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Magnetic resonance imaging platform for probing fat microstructure

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MRT-Bildgebung von Fettgewebe im Kampf gegen metabolisches Syndrom und Osteoporose

Obwohl das metabolische Syndrom und Osteoporose weltweit enorme medizinische und sozioökonomische Kosten verursachen, besteht beim Patientenmanagement beider Erkrankungen noch Verbesserungsbedarf. Mit einem bahnbrechenden nicht-invasiven Bildgebungsverfahren konnte das Projekt ProFatMRI nun die klinischen Optionen erweitern.

Gesundheit

Zwar ist die Diagnose des metabolischen Syndroms inzwischen anhand biologischer Marker relativ einfach, therapeutische Interventionen gegen die beiden häufigsten Folgeerkrankungen Diabetes und kardiovaskuläre Komplikationen blieben jedoch weitgehend erfolglos. Osteoporose wiederum ist zwar medikamentös behandelbar, aber die Frühdiagnose ist schwierig, vor allem im Hinblick auf mögliche Frakturrisiken. Inzwischen hat die Forschung eine neue Gemeinsamkeit beider Krankheiten entdeckt: das Fettgewebe. „Die Eigenschaften von Fett auf zellulärer Ebene zu analysieren, könnte bahnbrechende Lösungen liefern, um die bislang schwierige Prävention des metabolischen Syndroms und die Früherkennung einer Osteoporose zu vereinfachen“, erklärt Dimitrios Karampinos von der Technischen Universität München und Projektkoordinator von ProFatMRI. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt entwickelte ein nicht-invasives MRT-Verfahren (Magnetresonanztomographie), mit dem gleichzeitig bei Knochenmark und dem primär aus Fettzellen bestehenden Fettgewebe die Mikrostruktur beurteilt werden kann.

Zuverlässigere Biomarker

Derzeitige Fett-Biomarker für metabolisches Syndrom geben noch keine Antworten etwa auf die Frage, warum übergewichtige Personen nicht in jedem Fall auch einen Typ-2-Diabetes entwickeln. Bei Fett wird zwischen weißem und braunen Fettgewebe unterschieden. Im Gegensatz zu weißem Fettgewebe, das überschüssige Energie speichert, wandelt braunes Fettgewebe Energie in Wärme um. Große Mengen an weißem Fettgewebe sind charakteristisch für Adipositas (Fettleibigkeit), und große weiße Fettzellen deuten auf Insulinresistenz hin. In der Forschung geht man inzwischen davon aus, dass braunes Fettgewebe dem metabolischen Syndrom gegensteuern kann. Aus der Menge und Mikrostruktur beider Fettgewebe könnten sich nützliche klinische Informationen ableiten lassen. Der gängige diagnostische Biomarker für Osteoporose ist die Knochenmineraldichte, die allerdings kaum Aussagen zum Frakturrisiko zulässt. Dies könnte, wenn ein Typ-2-Diabetes vorliegt, selbst bei hoher Knochendichte erhöht sein. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sich durch höheren Fettgehalt im Knochenmark auch das Frakturrisiko erhöht.

Bahnbrechendes Bildgebungsverfahren

Ziel von ProFatMRI war eine nicht-invasive Methode zur Unterscheidung von weißem und braunem Fettgewebe sowie zur Messung des Mineralgehalts im Knochen und des Fettgehalts im Knochenmark. Zunächst mussten Methoden zur Datenerfassung und Verarbeitung entwickelt werden, damit das MRT-Gerät nur die Protonen der Fett- und nicht der Wassermoleküle erfasst. Die Sichtbarmachung des Fettanteils im Gewebe und anderer Eigenschaften erlaubte dann die Unterscheidung zwischen weißem und braunem Fettgewebe. „Wir zeigen, dass beim Menschen ein Zusammenhang zwischen kälteinduzierter Wärmeerzeugung und dem unterschiedlichen Fettgehalt einer typischen weißen und einer typischen braunen Fettregion besteht. So haben Menschen, die viel Körperwärme erzeugen, wenn es kalt ist, offenbar mehr braunes Fettgewebe und damit auch einen gesünderen Stoffwechsel“, fügt Karampinos hinzu. Weiterhin entwickelte die Gruppe neue MRT-Methoden zur nicht-invasiven Größenmessung menschlicher Lipidtröpfchen, aus der sich die Größe weißer Fettzellen ableiten lässt. Die Messwerte wurden dann an Proben mikroskopisch validiert. Auch der Fettgehalt im Knochenmark und die dünnen kortikalen Knochen der Wirbelsäule, in der es häufig zu Wirbelkörperfrakturen kommt, wurde mittels MRT beurteilt. „Erstmals wandten wir in Humanstudien strahlungsfreie CT-ähnliche MRT-Bildgebung an, um gleichzeitig Veränderungen am Knochenmark und am kortikalen Knochengewebe zu messen“, sagt Karampinos. Demonstriert wurden dabei alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede des Fettgehalts in Knochen und Knochenmark, was darauf hindeutet, dass Fettzellen komplexen pathophysiologischen Einflüssen unterliegen. Die Ergebnisse wurden dann mittels Computertomographie validiert.

Klinische Entwicklung

Die von ProFatMRI entwickelten Verfahren unterstützen direkt die EU-Leitlinien zur Prävention von Fettleibigkeit und Osteoporose, die im Wissensportal der Europäischen Kommission für Gesundheitsförderung und Krankheitsprävention dargelegt sind. Das Projekt FatVirtualBiopsy erarbeitet derzeit eine Machbarkeitsstudie, die Messungen der Lipidtröpfchengröße als nicht-invasive Methode zur Bestimmung der Größe menschlicher Fettzellen in vivo postuliert. Die bildgebenden Verfahren für Knochen und Knochenmark eignen sich zudem für klinische Untersuchungen der Wirbelsäule, insbesondere zur Beurteilung des Frakturgeschehens bei Personen mit degenerativen Wirbelsäulenveränderungen und Knochenmetastasen.

Schlüsselbegriffe

ProFatMRI, Magnetresonanztomographie, MRT, Fett, metabolisches Syndrom, Osteoporose, Diabetes, Krankheit, Zelle, Knochenmineraldichte, Fraktur, Gewebe

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