Secretul tinereții celulare, ascuns în ADN. Ce au descoperit cercetătorii cu ajutorul Inteligenței Artificiale
Adaugă-ne ca sursă preferată în Google
Urmărește Libertatea in Google Discover
O nouă descoperire științifică ar putea schimba modul în care înțelegem îmbătrânirea. Cercetătorii din Barcelona au dezvoltat ChromAgeNet, un instrument de Inteligență Artificială care poate identifica semnele îmbătrânirii celulelor stem din sânge analizând modul în care ADN-ul este organizat în interiorul nucleului celular. Descoperirea deschide noi perspective pentru identificarea unor tratamente care ar putea ajuta celulele îmbătrânite să își recapete o parte din funcțiile pierdute. Specialiștii avertizează însă că suntem încă departe de aplicarea acestei tehnologii în medicina de zi cu zi, potrivit Euronews.
Cuprins:
O punte între supercomputere și biomedicină
Îmbătrânirea nu se vede doar pe piele sau în felul în care organismul își pierde treptat energia. Schimbări importante au loc și în interiorul celulelor, acolo unde se află ADN-ul, molecula care conține instrucțiunile necesare funcționării organismului.
Pe măsură ce înaintăm în vârstă, celulele stem din sânge își pot pierde treptat capacitatea de a produce celule sanguine noi și sănătoase. Acest proces afectează inclusiv funcționarea sistemului imunitar, care devine mai puțin eficient în lupta împotriva infecțiilor și în menținerea sănătății.
Acum, o echipă de cercetători din Barcelona a găsit o nouă modalitate de a studia aceste schimbări, cu ajutorul Inteligenței Artificiale.
Instrumentul, numit ChromAgeNet, analizează organizarea tridimensională a cromatinei, structura formată din ADN și proteinele care îl organizează în nucleul celulei. Prin examinarea unor imagini ale nucleelor celulare, algoritmul poate identifica diferențe între celulele stem provenite de la șoareci tineri și cele provenite de la șoareci în vârstă.
Studiul, publicat în revista de specialitate Aging Cell și condus de dr. Maria Carolina Florian de la Institutul de Cercetare Biomedicală Bellvitge (IDIBELL) alături de dr. Paula Petrone de la Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) și ISGlobal, demonstrează că organizarea spațială a cromatinei conține o „amprentă” clară care diferențiază celulele tinere de cele îmbătrânite.
Rezultatele ar putea contribui, în viitor, la identificarea unor medicamente capabile să îmbunătățească funcționarea celulelor stem îmbătrânite.
Cum ne arată ADN-ul că îmbătrânim
Pentru a antrena modelul de învățare profundă, cercetătorii au aplicat rețele neuronale convoluționale pe imagini 3D ale nucleelor celulelor stem provenite de la șoareci. Un aspect esențial al proiectului este utilizarea inteligenței artificiale explicabile (XAI).
Spre deosebire de modelele opace, ChromAgeNet le permite oamenilor de știință să înțeleagă exact pe ce criterii vizuale își bazează deciziile algoritmul.
Modelul a reușit să clasifice corect aproximativ 68% dintre celule ca fiind tinere sau bătrâne, folosind imagini obținute prin DAPI, o metodă de colorare celulară standard și extrem de accesibilă.
Analizele au arătat o diferență structurală majoră: în celulele stem tinere, cromatina este strâns compactată și ancorată la periferia nucleului, în timp ce în celulele bătrâne această arhitectură se destramă, iar cromatina apare dispersată.
Testarea medicamentelor epigenetice pentru reîntinerirea sistemului imunitar
Pentru a demonstra utilitatea practică a ChromAgeNet, echipa din Spania a analizat celule stem bătrâne expuse la diferiți compuși epigenetici.
Inteligența artificială a reușit să confirme că anumite molecule pot induce modificări în structura cromatinei, readucând-o la un tipar similar celui întâlnit în celulele tinere.
Coordonatoarea studiului, dr. Maria Carolina Florian, a explicat pentru Euronews: „În prezent, am dezvoltat un instrument care funcționează ca o demonstrație a conceptului în celulele stem hematopoietice murine. Lucrăm acum la optimizarea și adaptarea acestuia la celulele stem umane, cu speranța de a-l utiliza pentru a evalua noi medicamente care pot acționa asupra arhitecturii nucleare și pot fi utilizate pentru întinerirea celulelor stem îmbătrânite.”
Scopul final este utilizarea algoritmului pentru evaluarea rapidă a unor noi medicamente capabile să reîntinerească celulele stem sanguine și să sporească speranța de viață sănătoasă.
Dr. Paula Petrone îndeamnă la prudență, subliniind că, deși descoperirea deschide perspective fantastice pentru medicină, validarea clinică a acestor terapii pe oameni va necesita ani de cercetare continuă.
„Prelungirea speranței de viață nu este la fel de importantă ca prelungirea speranței de viață sănătoasă. Descoperirea de noi medicamente cu potențial de întinerire ar putea ajuta, de exemplu, la îmbunătățirea îmbătrânirii sistemului imunitar și, prin urmare, la susținerea unei îmbătrâniri mai sănătoase.”, a subliniat dr. Petrone.
„Trebuie să fim foarte atenți să nu supraestimăm rezultatele noastre. Aceste noi tehnologii necesită ani de zile pentru a fi dezvoltate, validate și, în cele din urmă, pentru a ajunge în clinică. Cercetarea noastră este doar o mică contribuție la studiul modului în care îmbătrânim și la căutarea unor strategii care pot sprijini îmbătrânirea sănătoasă.”, a mai spus cercetătoarea.
Codul sursă al instrumentului și baza de date cu imagini 3D au fost deja puse la dispoziția comunității științifice internaționale în regim open-source.
Accesul deschis le permite altor grupuri de cercetare să studieze metoda, să verifice rezultatele și să exploreze noi aplicații.
Acest lucru poate accelera dezvoltarea tehnologiei și poate facilita colaborarea între laboratoare care lucrează la mecanismele îmbătrânirii, biologia celulelor stem și descoperirea de medicamente.
ChromAgeNet oferă cercetătorilor un instrument nou pentru a înțelege cum se schimbă arhitectura ADN-ului odată cu vârsta și pentru a explora dacă unele dintre aceste modificări pot fi influențate în beneficiul sănătății.
