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Dienstag, 20 Juli 2021 13:59

Mikrofluidisches Multiorgan-System zur Erforschung der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung Empfehlung

Ein Wissenschaftlerteam aus Florida hat zur Untersuchung von Stoffwechselvorgängen bei der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) ein Multiorgan-on-a-Chip-Modell mit menschlichen Leber- und Fettzellen entwickelt. Die Untersuchungsergebnisse betonen die Notwendigkeit, Fettzellen bei derartigen Untersuchungen zu berücksichtigen.


Nach einer Studie in The Lancet soll bis 2025 das globale Übergewicht einen Anteil von 18 Prozent bei den Männern und 21 Prozent bei den Frauen erreicht haben1. Mit dem Anteil der Adipösen steigt jedoch auch der Anteil derer, die unter einer Fettlebererkrankung leiden könnten2. Bedingt durch einen sitzenden Lebensstil sowie eine zu fettreiche Ernährung sollen Schätzungen zufolge annähernd 30 Prozent der Bevölkerung bereits eine Fettleber aufweisen3. Erkrankungen wie Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes können das Risiko der Patienten für die Entwicklung einer NAFLD erhöhen. Im Ernstfall führt dies zu einer schweren Form, die als nichtalkoholische Steatohepatitis (NASH) bezeichnet wird. Die Folge können Lebervernarbung (Zirrhose), Leberkrebs oder im Endstadium ein Leberversagen sein.

Zur Untersuchung der NAFLD und NASH gab es bislang es sowohl Tiermodelle4 als auch Zellkulturmodelle (sogenannte disease-on-a-dish). Jedoch lassen sich, bedingt durch die Unterschiede in den Krankheitsphänotypen zwischen Mensch und Tier, die Forschungsergebnisse vom Tier nicht zuverlässig auf die menschliche Situation übertragen.

Zur Simulation wichtiger Stoffwechselmerkmale bei der NAFLD haben ForscherInnen des NanoScience Technology Centers an der University of Central Florida (UCF) gemeinsam mit dem Unternehmen Hesperos Inc. ein Zwei-Kammer-System konzipiert, das funktionelle menschliche Leberzellen und Fettzellen in einem mikrofluidisches rezirkulierenden serumfreien Medium enthält. Nach Angaben des Chefentwicklers Prof. Dr. James J. Hickman gibt es nun ein erstes humanbasiertes Mehrkammersystem, mit dem sich ein NAFLD-Phänotyp mit Adipozyten modellieren lässt.

Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass mit dem Modell wichtige pathologische Merkmale genau nachgebildet werden können, die mit dem Befunden anderer Forscher und Ärzte übereinstimmen. So konnte das Team z.B. zeigen, dass proinflammatorisches TNF-α die Steatose in Kokultur von Leber- und Fettzellen signifikant erhöht. Ohne die Fettzellen war dies nicht der Fall. Zudem war die CYP3A4-Aktivität in den Leberzellen vermindert. Das Leberenzym CYP3A4 verstoffwechselt ca. 40 Prozent aller Arzneistoffe und macht den Hauptanteil der CYP-Enzyme in der Leber aus5.

Für Metformin, ein Anti-Diabetesmittel, dass sich bei NAFLD als ungeeignet erwiesen hatte, konnte das Team belegen, das das Arzneimittel im Gegensatz dazu eine Steatose zwar signifikant verringern konnte, jedoch nur bei höheren physiologischen Dosen, denen der Mensch im Normalfall nicht ausgesetzt ist.

Originalpublikation:
Victoria L. Slaughter, John W. Rumsey, Rachel Boone, Duaa Malik, Yunqing Cai, Narasimhan Narasimhan Sriram, Christopher J. Long, Christopher W. McAleer, Stephen Lambert, Michael L. Shuler & J. J. Hickman (2021). Validation of an adipose‑liver human‑on‑a‑chip model of NAFLD for preclinical therapeutic efficacy evaluation. Scientific Reports 11: 13159. https://doi.org/10.1038/s41598-021-92264-2

Zusatzinformationen:
1 NCD Risk Factor Collaboration (NCD-RisC) (2016): Trends in adult body-mass index in 200 countries from 1975 to 2014: a pooled analysis of 1.698 population-based measurement studies with 19,2 million participants. Lancet 387: 1377–96.
http://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140- 6736%2816%2930054-X/fulltext
2 http://www.aerzteblatt.de/archiv/160842
3 Wruck, W., Kawala, M.-A., Graffmann, N. & Adjaye, J. (2016): Strategies for identifying predictive biomarkers of non-alcoholic fatty liver disease. http://www.drugtargetreview.com/10985/content- type/articles/strategies-identifying-predictive-biomarkers-non-alcoholic-fatty-liver-disease/
4 Takahashi, Y., Soejima, Y. & Fukusato, T. (2012): Animal models of nonalcoholic fatty liver disease/nonalcoholic steatohepatitis. World J. Gastroenterol. 18 (19): 2300-2308.
5 https://www.gelbe-liste.de/arzneimitteltherapiesicherheit/cyp-interaktionen/cyp3a4