С напредването на възрастта способността на организма да се възстановява постепенно отслабва, което се отразява сериозно на производството на кръвни клетки. В тази надпревара с биологичния часовник анализът на промените в кръвните стволови клетки е от ключово значение за разработването на методи, които могат да забавят стареенето им и да възстановят първоначалните им функции.

Научен екип от Барселона разработва ChromAgeNet – инструмент с изкуствен интелект, който открива признаци на стареене в кръвните стволови клетки чрез анализ на триизмерната структура на тяхната ДНК.

Изследването, публикувано в научното списание Aging Cell и ръководено от Мария Каролина Флориан и Паула Петроне, показва, че организацията на хроматина съдържа информация, която позволява да се разграничат клетките на млади и възрастни мишки.

Нови изследвания оспорват дългогодишното убеждение, че мозъкът не може да произвежда нервни клетки в зряла възраст, и разкриват потенциални възможности за лечение на невродегенеративни заболявания

Може ли човешкият мозък да създава нови неврони? Учените търсят отговор на вековен въпрос

Връзката между биомедицината и суперкомпютърните технологии

За да обучат модела, учените използват конволюционни невронни мрежи, които анализират триизмерни изображения на ядрата на миши стволови клетки. ChromAgeNet прилага тези алгоритми, за да установи как се променя структурата на ДНК с възрастта. Изкуственият интелект позволява да бъдат открити фини структурни изменения, които остават незабележими за човешкото око.

Едно от основните предизвикателства при използването на невронни мрежи в биомедицината е, че невинаги е ясно въз основа на каква информация алгоритмите вземат решенията си. ChromAgeNet преодолява тази пречка, като използва система за обясним изкуствен интелект (XAI).

Инструментът успява да определи правилно дали дадена клетка произхожда от млада или възрастна мишка в средно около 68% от случаите. За целта се използват изображения, получени чрез DAPI – стандартно и евтино флуоресцентно багрило.

Друго важно предимство на ChromAgeNet е възможността изследователите да проследят кои характеристики на изображенията влияят върху прогнозите на алгоритъма. Анализите открояват изменения, свързани със стареенето, включително в периферните области на клетъчното ядро.

Резултатите разкриват, че в младите клетки хроматинът е плътно структуриран и организиран по краищата на ядрата, докато при по-старите тази организация постепенно се нарушава и той става по-разпръснат.

За да проверят потенциалното приложение на технологията, учените изследват как определени епигенетични лекарства променят организацията на хроматина. Установените изменения съответстват на модели, по-близки до тези в младите клетки.

Това демонстрира възможността инструментът да се използва за оценка на потенциални терапии, насочени към възстановяване на кръвотворната тъкан и укрепване на имунната система.

Програмният код и базата данни с изображения вече са достъпни за международната научна общност.

Claude е анализирал данните с помощта на около 950 AI агента и е стигнал до резултата за 21 часа, но Anthropic подчертава, че физическите експерименти все още се извършват изцяло от човешки учени

Биологичната лаборатория на Anthropic откри нова система за работа с ДНК с помощта на Claude

Сътрудничество с изследователи в областта на изкуствения интелект

По отношение на практическото приложение на разработката д-р Мария Каролина Флориан, ръководител на изследователски екип в Института за биомедицински изследвания „Белвитже“ (IDIBELL), обяснява пред Euronews:

„Към момента сме разработили инструмент, който демонстрира приложимостта на концепцията при кръвотворни стволови клетки на мишки. Сега работим по неговото усъвършенстване и адаптиране към човешки стволови клетки с надеждата да го използваме за оценка на нови лекарства, които могат да въздействат върху структурата на клетъчното ядро и да подмладяват остарелите стволови клетки.“

Флориан подчертава, че благодарение на експертния опит на д-р Паула Петроне от BSC и ISGlobal изследването е получило необходимата научна основа, за да се превърне в практически приложим инструмент.

„Планираме да продължим разработването му и да разширим приложението му върху човешки стволови клетки. Освен това кандидатстваме за допълнително финансиране от ЕС и се стремим да установим контакти с други учени в Европа, които проявяват интерес към практическото приложение на нашата работа“, допълва тя.

От своя страна Паула Петроне смята, че проучването „показва как алгоритъм за дълбоко обучение може да разграничава млади от остарели стволови клетки чрез анализ на изображения на клетъчни ядра, оцветени с евтино вещество, наречено DAPI“.

Обещаваща технология, която все още изисква предпазливост

Новият инструмент ChromAgeNet ще помогне за по-задълбоченото разбиране на основните молекулярни механизми, които стоят зад стареенето на кръвотворните стволови клетки. В бъдеще те биха могли да се превърнат в мишени за терапии, насочени към тяхното подмладяване.

„Надяваме се да задълбочим познанията си, да затвърдим получените резултати и да открием нови инструменти и лекарства, които да подобрят функционирането на остарелите кръвотворни стволови клетки“, обобщава Флориан.

Учените изследват как общата анестезия променя комуникацията между различните области на мозъка и какво разкрива това за границата между будността и безсъзнанието

Анестезията като ключ към загадката на човешкото съзнание

Паула Петроне също вижда потенциал за бъдещо приложение на технологията при разработването на нови терапии.

„В бъдеще този метод би могъл да се използва за проверка на нови лекарства с подмладяващ потенциал. Чрез третиране на остарели клетки с различни експериментални вещества изкуственият интелект би могъл да анализира изображенията и да установява кои от тях предизвикват промени, характерни за по-младите клетки“, посочва тя пред Euronews.

Според изследователката основната цел на подобни разработки не трябва да бъде просто удължаването на човешкия живот.

„Увеличаването на продължителността на живота не е толкова важно, колкото удължаването на годините, през които човек остава в добро здраве. Откриването на нови лекарства с подмладяващ потенциал би могло например да помогне за ограничаване на стареенето на имунната система и по този начин да допринесе за по-здравословно остаряване.“

Петроне обаче предупреждава, че резултатите не бива да се надценяват и че пътят от лабораторните експерименти до реалното медицинско приложение е дълъг.

„Трябва да бъдем много внимателни и да не преувеличаваме значението на нашите резултати. Разработването и валидирането на подобни нови технологии отнема години, преди те евентуално да достигнат до клиничната практика. Нашето изследване е само малък принос към разбирането на процесите на стареене и търсенето на стратегии, които могат да подпомогнат остаряването в добро здраве.“