheiden sich die Gewebearten durch ihre einzigartige Zellzusammensetzung und Funktion.
Schaut man sich die Bestandteile des weißen Fettgewebes genauer an, so lassen sich hier die Spezialisten des Fettstoffwechsels, die weißen Fettzellen, finden.
- Sie kümmern sich um Fetteinlagerungen – also die Energiereserven – und beeinflussen den Energiestoffwechsel durch Hormonausschüttungen.
- Des Weiteren lassen sich im weißen Fettgewebe eine Vielzahl von Immunzellen finden.
- Kommt es zu einer Überernährung, vermehren sich die Fettzellen, werden größer und lösen eine Kaskade von Entzündungsprozessen aus.
Fettgewebe in der Forschung
Die Wissenschaft beschäftigt sich seit geraumer Zeit mit Ursachen und
Therapiemöglichkeiten von Adipositas, eine optimale Versuchsplattform
mit einer validen Vorhersagekraft wurde bislang nicht entwickelt.
Gesundheitsrisiken für Patient*innen machen die direkte Forschung am
Menschen unmöglich.
Viele Wissenschaftler*innen vertrauten demnach auf
Tierversuche, um die pathophysiologischen Mechanismen hinter der
Krankheit besser zu verstehen. Die geringe Übertragbarkeit der
Ergebnisse vom Tier auf den Menschen schränkt allerdings die
Aussagekraft der Tierversuche stark ein.
Es bleibt der Blick in die Petrischale. Welche Möglichkeiten bieten Zellkulturen?
Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter Loskill, Gruppenleiter am NMI und
Brückenprofessor an der Medizinischen Fakultät der Universität Tübingen,
der von 2016 bis 2021 die Attract-Gruppe Organ-on-a-Chip am Fraunhofer
IGB leitete, entwickelt maßgeschneiderte Organ-on-Chip-Technologien.
Diese speziellen Chips integrieren lebende Substrukturen von Organen in
eine kontrollierte Mikroumgebung. Die Chips bestehen aus kleinen
dreidimensionalen Kammern und Kanälen im Mikrometermaßstab und bilden
die Funktionalität oder Krankheit eines Organs ab. Erste Systeme der
Arbeitsgruppe konnten lediglich Fettzellen kultivieren. Das neue
innovative Mix & Match System integriert darüber hinaus alle
wichtigen zellulären Komponenten, die sich auch im menschlichen weißen
Fettgewebe wiederfinden lassen.
„Der Adipositas-Chip der nächsten Generation zeichnet sich durch seine hohe Flexibilität und Modularität aus. Neben der Energiespeicherung und -mobilisierung lassen sich mit dem Chip ebenso die fettgewebsspezifische Hormonausschüttung simulieren und verschiedenste Entzündungsprozesse mit einbeziehen. Dieser multidimensionale Ansatz ist bislang einzigartig!“, betont Prof. Loskill.
Zukünftig bietet das neuartige System Wissenschaftler*innen eine humane
Alternative zur Durchführung von Tierversuchen. Dadurch könnte nicht nur
die Fettstoffwechsel-Forschung und die Medikamentenentwicklung von der
neuen Testplattform profitieren, sondern auch die personalisierte
Medizin vorangetrieben werden.
Die Forschung wurde unter anderem gefördert durch die
Fraunhofer-internen Programme Talenta Start und Attract (601543), durch
das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF; 031L0247B) sowie
durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der
Europäischen Unionim Rahmen der Marie
Skłodowska-Curie-Finanzhilfevereinbarungen Nr. 812954 und Nr. 845147.
Publikation:
Rogal et al. (2022). Autologous human immunocompetent white adipose tissue-on-chip. Advanced Science, 2104451, https://doi.org/10.1002/advs.202104451
Über das NMI
Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen
ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung und betreibt
anwendungsorientierte Forschung an der Schnittstelle von Bio- und
Materialwissenschaften. Es verfügt über ein einmaliges,
interdisziplinäres Kompetenzspektrum für F&E- sowie
Dienstleistungsangebote für regional und international tätige
Unternehmen. Dabei richtet sich das Institut gleichermaßen an die
Gesundheitswirtschaft sowie Industriebranchen mit werkstofftechnischen
und qualitätsorientierten Fragestellungen wie Fahrzeug-, Maschinen- und
Werkzeugbau.
Das Forschungsinstitut gliedert sich in drei Geschäftsbereiche, die
durch ein gemeinsames Leitbild miteinander verbunden sind: Die Suche
nach technischen Lösungen erfolgt stets nach höchsten wissenschaftlichen
Standards. Im Geschäftsfeld Pharma und Biotech unterstützt das NMI die
Entwicklung neuer Medikamente mit biochemischen, molekular- und
zellbiologischen Methoden. Der Bereich Biomedizin und
Materialwissenschaften erforscht und entwickelt Zukunftstechnologien wie
die personalisierte Medizin und Mikromedizin für neue diagnostische und
therapeutische Ansätze. Im Fokus des Dienstleistungsangebotes steht für
Kunden die Strukturierung und Funktionalisierung von Werkstoffen und
deren Oberflächen. Im Geschäftsfeld Analytik und Elektronenmikroskopie
werden analytische Fragestellungen beantwortet.
Über die Landesgrenzen hinaus ist das NMI für sein Inkubatorkonzept für
Existenzgründer mit bio- und materialwissenschaftlichem Hintergrund
bekannt.
www.nmi.de
Das NMI Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut in Reutlingen
wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes
Baden-Württemberg unterstützt und ist Mitglied der Innovationsallianz
Baden-Württemberg, einem Zusammenschluss von 12 außeruniversitären und
wirtschaftsnahen Forschungsinstituten.
www.innbw.de
Dr. Pauline Jeckel
NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut
an der Universität Tübingen
Tel.: +49 7121 51530-842
E-Mail: presse@nmi.de
Pauline Jeckel NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut in Reutlingen
Markwiesenstr. 55
72770 Reutlingen
Deutschland
Baden-Württemberg
E-Mail-Adresse: info@nmi.de
elefon: 07121/51530842
Originalpublikation:
Rogal et al. (2022). Autologous human immunocompetent white adipose tissue-on-chip. Advanced Science, 2104451, https://doi.org/10.1002/advs.202104451
