3D-IMAT: „KI-gestützte Modellierung, Biofabrikation und Anwendung von humanen 3D-Modellen des intermuskulären Fettgewebes"

01/07/2025 to 01/07/2028

Das Fettgewebe zwischen den Skelettmuskelfasern wird intermuskuläres Fettgewebe genannt und ist negativ mit diversen Krankheitsbildern assoziiert. Dazu zählen Volkskrankheiten wie Adipositas und Diabetes, muskuläre Dystrophien oder alterungsbedingte Sarkopenie. Bislang ist nicht erforscht, ob das intermuskuläre Fettgewebe ein möglicher Auslöser dieser Krankheiten ist oder eine sekundäre Erkrankung. Alle diese Erkrankungen zeichnen sich durch ihre zunehmende Prävalenz aus, die altersbedingte Sarkopenie betrifft laut der Weltgesundheitsorganisation im Jahr 2050 mehr als 2 Milliarden Menschen weltweit. Der Verlust von Muskelmasse führt zu eingeschränkter Mobilität und körperlicher Leistungsfähigkeit, ist ein Risikofaktor für Diabetes und sturzbedingte Verletzungen, was die Lebensqualität stark einschränkt. Zugleich wird das Gesundheitssystem mit hohen Behandlungskosten belastet. Die Zunahme der Erkrankungen mit vermehrtem intermuskulärem Fettgewebe zeigt die Notwendigkeit zur Erforschung dieses Gewebes und möglichen Behandlungsansätzen. Die meisten Erkenntnisse beruhen auf in vivo Bildgebungsverfahren zur quantitativen Erfassung dieses Fettgewebes und Assoziationen mit klinischen Parametern. Direkte Untersuchungen der biologischen Funktion dieses Fettgewebes sind kaum vorhanden, da entsprechende Biopsien im Menschen aufgrund der Lokalisierung sehr herausfordernd sind. Die Entwicklung von experimentellen intermuskulären Fettgewebe-Modellen soll hier eine wichtige Forschungslücke schließen. Im Forschungsvorhaben 3D-IMAT werden in-vitro 3D intermuskuläre Fettgewebemodelle entwickelt, die zukünftig als patientenindividuelle Testsysteme zur Erforschung der Rolle von intermuskulärem Fettgewebe bei Krankheitsbildern wie Adipositas, Diabetes und degenerativen Muskelerkrankungen dienen sollen. Der Aufbau dieser komplexen 3D-Gewebemodelle ist mit automatisierten sowie durch künstliche Intelligenz gestützten Biofabrikationstechniken zu realisieren. Geplant ist die Fertigung eines bei Biofabrikation undifferenzierten Gewebemodells bestehend aus Vorläuferzellen mit extrusionsbasierten Biodruck sowie eines von Beginn an differenzierten Gewebemodells durch Bioassemblierung von Fettsphäroiden um Muskelfasern. Nach der funktionellen Charakterisierung und Validierung soll durch die Behandlung mit Muskelwachstum, Muskelschwund und Fibrose auslösenden Faktoren untersucht werden, wie das intermuskuläre Fettgewebe diese physiologischen und pathologischen Prozesse im Muskel beeinflusst.