Команда HZI розробила комп’ютерну модель на основі штучного інтелекту, яка вперше розкриває процес старіння на клітинному рівні.
Як старіє імунна система
З віком наша імунна система також піддається старінню. Ми стаємо більш вразливими до інфекцій, ефективність вакцинацій знижується, а ризик розвитку імунних розладів, таких як аутоімунні захворювання, зростає.
“Щоб краще зрозуміти, як і де саме змінюється імунна система з віком, а також які фактори запускають або прискорюють процеси старіння, ми повинні зосередитися на основних учасниках нашої імунної системи – імунних клітинах”, – пояснює професор Янг Лі, керівник відділу “Обчислювальна біологія для індивідуалізованої медицини” та директор CiiM.
Як старіння впливає на різні типи імунних клітин?
Щоб відповісти на це питання, команда дослідників проаналізувала тисячі транскриптомних наборів даних – записів про всі активні гени клітини в певний момент часу – для п’яти різних типів імунних клітин. Ці дані були отримані з відкритих джерел і наукової літератури.
Загалом команда дослідила дані понад двох мільйонів окремих імунних клітин, зібраних із зразків крові приблизно 1 000 здорових людей віком від 18 до 97 років. Використовуючи цей великий масив даних, дослідники розробили модель машинного навчання для відстеження процесів старіння клітин. Результатом стала обчислювальна програма, яку вони назвали “Годинник старіння імунних клітин на рівні однієї клітини” (Single-Cell Immune Aging Clock), що дозволяє картографувати зміни імунних клітин з плином часу.
Виявлення маркерів старіння
“Ми змогли ідентифікувати специфічні гени для кожного типу імунних клітин, які беруть участь у важливих імунологічних процесах і змінюють свою активність під час старіння. Ці гени служать маркерами для відповідних типів імунних клітин та еталоном для подальшого застосування моделі”, – пояснює Янг Лі.
“До речі, ідентифіковані нами гени відіграють вирішальну роль у розвитку запальних процесів. Відомо, що процеси старіння тісно пов’язані із запаленням, і наші дослідження ще раз це підтвердили”.
Випадок 1: COVID-19 і старіння імунної системи
Команда дослідників використала “Годинник старіння” у двох випадкових дослідженнях із даними пацієнтів. Вони хотіли дізнатися, як інфекція COVID-19 або вакцинація проти туберкульозу впливає на процеси старіння в різних типах імунних клітин.
У пацієнтів із COVID-19 ознаки старіння виявили лише в одному типі імунних клітин – так званих моноцитах. Проте у людей, які перенесли хворобу в легкій формі, старіння було менш вираженим.
“Наші результати свідчать, що тяжкі інфекції можуть прискорювати старіння імунних клітин”, – зазначає Янг Лі. “Але – і це хороша новина – ці зміни, схоже, оборотні: приблизно через три тижні після одужання пацієнтів із COVID-19 їхні моноцити починають повертатися до початкового стану”.
Випадок 2: Вакцинація від туберкульозу і омолодження імунної системи
У другому дослідженні вчені використали “Годинник старіння”, щоб проаналізувати вік різних типів імунних клітин у людей, які отримали вакцинацію проти туберкульозу.
Виявилася цікава закономірність: вакцинація по-різному впливала на один із типів імунних клітин – CD8 T-клітини – залежно від рівня запалення в організмі. У людей із високим рівнем запалення вакцинація мала омолоджувальний ефект на імунні клітини.
Відкриття нового інструменту для боротьби зі старінням
“‘Годинник старіння імунних клітин’ відкриває захопливі можливості для дослідження процесів клітинного старіння у різних типах імунних клітин”, – зазначає Янг Лі.
“Це потужний інструмент, який у майбутньому може допомогти розкрити динаміку імунного старіння, краще зрозуміти вплив інфекцій і вакцинацій, а також розробити нові терапевтичні підходи та профілактичні заходи, що сприятимуть здоровому старінню”.