Cell: разработана методика изучения старения глаз

Исследователи впервые разработали метод измерения старения глаз путем изучения белков в глазной жидкости. Используя искусственный интеллект, ученые создали «часы старения глаз» на основе 26 из почти 6000 белков, которые помогут спрогнозировать старение. Исследование опубликовано в научном журнале Cell.

Результаты исследования помогут разработать персонализированное лечение и помочь понять причины заболеваний. Ученые стремятся применить этот метод к другим жидкостям организма, улучшив разработку лекарственных средств при различных заболеваниях.

Изучение старения глаз

Используя разработанную учеными методику изучения глазной жидкости, исследователи из Стэнфордского медицинского университета (Stanford Medicine) разработали способ измерить старение глаз, открывая возможности для лечения многочисленных заболеваний глаз.

Ученые изучили почти 6000 белков в жидкости и обнаружили, что 26 из них можно использовать для прогнозирования старения. Используя искусственный интеллект, исследователи разработали «часы» для изучения старения глаз, показывающие, какие белки ускоряют старение при каждом заболевании, и выявляя новые потенциальные цели для лечения.

Винит Махаджан (Vinit Mahajan), профессор офтальмологии, является старшим автором исследования, а Джулиан Вольф (Julian Wolf), научный сотрудник лаборатории Махаджана, является ведущим автором статьи.

Махаджан с соавторами намерены применить метод к другим жидкостям организма, чтобы разработать более эффективные препараты для лечения различных заболеваний.

«Это одна из лучших когда-либо установленных связей, и она говорит о том, что болезнь вызывает ускоренное старение», — комментирует автор исследования.

Чтобы собрать как можно больше информации с помощью небольших возобновляемых образцов, Махаджан с соавторами разработали метод TEMPO, или отслеживание экспрессии белков множественного происхождения. Отслеживая белки до типа клетки, в которой находится РНК, создающая белки, TEMPO позволяет ученым понять клеточное происхождение белков, вызывающих заболевания, в надежде, что в конечном итоге они смогут воздействовать на клетки с помощью персонализированного медицинского лечения.

«Первым шагом в разработке любого вида успешной терапии является понимание молекул», — объясняет Махаджан. «На молекулярном уровне у пациентов наблюдаются разные проявления даже при одном и том же заболевании. С помощью молекулярного отпечатка пальца, который мы разработали, мы могли бы выбирать препараты, которые подойдут каждому пациенту».

Чтобы лучше понять, какие клеточные процессы способствуют различным заболеваниям глаз, команда ученых проанализировала жидкие биопсии, взятые между хрусталиком и роговицей — в то время как пациенты находились под местной анестезией во время операции.

Жидкость собирали у пациентов с тремя типами заболеваний глаз: диабетической ретинопатией, пигментным ретинитом и увеитом.

Используя глазную жидкость 46 здоровых пациентов, Махаджан с соавторами обучили алгоритм искусственного интеллекта, позволяющий предсказывать возраст пациента. Затем ученые снабдили алгоритм почти 6000 белками, присутствующими в жидкости, чтобы проверить, сможет ли подмножество этих белков предсказать возраст пациента.

Сравнивая жидкость глаза со здоровой жидкостью, ученые обнаружили, что у пациентов с заболеваниями глаз обнаруживались белки, указывающие на более высокий возраст: на 12 лет старше у пациентов с ранней стадией диабетической ретинопатии, на 31 год – у пациентов с поздней стадией диабетической ретинопатии, на 16 лет – у пациентов с пигментным ретинитом и 29 лет у пациентов с увеитом.

Ученые также обнаружили, что клетки, ответственные за повышение возраста, различаются в зависимости от заболевания: сосудистые клетки при поздней стадии диабетической ретинопатии, клетки сетчатки при пигментном ретините и иммунные клетки при увеите.

Исследователи также обнаружили, что некоторые клетки, на которые обычно направлено лечение, не являются теми, которые больше всего участвуют в заболевании, что побуждает к переоценке методов лечения. Например, лекарственные средства, применяемые при диабете обычно нацелены на клетки кровеносных сосудов, поскольку становятся негерметичными при заболевании, но ученые обнаружили, что большое увеличение количества белков от здоровых до поздней стадии диабетической ретинопатии происходит в макрофагах, иммунных клетках, которые удаляют мертвые клетки.

Исследователи обнаружили, что некоторые клетки демонстрировали ускоренное старение еще до появления симптомов. По словам Махаджана, раннее восстановление молекулярного пути может предотвратить повреждение заболевания до того, как оно станет непоправимым.

По словам Махаджана, воздействие как на стареющие, так и на патологичные клетки может сделать лечение более эффективным, поскольку, по-видимому, действуют отдельно, но одновременно, повреждая глаз.

Махаджан ожидает, что исследователи будут применять технику TEMPO и часы старения к другим органным жидкостям, таким как печеночная желчь и суставная жидкость.

Махаджан надеется, что, зная эти биомаркеры, исследователи проведут более успешные клинические испытания, поскольку у них будет более четкое представление о клеточных процессах, вызывающих заболевания. В настоящее время 90% потенциальных лекарственных средств, протестированных на моделях мышей или человеческих клетках, терпят неудачу в клинических испытаниях. По словам Махаджана, знание клеток, вызывающих болезни и старение, может увеличить шансы на успех.

«Мы как будто держим эти живые клетки в руках и рассматриваем их с помощью лупы», — заключает Махаджан. «Мы подключаемся и узнаем наших пациентов ближе на молекулярном уровне, что позволит проводить более точные медицинские и более информативные клинические испытания».

Авторы другого исследования утверждают, что старение можно проследить в среднем возрасте, а не только в конце жизни