Forschungsergebnis Medizin Fett auf einem Chip untersuchen

Wie die Freiburger Albert-Ludwigs-Universität bekannt gab, hat eine Forschungsgruppe einen Chip entwickelt, der es ermöglicht, mehr als einhundert adulte Stammzellkulturen des Fettgewebes anzulegen und deren Entwicklung zu analysieren.

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Das Fettgewebe dient im menschlichen Körper als Hauptenergiespeicher. Adulte Stammzellen haben die Funktion, es aufrechtzuerhalten und zu regenerieren. Mit dem Chip wollen die Forschenden außerhalb des Körpers studieren, wie sich adulte Stammzellen im Fettgewebe zu reifen Fettzellen entwickeln.

Bei bisherigen Experimenten entschlüsselten sie laut Universität einen Signalweg, der am Reifungsprozess der Fettzellen beteiligt ist, und zeigten, dass Kalorien im Nährmedium diesen Vorgang beeinflussen. Das Team hat seine Forschungsergebnisse nun im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht. „Zukünftig wollen wir untersuchen, unter welchen Umweltfaktoren – insbesondere bei welchen Nährstoffbedingungen – unterschiedliche Fettzelltypen entstehen“, kommentiert der Biophysiker Dr. Matthias Meier. „Daraus ließen sich neue Ansätze ableiten, um Fettleibigkeit und Diabetes zu bekämpfen.“

Viele Faktoren

Wie die Universität erläutert, können sich, wenn sich adulte Stammzellen teilen, ihre Nachkommen – anders als die embryonaler Stammzellen – nur lokal und in bestimmte Gewebezelltypen weiterentwickeln. Dabei beeinflussen Faktoren wie der Insulinspiegel oder der Zuckergehalt im Blut, ob sich adulte Stammzellen im Fettgewebe zu reifen Fettzellen entwickeln. Eine Fehlentwicklung bei dieser Reifung könne zu Diabetes oder Fettleibigkeit führen. Die Vielzahl der Faktoren, die den Prozess beeinflussen, erschwere es Wissenschaftlern jedoch, diesen Prozess außerhalb des Körpers zu untersuchen.

Um dieses Problem zu lösen, habe die Freiburger Forschungsgruppe den mikrofluidischen Chip entwickelt, der mit kleinsten Flüssigkeitsmengen arbeitet: Die Plattform versorgt die Zellkulturen über Mikrokanäle während des Wachstumszeitraums von drei Wochen mit Nährstoffen. Eine Besonderheit sei das zusätzlich auf dem Chip integrierte Programm zur automatisierten Proteinanalyse, das Signalwege während des Wachstums entschlüsselt.

Mit der neuen Technologie könnten die Forschenden die äußeren Zellfaktoren variieren, um die Mikroumgebung auf dem Chip den körpereigenen Bedingungen so nah wie möglich anzupassen. Dadurch sei es gelungen, adulte Stammzellen aus dem Fettgewebe in reife Fettzellen zu verwandeln und den zugehörigen Signalweg mTORC1 zu entschlüsseln. „Durch erhöhte Kalorienzufuhr im Nährmedium konnte gezeigt werden, dass Fett im Reifungsprozess schneller eingelagert wird“, so Meier. „Es bleibt jedoch unklar, ob diese Anpassung der Kalorien zu einer erhöhten Bildungsrate von Fettzellen führt.“

Um diese Frage zu beantworten, wollen die Forschenden die Chiptechnologie in Zukunft systematisch nutzen, um den Zusammenhang zwischen menschlichen Nahrungsgewohnheiten und der Bildung von Fettzellen zu studieren.

Die an der Studie beteiligten Forscher Matthias Blazek, Matthias Meier, Indranil Mitra, Alina Platen, Nils Schneider, Xuanye Wu und Prof. Dr. Roland Zengerle forschen am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) und gehören dem Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg an. Prof. Dr. Roland Schüle ist Wissenschaftlicher Direktor der Zentralen Klinischen Forschung des Universitätsklinikums Freiburg.

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