Nový algoritmus strojového učení identifikoval 478 sloučenin, které mohou zvrátit stárnutí mozku a chránit před neurodegenerativními chorobami. Průlom, vedený výzkumníky z Lucemburského centra pro systémovou biomedicínu a CIC bioGUNE, by mohl urychlit vývoj léků pro boj s kognitivním úbytkem, protože globální populace rychle stárne.
Stárnoucí mozek a transkriptom
Základní problém je jasný: Stárnutí je hlavním rizikovým faktorem pro neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba. Vzhledem k tomu, že se očekává, že do roku 2050 bude více než dvěma miliardám lidí více než 60 let, hledání způsobů, jak chránit zdraví mozku ve stáří, již není jen vědeckou výzvou – je to imperativ veřejného zdraví. Tento výzkum se nezaměřuje na geny jako takové, ale na transkriptom – molekuly RNA, které ukazují které geny jsou aktivní. Tento přístup je dynamičtější než pouhé sledování DNA, protože genová aktivita se mění s věkem a nemocí.
Jak funguje algoritmus
Vědci analyzovali vzorky mozku 778 zdravých lidí ve věku 20 až 97 let. Model strojového učení se naučil předpovídat biologický věk s úžasnou přesností (do pěti let) na základě aktivity pouhých 365 klíčových genů. Překvapivě většina těchto genů není přímo zapojena do funkce mozku; regulují opravu DNA a obecné procesy stárnutí. To naznačuje, že zpomalení stárnutí systémově může chránit mozek.
Když byl algoritmus aplikován na vzorky od pacientů s Alzheimerovou chorobou nebo poraněním hlavy, konzistentně ukázal, že jejich mozky jsou biologicky starší, než se očekávalo – někdy až o 15 let u lidí ve věku 60 a 70 let. To potvrzuje, že neurodegenerace je spojena se zrychleným stárnutím na molekulární úrovni.
Identifikace sloučenin proti stárnutí
Algoritmus poté skenoval data z tisíců neuronů a hledal vzorce genové exprese, které snížily předpokládaný věk. Výsledek: seznam 478 léků s potenciálními účinky proti stárnutí. Ačkoli mnoho z těchto sloučenin ještě nebylo testováno na prodloužení života, předpovědi algoritmu poskytují výchozí bod pro cílený výzkum.
Předběžná validace na myších
Aby vědci otestovali přesnost modelu, dávali tři z předpokládaných sloučenin starým myším po dobu čtyř týdnů. Myši vykazovaly významné zlepšení paměti a snížení úzkosti, stejně jako genetické změny, díky nimž byly jejich mozkové buňky mladší. To naznačuje, že algoritmus identifikuje nejen korelace, ale také vztahy příčina a následek mezi sloučeninami a omlazením mozku.
Budoucnost vývoje léků proti stárnutí
V současné době v oblasti anti-aging chybí systematické metody vývoje léků. Tato platforma strojového učení nabízí strukturovaný způsob, jak identifikovat slibné kandidáty. Identifikované sloučeniny však vyžadují další validaci v mnoha biologických systémech, než je lze považovat za účinnou léčbu.
Stovky sloučenin předvídaných touto platformou představují významnou příležitost pro budoucí výzkum a terapeutický vývoj.
Cíl je jasný: vyvinout léky, které nejen zpomalí stárnutí, ale také jej aktivně zvrátijí a chrání mozkové funkce pro rostoucí populaci. Systematický přístup poskytovaný touto novou metodou strojového učení je důležitým krokem k této budoucnosti.
