Τα «ρολόγια ιστών» τεχνητής νοημοσύνης εκτιμούν τη βιολογική ηλικία των οργάνων

Ερευνητές δημιούργησαν συστήματα τεχνητής νοημοσύνης που μπορούν να εκτιμήσουν τη βιολογική ηλικία μεμονωμένων ανθρώπινων οργάνων διαβάζοντας μικροσκοπικά πρότυπα αόρατα στο γυμνό μάτι, προσφέροντας έναν νέο τρόπο παρακολούθησης της γήρανσης και των ασθενειών που ενδεχομένως στο μέλλον να απαιτεί μόνο μια απλή αιμοληψία.

Η αρχιτεκτονική των ιστών ως αρχείο του χρόνου

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Medicine στις 14 Αυγούστου υπό την καθοδήγηση του κύριου ερευνητή του CeMM Research Center for Molecular Medicine, André Rendeiro, ανέλυσε 25.712 ιστολογικές εικόνες από 983 άτομα σε 40 τύπους ιστών από το πρόγραμμα Genotype-Tissue Expression Project. Χρησιμοποιώντας μοντέλα βαθιάς μάθησης για την επεξεργασία περίπου 480 εκατομμυρίων πλακιδίων εικόνας, η ομάδα ανέπτυξε «ρολόγια ιστών» ανά όργανο που προβλέπουν τη βιολογική ηλικία με μέσο σφάλμα 4,9 ετών.news-medical+2

Η ηλικία αποδείχθηκε ο σημαντικότερος παράγοντας που διαμορφώνει την εμφάνιση των ιστών και στους 40 τύπους, παρόλο που η τεχνητή νοημοσύνη δεν είχε διδαχθεί ρητά να την αναζητά. Τα ρολόγια ξεπέρασαν τις υπάρχουσες εκτιμήσεις γήρανσης βάσει DNA στην καταγραφή παθολογιών ανά ιστό και συνδέθηκαν με τη βράχυνση των τελομερών, τις ιστοπαθολογικές ανωμαλίες και το φορτίο χρόνιων ασθενειών.bioengineer+1

Τα όργανα γερνούν με διαφορετικούς ρυθμούς

Τα ευρήματα αμφισβητούν την ιδέα ότι η γήρανση εξελίσσεται ομοιόμορφα. Ο πνεύμονας, το νεφρό, το πάγκρεας και τα επινεφρίδια έδειξαν σημάδια επιταχυνόμενης δομικής αλλαγής μεταξύ 20 και 40 ετών, ενώ η μήτρα εμφάνισε μια έντονη μεταβολή γύρω στην εμμηνόπαυση. Η νεφρική ανεπάρκεια συσχετίστηκε με σήματα επιταχυνόμενης γήρανσης σε πολλούς ιστούς, ενώ ο διαβήτης έδειξε έντονα αποτελέσματα στο πάγκρεας.news-medical+1

«Αυτό που ξεχωρίζει είναι το πόσο διαφορετικά γερνάει κάθε όργανο και πώς αυτό αποτυπώνεται στην αρχιτεκτονική των ιστών», δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας Ernesto Abila. «Η βαθιά μάθηση μας επιτρέπει να διαβάζουμε αυτά τα χωρικά πρότυπα, καταγράφοντας τη γήρανση ως αρχιτεκτονική αναδιαμόρφωση και όχι απλώς ως μοριακή μετατόπιση».news-medical

Συνδέοντας τα προφίλ γονιδιακής έκφρασης του αίματος με τα ιστολογικά προκύπτοντα κενά ηλικίας ιστών, οι ερευνητές δημιούργησαν προγνωστικά μοντέλα που θα μπορούσαν να εκτιμήσουν τη βιολογική ηλικία ανά όργανο μόνο από δείγματα αίματος. Αυτά τα μοντέλα που βασίζονται στο αίμα εντόπισαν πρότυπα γήρανσης που σχετίζονται με τη νόσο Αλτσχάιμερ, τη νόσο του Crohn, τον διαβήτη και το εγκεφαλικό επεισόδιο, με το ισχυρότερο σήμα για το Αλτσχάιμερ να συγκεντρώνεται στον εγκέφαλο.bioengineer+1

Συμπληρωματική εργασία εξηγεί γιατί τα ρολόγια γήρανσης διαφέρουν

Σε ξεχωριστή μελέτη που δημοσιεύθηκε στο npj Aging, ερευνητές με επικεφαλής την T. Em Arpawong από τη Σχολή Γεροντολογίας USC Leonard Davis εξέτασαν γιατί πέντε ευρέως χρησιμοποιούμενα επιγενετικά ρολόγια (Horvath, Hannum, PhenoAge, GrimAge και DunedinPACE) παράγουν διαφορετικές εκτιμήσεις βιολογικής ηλικίας. Αναλύοντας δείγματα αίματος από 3.227 συμμετέχοντες, διαπίστωσαν ότι κάθε ρολόι παρακολουθεί διακριτές βιολογικές διαδικασίες, από τη μεταβολική συντήρηση έως την ανοσολογική επιτήρηση, χωρίς σχεδόν καμία επικάλυψη γονιδίων μεταξύ τους.medicalxpress+1

Η ομάδα ανέπτυξε νέα σκορ βασισμένα στη γονιδιακή έκφραση, τα Transcriptomic Aging Gene Scores, τα οποία σε αρκετές περιπτώσεις προέβλεψαν αποτελέσματα υγείας, συμπεριλαμβανομένου του διαβήτη, των καρδιακών παθήσεων και της θνησιμότητας, ισχυρότερα από τα αρχικά ρολόγια.studyfinds+1

«Διαπιστώσαμε ότι διαφορετικά ρολόγια καταγράφουν διαφορετικές πτυχές της βιολογίας της γήρανσης», δήλωσε η Arpawong. Συνολικά, οι δύο μελέτες υπογραμμίζουν ότι η βιολογική γήρανση δεν είναι μια ενιαία διαδικασία, αλλά ένα δίκτυο μετασχηματισμών ανά όργανο, τους οποίους η επιστήμη τώρα μαθαίνει να διαβάζει.medicalxpress