Кожен орган нашого тіла старіє за власним розкладом, але ці розклади виявилися узгодженими між собою. До такого висновку дійшли науковці з Інституту медичних відкриттів Sanford Burnham Prebys, які за допомогою штучного інтелекту проаналізували тисячі зображень людських тканин. Про результати дослідження повідомляє Newswise Science News.
Дослідники виявили, що артерії зазнають найшвидших структурних змін у віці від 30 до 39 років, тоді як репродуктивні органи різко перебудовуються в період менопаузи. Більшість тканин тіла старіє у дві хвилі, а прискорене старіння в одному органі пов’язане з пришвидшеним старінням «партнерських» органів. Це вказує на можливу роль гормональних сигналів як «диригента» загальної симфонії старіння організму.
Як штучний інтелект бачить старіння тканин
Мета команди під керівництвом Санжу Сінги (Sanju Sinha) — зрозуміти, як старіння проявляється на структурному рівні тканин. Для цього потрібні були тисячі зразків нормальних органів людей різного віку. Необхідні дані знайшли в архівах проєкту Genotype-Tissue Expression (GTEx), великої ініціативи Національних інститутів здоров’я США, що збирає зразки тканин і дані про експресію генів.
У цьому «цифровому складі» вчені виявили понад 25 000 відсканованих зображень біопсій 40 типів нормальних тканин майже від 1000 померлих донорів. Раніше більшість дослідницьких груп використовували лише молекулярні дані GTEx, тоді як терабайти зображень майже не аналізувалися.
Щоб опрацювати цей масив візуальної інформації, команда створила глибинну модель комп’ютерного зору Pathology-based Structural Aging Rate (PathStAR). Вона розбиває кожен гістопатологічний зріз на безліч дрібних фрагментів — «патчів» (у сумі понад 30 мільйонів), виділяє з них ознаки, що відображають мікроструктуру тканини, і на цій основі будує криву структурного старіння з віком.
Науковці висунули гіпотезу, що клінічні зображення містять достатньо інформації, аби відстежувати, як старіють тканини, без прямої прив’язки до паспортного віку.
Оваріальний тест і три типи старіння органів
Першим кроком став «пілотний» аналіз яєчників. У наборі GTEx було 250 відсканованих гістологічних зрізів яєчникової тканини донорів віком від 21 до 70 років. PathStAR показала, що яєчники мають два періоди прискореного структурного старіння: у віці 35–40 років, що збігається зі зниженням фертильності, та у 55–60 років, тобто в постменопаузі.
Це підтвердило, що структурні зміни, зафіксовані на зображеннях, узгоджуються з відомими функціональними змінами органа. Ба більше, модель змогла виявити ці вікові зрушення, навіть не використовуючи хронологічний вік як навчальний орієнтир.
Далі PathStAR застосували до інших органів. Дослідники зосередилися на 15 типах тканин, для яких було щонайменше 200 зразків, що охоплювали широкий віковий діапазон. Аналіз показав, що всі ці тканини можна розділити на три групи за характером старіння.
До «ранньостаріючих» віднесли, зокрема, судинну систему. У цих тканинах прискорене старіння припадало на 30–39 років, після чого темп змін знижувався. «Пізньостаріючі» тканини, як-от матка та піхва, залишалися відносно стабільними в ранньому дорослому віці, але зазнавали найшвидших змін у 50–55 років.
Найпоширенішим виявився третій тип — двофазне (біфазне) структурне старіння, подібне до картини в яєчниках. Дев’ять типів тканин мали дві виразні хвилі прискорених змін.
Молекулярний «підпис» прискореного старіння
Розпізнавши ці патерни, команда поєднала структурні дані з інформацією про експресію та регуляцію генів із того ж набору GTEx. Це дозволило з’ясувати, які молекулярні процеси супроводжують періоди прискореного старіння.
Виявилося, що в такі періоди в різних тканинах з’являється спільний молекулярний «підпис»: підвищується активність генів, пов’язаних із запаленням, тоді як гени, що відповідають за вироблення енергії, ріст клітин і системи клітинного контролю якості, пригнічуються.
На думку авторів, ці результати можуть стати основою для створення «атласу структурного старіння», який допоможе розробляти та оцінювати органоспецифічні анти-ейджинг втручання. Більше ніж половина досліджених тканин слідувала тому самому структурному сценарію, що й яєчники, тому дослідники розглядають яєчники як своєрідний «кардіостимулятор» загального старіння організму.
Якщо вдасться розробити терапії, що захищають репродуктивне старіння, це потенційно може сповільнити старіння й інших органів та подовжити період здорового життя.
Дослідження очолила наукова співробітниця Анаміка Ядав (Anamika Yadav). До роботи також долучилися колеги із Sanford Burnham Prebys та Національних інститутів здоров’я США. Робота підтримана онкологічним центром, що має статус Національного інституту раку.