Cercetători din Barcelona au creat ChromAgeNet, un instrument de inteligență artificială capabil să identifice semnele îmbătrânirii în celulele stem din sânge. Algoritmul analizează felul în care ADN-ul este organizat în nucleul celular și ar putea fi folosit, în viitor, pentru testarea unor tratamente destinate celulelor îmbătrânite.
Pe măsură ce înaintezi în vârstă, celulele stem hematopoietice își pot pierde capacitatea de a produce celule sanguine noi și sănătoase. Procesul poate afecta inclusiv sistemul imunitar, care devine mai puțin eficient în apărarea organismului împotriva infecțiilor.
Cum identifică algoritmul celulele îmbătrânite
ChromAgeNet examinează imagini tridimensionale ale cromatinei, structura alcătuită din ADN și proteinele care îl organizează în nucleu. Studiul a comparat celule stem provenite de la șoareci tineri cu celule recoltate de la șoareci vârstnici.
Cercetarea, publicată în revista Aging Cell, a fost coordonată de Maria Carolina Florian, de la Institutul de Cercetare Biomedicală Bellvitge (IDIBELL), împreună cu Paula Petrone, cercetătoare la Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) și ISGlobal. Rezultatele arată că dispunerea cromatinei păstrează o semnătură vizibilă a vârstei celulei.
În celulele stem tinere, cromatina este mai densă și se află bine fixată spre marginea nucleului. Odată cu îmbătrânirea, această organizare se degradează, iar materialul genetic devine mai răspândit în interiorul nucleului.
Pentru instruirea modelului au fost utilizate rețele neuronale convoluționale și imagini 3D obținute prin colorarea DAPI, o metodă standard și accesibilă în laboratoare. ChromAgeNet a încadrat corect aproximativ 68% dintre celule în categoria tânără sau vârstnică.
Instrumentul folosește și inteligență artificială explicabilă, astfel încât cercetătorii pot vedea ce caracteristici vizuale au stat la baza deciziei algoritmului. Acest aspect îi ajută să urmărească mai clar legătura dintre arhitectura nucleului și procesul de îmbătrânire.
Testarea unor substanțe epigenetice
Echipa din Spania a verificat apoi dacă modelul poate detecta modificări produse de compuși epigenetici asupra celulelor stem îmbătrânite. Unele molecule au schimbat structura cromatinei, iar aceasta a ajuns să semene mai mult cu modelul observat în celulele tinere.
Maria Carolina Florian a explicat că ChromAgeNet reprezintă, deocamdată, o demonstrație de concept realizată pe celule stem hematopoietice de șoarece. Cercetătorii încearcă să adapteze și să îmbunătățească instrumentul pentru celule stem umane, cu obiectivul de a evalua medicamente care pot influența arhitectura nucleului și pot susține funcționarea celulelor îmbătrânite.
Scopul pe termen lung este ca algoritmul să permită testarea mai rapidă a unor medicamente capabile să refacă parțial funcțiile celulelor stem sanguine. O astfel de abordare ar putea viza nu doar prelungirea vieții, ci și menținerea unei perioade mai lungi de viață sănătoasă, inclusiv prin susținerea sistemului imunitar.
De ce sunt necesare precauții
Paula Petrone avertizează însă că rezultatele nu pot fi transformate imediat într-un tratament pentru oameni. Tehnologia trebuie optimizată, verificată în studii suplimentare și validată clinic, proces care poate dura mai mulți ani.
Codul sursă al ChromAgeNet și baza de date cu imagini 3D au fost publicate în regim open-source. Astfel, alte laboratoare pot verifica rezultatele, pot studia metoda și îi pot testa utilizarea în cercetarea privind îmbătrânirea, celulele stem și descoperirea de medicamente.