ساعتهای زیستی هوش مصنوعی چگونه پیری اندامها را شناسایی میکنند؟
پژوهشگران در یک مطالعه جدید نشان دادهاند که میتوان با استفاده از مدلهای یادگیری عمیق، سن زیستی اندامهای مختلف بدن را از طریق نمونه خون برآورد کرد؛ رویکردی که در صورت تأیید در مطالعات بزرگتر میتواند در آینده به تشخیص زودهنگام بیماریها و ارزیابی خطر ابتلا به آنها کمک کند.
به گزارش سیناپرس،در مرحله اعتبارسنجی خارجی، «ساعتهای زیستی» توسعهیافته با دادههای پروژه GTEx توانستند ارتباط قابلتوجهی میان سن پیشبینیشده و سن تقویمی بافتها نشان دهند. این ارتباط در ریه قویتر بود (ضریب همبستگی پیرسون ۰٫۷۶) و در مغز و پوست بهترتیب ۰٫۵۶ و ۰٫۴۶ به دست آمد. در گروه مورد بررسی از بافت ریه نیز، برآوردهای این مدل با ساعتهای زیستی مبتنی بر متیلاسیون DNA همخوانی متوسطی داشتند؛ بهطوری که ضریب همبستگی در محدوده ۰٫۳۰ تا ۰٫۴۷ قرار گرفت.
نشانههای پیری اندامها در خون
در تحلیلهای جداگانه مربوط به GTEx مشخص شد که پیشبینیهای مبتنی بر خون، بهویژه برای برآورد اختلاف سن سیستمیک، سن دستگاه گوارش و سن طحال عملکرد مطلوبی دارند.پژوهشگران همچنین دریافتند هرچه فاصله میان سن زیستی پیشبینیشده و سن واقعی بیشتر باشد، طول تلومرهای بافتی معمولاً کمتر است.
این فاصله سنی همچنین با افزایش برخی آسیبشناسیهای بافتی همراه بود؛ یافتهای که نشان میدهد اختلاف میان سن زیستی و سن تقویمی ممکن است بازتابی از تغییرات واقعی در ساختار و عملکرد بافتها باشد.
ارتباط با بیماریهاتحلیل دادههای ARCHS4 نیز تفاوتهای معناداری را در «فاصله سنی بافت» بهدستآمده از خون میان افراد مبتلا به بیماری و افراد سالم نشان داد.برای نمونه، در نمونههای خون افراد مبتلا به سکته مغزی، افزایش در فاصله سنی پیشبینیشده مغز مشاهده شد. همچنین در افراد مبتلا به فیبروز کیستیک، فاصله سنی پیشبینیشده کلیه افزایش یافته بود.
در چند مورد، ارزش اخباری مثبت (PPV) استفاده از این فاصلههای سنی مبتنی بر خون برای طبقهبندی بیماری، پس از تعیین آستانه، از ۰٫۳ فراتر رفت. به گفته پژوهشگران، این یافته میتواند نشاندهنده ظرفیت بالقوه این روش برای غربالگری در سطح جمعیت باشد؛ هرچند برای استفاده بالینی هنوز به شواهد بیشتری نیاز است.
تغییر بیان ژنها با افزایش سن زیستی
این مطالعه همچنین نشان داد که تغییرات مرتبط با افزایش سن تنها به ساختار بافتها محدود نمیشود و با تغییر در فعالیت تعدادی از ژنها نیز همراه است.نکته قابلتوجه این بود که حتی برخی ژنهایی که معمولاً در بافت آسیبدیده بیان نمیشوند نیز دچار تغییر شدند.
برای مثال، میزان بیان ژن EYA4 در بافت چربی افرادی که سن زیستی بالاتری داشتند افزایش یافته بود؛ در حالی که این ژن معمولاً در زبان، عضلات و مغز بیان میشود.نشانههایی از التهاب و مرگ سلولیدر یک تحلیل اکتشافی از عوامل بالینی در دادههای GTEx، فاصله سنی بیشتر در مخچه با تشنجهای بدون علت مشخص ارتباط داشت.
همچنین پیری سریعتر بافت پروستات با فشار خون بالا در مردان همراه بود. با این حال، پژوهشگران تأکید کردهاند که برای این ارتباطها آزمون آماری رسمی انجام نشده است و بنابراین نباید آنها را بهعنوان روابط قطعی تلقی کرد.
نمونههایی که فاصله سنی بیشتری داشتند، همچنین افزایش فعالیت مسیرهای مولکولی مرتبط با التهاب و آپوپتوز (مرگ برنامهریزیشده سلولی) را نشان دادند. در مقابل، مسیرهای متابولیکی از جمله تشکیل سلولهای چربی (adipogenesis) و فسفریلاسیون اکسیداتیو در این نمونهها کاهش فعالیت داشتند.
گامی به سوی آزمایش خون برای سنجش سن زیستی اندامها؟مجموع این یافتهها نشان میدهد که پیری زیستی میتواند با تغییرات مولکولی و ساختاری مشخص در سطح اندامها همراه باشد و بخشی از این تغییرات ممکن است از طریق خون قابل شناسایی باشد.
اگر نتایج در مطالعات آینده با گروههای بزرگتر و بهصورت آیندهنگر تأیید شوند و دادههای ژنتیکی و اطلاعات طولی نیز در آنها لحاظ شود، این احتمال وجود دارد که پزشکان در آینده بتوانند سن زیستی اختصاصی اندامهایی مانند مغز، ریه یا کلیه را با استفاده از یک آزمایش خون نسبتاً کمتهاجمی برآورد کنند.
با این حال، پژوهشگران بر یک محدودیت مهم تأکید دارند: دادههای مورد استفاده عمدتاً از یک طراحی مقطعی و پس از مرگ به دست آمدهاند؛ بنابراین نمیتوان از آنها رابطه علت و معلولی میان پیری بافتی و بیماری را نتیجه گرفت. افزون بر این، فاصلههای سنی بهدستآمده از خون در مجموعههای خارجی، مستقیماً در برابر یافتههای بافتشناسی همان بافتها کالیبره نشدهاند.
به همین دلیل، هنوز مشخص نیست که آیا این امضاهای زیستی ابتدا ظاهر میشوند و سپس به بروز بیماری منجر میشوند، یا اینکه خود بیماری باعث ایجاد آنها میشود.
مطالعات طولی و آیندهنگر در مقیاس بزرگ برای پاسخ به همین پرسش ضروری هستند؛ مطالعاتی که بتوانند مشخص کنند آیا این نشانگرهای قابلاندازهگیری در خون، پیش از شروع بیماری ظاهر میشوند و آیا میتوان از آنها برای تشخیص زودهنگام یا پیشبینی خطر بیماری در آینده استفاده کرد.
مترجم:امیرحسین فتایی
