Ученые научились определять по крови старение каждого органа тела. Результаты ошеломляют

Они показывают, что человеческие органы стареют по-разному. Некоторые из этих закономерностей можно обнаружить по анализу крови.

Легкие, почки, поджелудочная железа, мозг и другие органы могут стареть по разным графикам, и искусственный интеллект теперь может обнаруживать некоторые из этих различий в микроскопической структуре человеческих тканей.

Исследователи из Научно-исследовательского центра молекулярной медицины CeMM Австрийской академии наук и Института сетевой медицины имени Людвига Больцмана (LBI-NetMed) Венского университета разработали основанные на искусственном интеллекте «тканевые часы», которые оценивают биологический возраст отдельных органов по гистологическим изображениям.

Изучив более 25 000 изображений, охватывающих 40 типов тканей, исследователи обнаружили, что органы стареют неравномерно и некоторые из этих закономерностей старения можно также определить по крови. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Medicine и могут внести вклад в мониторинг заболеваний и более раннюю диагностику, пишет портал scitechdaily.

Для проведения исследования главный исследователь CeMM и LBI-NetMed Андре Рендейро и соавторы Эрнесто Абила, Ива Бульян и Иминь Чжэн объединили искусственный интеллект с одной из крупнейших в мире коллекций изображений человеческих тканей. Более ранние подходы к изучению биологического старения часто фокусировались на молекулярных изменениях, таких как метилирование ДНК или экспрессия генов. В этом исследовании, напротив, был поставлен вопрос, содержит ли физическая архитектура тканей собственную историю старения.

Были собраны образцы от 983 человек из 40 типов тканей, включая мозг, сердце, легкие, поджелудочную железу, кожу и кишечник. Эти образцы были преобразованы в цифровые изображения высокого разрешения срезов тканей, демонстрирующие микроскопическую организацию каждого органа. Возраст оказался наиболее сильным фактором, влияющим на внешний вид тканей всех 40 типов. Эти закономерности позволили построить «тканевые часы», способные оценивать биологический возраст отдельно для каждого органа.

В целом по тканям средняя погрешность прогнозирования, полученная с помощью этих биологических часов, составила 4,9 года. Они превзошли существующие оценки старения на основе ДНК в плане выявления патологий, специфичных для отдельных тканей.

Наши ткани хранят удивительно подробную информацию о процессе старения, — говорит Андре Рендейро, главный исследователь в CeMM и ведущий автор исследования. – Сочетая гистологические изображения с искусственным интеллектом, мы можем выявлять закономерности биологического старения, невидимые человеческому глазу, и начинать понимать, как старение протекает по-разному в разных частях тела.

Результаты показали, что старение протекает по-разному в зависимости от ткани. В легких, почках, поджелудочной железе и надпочечниках признаки ускоренного старения проявлялись уже в возрасте от 20 до 40 лет, в то время как в других тканях наблюдались более сложные закономерности с более поздними пиками. В матке особенно выраженные изменения наблюдались в период менопаузы.

Исследователи обнаружили связь между старением отдельных тканей и заболеваниями. Например, почечная недостаточность была связана с ускоренными процессами старения в нескольких тканях, а диабет показал особенно сильное воздействие на поджелудочную железу.

Исследователи задались вопросом, можно ли обнаружить эти специфические для органов закономерности старения в крови. Они сопоставили профили экспрессии генов в крови с разницей в возрасте тканей, измеренной гистологически у тех же людей, и использовали объединенную информацию для построения предикторов биологического возраста тканей на основе данных только крови.

Это концептуальный прорыв: использование языка старения тканей, полученного из изображений, и перевод его в понятный формат обычного анализа крови, — объясняет соавтор Ива Бульян.

Факторы, основанные на анализе крови, выявили закономерности старения, связанные с болезнью Альцгеймера, болезнью Крона, муковисцидозом, васкулитом, диабетом и инсультом. У людей с болезнью Альцгеймера наиболее выраженный сигнал старения наблюдался в головном мозге, в то время как болезнь Крона была связана с ускоренным старением всего желудочно-кишечного тракта.

Изучение процессов старения тканей может помочь в разработке будущих диагностических методов.

Подобные подходы могут способствовать разработке малоинвазивных тестов, позволяющих отслеживать состояние органов и прогрессирование заболеваний с помощью анализа крови.

В работе также показано, как искусственный интеллект может связывать патологию, экспрессию генов и клиническую информацию в больших масштабах.