Biomarkeri i AI otkrivaju biološku starost svih organa

Istraživači biomedicinskog istraživačkog instituta i fakulteta medicine Stanford Medicine, koristili su model strojnog učenja za analizu proteina u krvi kako bi procijenili biološku, za razliku od kronološke, starosti tjelesnih organa. To je način predviđanja rizika za naizgled zdravu osobu od razvoja stanja kao što su zatajenje srca, Alzheimerova bolest i dijabetes.

Kronološka dob ne odgovara uvijek biološkoj dobi. Proces starenja može uzrokovati pogoršanje strukture i funkcije organa što povećava rizik od većine kroničnih bolesti. Iako postoje mnoge metode pomoću kojih se može procijeniti biološko starenje, većina daje jednu mjeru za cijelo tijelo, a ne podatke o starosti pojedinih organa.

Istraživači na Stanford Medicine vodili su studiju koja je identificirala proteinske biomarkere koji mogu procijeniti biološku starost organa i, na temelju toga, rizik pojedinca od bolesti.

"Možemo procijeniti biološku starost organa kod naizgled zdrave osobe", rekao je Tony Wyss-Coray, odgovarajući autor studije. "To zauzvrat predviđa rizik osobe za bolest povezanu s tim organom."

Istraživači su promatrali 11 organa, organskih sustava ili tkiva: srce, pluća, mozak, bubreg, jetru, gušteraču, crijeva, mišiće, masno tkivo, imunološki sustav i krvne žile (vaskulaturu). Izmjerili su 4979 proteina kod 5676 odraslih osoba u dobi od 20 do 90 godina i označili proteine ​​čiji su geni bili izraženi najmanje četiri puta više u jednom organu nego u bilo kojem drugom. Od svih izmjerenih proteina, 856 (17,9%) zadovoljava ovu definiciju.

Algoritam strojnog učenja uvježban je za procjenu kronološke starosti 11 organa koristeći visoko izražene proteine ​​kao ulazne podatke. Također su trenirali model koristeći proteine ​​plazme nespecifične za organe i konvencionalni model koristeći sve proteine ​​bez obzira na specifičnost za usporedbu doprinosa specifičnih organa zajedničkom dobivanju potpisa.

Za svakog pojedinca algoritam je proizveo 'dobni jaz', mjeru biološke dobi tog pojedinca u odnosu na vršnjake iste dobi. Prethodne studije otkrile su vezu između razlika u dobi i rizika od smrtnosti.

Istraživači su primijetili da pojedinci s istom konvencionalnom razlikom u dobi imaju različite profile starenja organa, pri čemu neki pojedinci imaju ekstremno starenje jednog ili više organa u odnosu na opću populaciju.

„Kada smo usporedili biološku starost svakog od ovih organa za svakog pojedinca s njegovim kolegama među velikom skupinom ljudi bez očiglednih teških bolesti, otkrili smo da je 18,4% onih u dobi od 50 ili više godina imalo barem jedan organ koji stari znatno brže od prosjeka”, rekao je Wyss-Coray. "Otkrili smo da su te osobe pod povećanim rizikom od bolesti tog organa u sljedećih 15 godina."

Imati samo jedan organ koji ubrzano stari nosi 20 do 50% veći rizik od smrtnosti. Dok je samo 1,7% pojedinaca pokazalo ekstremno starenje više organa, utvrđeno je da je njihov rizik od smrtnosti značajno povećan.

"Imali su 6,5 puta veći rizik od smrtnosti od nekoga bez izrazito ostarjelog organa", rekao je Wyss-Coray.

Što se tiče pojedinih organa, oni s ubrzanim starenjem srca imali su 250% veći rizik od zatajenja srca, kao i povećan rizik od srčanog udara i fibrilacije atrija. Jedno povećanje standardne devijacije razlike u dobi mozga donijelo je 34% povećan rizik od klinički značajnog povećanja kognitivnog pada tijekom pet godina. Ubrzano starenje mozga i krvožilnog sustava predvidjelo je napredovanje Alzheimerove bolesti neovisno i jednako snažno kao i razine tau proteina, trenutnog biomarkera bolesti koji se temelji na krvi. Također je postojala snažna povezanost između ekstremnog starenja bubrega, to jest, dvije standardne devijacije iznad norme te hipertenzije i dijabetesa.

Prepoznavanje organa koji brzo stare kod naizgled zdravih ljudi može značiti njihovo ranije liječenje. Identifikacija proteina specifičnih za organe koji ukazuju na pretjerano starenje i povezan rizik od bolesti mogla bi dovesti do novih ciljanih lijekova.

"Rezultirajući modeli starenja organa mogu predvidjeti smrtnost, funkcionalno opadanje organa, rizik od bolesti i progresiju te heterogenost starenja među tkivima", rekli su istraživači. "Ovaj je pristup minimalno invazivan, zahtijeva samo mali uzorak krvi i može se lako primijeniti za razumijevanje učinaka zdravstvenih intervencija, kao što su modifikacije načina života i terapije lijekovima, na razini organa."