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Braunes Fett wird durchschaubar

Metabolische Aktivität von Braunem Fettgewebe mit neuer Methode einfacher zu überprüfen

Seit Braunes Fettgewebe bei Erwachsenen nachgewiesen wurde, steht es im Fokus der Präventionsforschung. Jedoch fehlte eine Methode, seine Wärmebildung nicht-invasiv zu messen. Einem Team der Technischen Universität (TUM) und des Helmholtz Zentrums München ist es nun gelungen, die Aktivität des Braunen Fettgewebes ohne Injektion von Substanzen sichtbar zu machen.

Braunes Fettgewebe agiert in Kälte wie ein Heizorgan, dessen Aktivität günstig für den Energiehaushalt ist. Mit zunehmendem Alter nimmt beim Menschen diese Stoffwechselaktivität des Braunen Fettes ab. Daneben ist es bei Diabetikern oder Adipösen weniger aktiv. Deshalb forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an den Faktoren, die das Braune Fett aktiv halten. Da es die Fähigkeit besitzt, Energie aus Kohlenhydraten und Fett zu verbrennen, ist es für Therapien gegen Adipositas oder Diabetes von großem Interesse.

Beim Messen der Aktivität des Braunen Fettes mit der herkömmlichen Methode werden radioaktive Substanzen, so genannte Tracer injiziert, die am Stoffwechsel teilnehmen und so den Gewebeumsatz beobachtbar werden lassen. Ein Team von Helmholtz und TUM hat jedoch eine neue, nicht-invasive Methode entwickelt, mit der auch erste Messungen am Menschen erfolgreich waren.

Lasermethode geht unter die Haut

Das Team weist eine Beziehung zwischen der lokalen metabolischen Aktivität des Gewebes und den Veränderungen der Sauerstoffsättigung des roten Blutfarbstoffes (Hämoglobin) nach, gemessen durch Multispektrale Opto-Akustische Tomographie (MSOT). Professor Vasilis Ntziachristos, Leiter des Lehrstuhls für Biologische Bildgebung der TUM und des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung am Helmholtz Zentrum München, hat MSOT bahnbrechend weiterentwickelt und erklärt die Methode so: „Ein Laserstrahl sendet Lichtimpulse etwa zwei bis drei Zentimeter tief ins Gewebe. Dieses Licht wird von Geweben absorbiert, die Hämoglobin enthalten, wodurch sie sich minimal erwärmen und vorübergehend ausdehnen. Diese Ausdehnung erzeugt Schallwellen, die gemessen werden können.“

Die Studie belegt nun einen direkten Zusammenhang zwischen der metabolischen Aktivierung des Braunen Fettgewebes, gemessen mit Hämoglobin-Gradienten als intrinsischen Biomarkern des Gewebestoffwechsels und am Kalorienverbrauch der Maus nach pharmakologischer Stimulation.

Marker des aktiven Braunen Fettes: Durchblutung und Sauerstoff

„Der erhöhte Stoffwechsel des Braunen Fettgewebes wird durch eine gesteigerte Blutzirkulation und Sauerstoffverwertung gedeckt, die im Gewebe ebenso wie in dem venösen Abfluss durch MSOT sichtbar wird (Video)“, erklärt Professor Martin Klingenspor vom Lehrstuhl für Molekulare Ernährungsmedizin am Else Kröner-Fresenius-Zentrum der TUM. Er ist einer der Hauptautoren der Studie, die in „Cell Metabolism“ veröffentlicht wurde. „Das bedeutet: Durchblutung und Veränderung der Sauerstoffsättigung im Blut sind Marker für die Stoffwechselaktivität des Braunen Fettes.“

Somit könne „die neue Methode zu einem Schlüsselinstrument beim Messen von Stoffwechsel-parametern im Gewebe werden“, sagt Prof. Ntziachristos – „es kann das Verständnis von Stoffwechselvorgängen nicht nur bei Patienten, sondern auch bei gesunden Menschen revolutionieren“. Denn MSOT ermögliche es, eine erhöhte Anzahl von Gewebsparametern zu untersuchen, die über den Stoffwechsel hinausgehen wie etwa Entzündungen oder das Wachstum von Blutgefäßen (Angiogenese).
Die Kombination aus sicherer nichtionisierender Strahlung und einem tragbaren Gerät wird ihren Einsatz in ambulanten Bereichen fördern. Ein nächster Schritt wird sein, die Genauigkeit der Technologie zu überprüfen anhand von Medikamenten und deren Wirkweise auf den aktiven Fettanteil des Körpers.

Publikation:

Josefine Reber, Monja Willershauser, Angelos Karlas, Korbinian Paul-Yuan, Gael Diot, Daniela Franz, Tobias Fromme, Saak V. Ovsepian, Nicolas Beziere, Elena Dubikovskaya, Dimitrios C. Karampinos, Christina Holzapfel, Hans Hauner, Martin Klingenspor and Vasilis Ntziachristos: Non-invasive Measurement of Brown Fat Metabolism Based on Optoacoustic Imaging of Hemoglobin Gradients, Cell Metabolism 03/2018.
doi.org/10.1016/j.cmet.2018.02.002