Berandasehat.id – Obesitas memengaruhi lebih dari sekadar metabolisme dan penyimpanan lemak. Kegemukan mampu mengubah aktivitas imun, struktur saraf, dan organisasi jaringan di berbagai sistem organ, meningkatkan risiko penyakit termasuk diabetes tipe 2, penyakit kardiovaskular, stroke, neuropati, dan kanker.

Namun terlepas dari efek sistemik ini, para peneliti masih kekurangan alat yang mampu mempelajari perubahan terkait penyakit di seluruh tubuh pada organisme utuh dan dengan resolusi tinggi.

Guna mengungkap misteri ini, sebuah tim yang dipimpin oleh Prof. Ali Ertürk, Direktur Institut Kecerdasan Biologis (iBIO) di Helmholtz Munich dan Profesor di LMU, mengembangkan MouseMapper, serangkaian algoritma pembelajaran mendalam berbasis model dasar yang dirancang untuk menganalisis data pencitraan biologis seluruh tubuh.

Kerangka kerja ini secara otomatis melakukan segmentasi 31 organ dan jenis jaringan sambil memetakan saraf dan sel imun secara kuantitatif di seluruh tubuh, memungkinkan analisis multi-sistem yang komprehensif pada tikus utuh.

“MouseMapper dibangun di atas model dasar, yang berarti ia mampu melakukan generalisasi jauh melampaui data yang awalnya digunakan untuk pelatihannya,” kata Ying Chen, salah satu penulis pertama studi yang diterbitkan di Nature.

Mengamati tubuh tikus transparan

Untuk membuat peta seluruh tubuh, para peneliti memberi label saraf dan sel imun pada tikus dengan penanda fluoresen yang terlihat di bawah mikroskop.

Kemudian mereka menggunakan teknik pembersihan jaringan untuk membuat hewan tersebut transparan sambil mempertahankan sinyal fluoresen, memungkinkan pencitraan jauh di dalam tubuh yang utuh.

Menggunakan mikroskop lembaran cahaya khusus, tim tersebut menangkap gambar tiga dimensi terperinci dari seluruh tikus, menghasilkan kumpulan data yang berisi puluhan juta struktur seluler di seluruh organ dan jaringan.

MouseMapper kemudian menganalisis data ini secara otomatis, mengidentifikasi saraf, gugus sel imun, dan wilayah anatomi di seluruh tubuh.

Hal ini memungkinkan para peneliti untuk menentukan secara tepat di mana peradangan dan kerusakan struktural terjadi di berbagai jaringan—termasuk lemak, otot, hati, dan saraf perifer—tanpa mengharuskan peneliti untuk memilih terlebih dahulu wilayah minat tertentu.

Wawasan baru tentang obesitas, dari tikus hingga manusia

Untuk menyelidiki bagaimana obesitas membentuk kembali tubuh, para peneliti memberi makan tikus dengan diet tinggi lemak yang menyebabkan obesitas dan disfungsi metabolik yang mirip dengan yang diamati pada manusia.

Penerapan MouseMapper mengungkap perubahan luas dalam organisasi sel imun dan arsitektur saraf di seluruh tubuh.

Salah satu temuan yang paling mencolok adalah perubahan struktural pada bagian saraf trigeminal, saraf wajah utama yang bertanggung jawab atas sensasi wajah dan fungsi motorik.

Pada tikus obesitas, saraf sensorik ini memiliki ujung dan cabang yang jauh lebih sedikit, menunjukkan hilangnya fungsi saraf normal. Eksperimen perilaku lebih lanjut menunjukkan bahwa hewan-hewan tersebut kurang merespons rangsangan sensorik daripada tikus kurus, menghubungkan kerusakan struktural dengan gangguan fungsi sensorik.

Para peneliti selanjutnya memeriksa ganglion trigeminal, struktur yang mengandung badan sel neuron sensorik wajah. Menggunakan proteomik spasial, mereka mengidentifikasi perubahan molekuler yang terkait dengan remodeling saraf dan peradangan.

Hebatnya, banyak tanda molekuler yang sama juga terdeteksi pada jaringan trigeminal dari orang-orang dengan obesitas, menunjukkan bahwa perubahan saraf terkait obesitas yang diamati pada tikus juga terjadi pada manusia.

Tim peneliti mengungkap perubahan struktural dan molekuler yang sebelumnya tidak diketahui pada ganglion trigeminal dan cabang-cabang fasialnya, dan tanda molekuler yang sama dipertahankan dalam jaringan manusia.

“Temuan semacam ini tidak mungkin muncul hanya dengan mempelajari satu organ pada satu waktu,” kata Dr. Doris Kaltenecker, ilmuwan senior di Institut Diabetes dan Kanker (IDC) di Helmholtz Munich dan penulis pertama studi.

Selain obesitas, para peneliti percaya MouseMapper dapat mengubah studi penyakit kompleks yang memengaruhi banyak sistem organ secara bersamaan, termasuk diabetes, kanker, neurodegenerasi, dan gangguan autoimun.

Tidak seperti metode sebelumnya yang berfokus pada organ atau jaringan tertentu, MouseMapper menyediakan platform analisis seluruh tubuh terintegrasi yang mampu mengidentifikasi ‘titik panas’ penyakit di seluruh organisme.

Tim telah menyediakan dataset seluruh tubuh secara publik daring, memungkinkan para ilmuwan di seluruh dunia untuk mengeksplorasi perubahan terkait obesitas di seluruh jaringan dan sistem organ, dikutip dari MedicalXpress. (BS)