O echipă de cercetători din Barcelona a dezvoltat un sistem de inteligență artificială, numit ChromAgeNet, capabil să detecteze semnele îmbătrânirii în celulele stem sanguine.
Tehnologia analizează arhitectura cromatinei, adică modul în care ADN-ul este organizat tridimensional în nucleul celular, și poate face diferența între celulele tinere și cele îmbătrânite, relatează Euronews.com.
Inteligența artificială ar putea deschide calea către noi tratamente împotriva îmbătrânirii celulare
Descoperirea ar putea deschide noi perspective pentru întinerirea celulară, în condițiile în care îmbătrânirea reduce treptat capacitatea organismului de a se regenera și afectează producția de celule sanguine.
Prin analizarea modificărilor care apar în celulele stem, cercetătorii speră să contribuie la dezvoltarea unor tratamente capabile să încetinească procesul de îmbătrânire a acestora și să le restabilească funcțiile inițiale.
Studiul, publicat în revista științifică Aging Cell și coordonat de Maria Carolina Florian (IDIBELL) și Paula Petrone (BSC-CNS/ISGlobal), arată că modul în care este organizată cromatina conține informații care permit diferențierea celulelor stem provenite de la șoareci tineri de cele provenite de la șoareci îmbătrâniți.
O legătură între biomedicină și calculul de înaltă performanță
Pentru a antrena modelul, cercetătorii au utilizat rețele neuronale convoluționale, cărora le-au furnizat imagini tridimensionale ale nucleelor celulelor stem provenite de la șoareci.
ChromAgeNet folosește aceste rețele neuronale pentru a analiza modul în care structura ADN-ului se modifică odată cu înaintarea în vârstă. Inteligența artificială permite identificarea unor variații structurale subtile, care nu pot fi observate cu ochiul liber.
Una dintre principalele preocupări legate de utilizarea rețelelor neuronale în biomedicină este dificultatea de a înțelege pe ce criterii se bazează acestea atunci când iau decizii. ChromAgeNet depășește această problemă prin utilizarea unui sistem de inteligență artificială explicabilă (XAI), care le permite cercetătorilor să înțeleagă modul în care sunt generate rezultatele.
Instrumentul a reușit să identifice corect, în medie, aproximativ 68% dintre celulele provenite de la șoareci tineri sau îmbătrâniți, folosind imagini obținute cu ajutorul DAPI, o substanță de colorare standard, cu costuri reduse.
În plus, ChromAgeNet le permite cercetătorilor să analizeze caracteristicile imaginilor care influențează rezultatele oferite de inteligența artificială. Analizele au evidențiat, printre altele, modificări asociate îmbătrânirii la periferia nucleului celular.
Colaborare cu echipe de cercetare în domeniul inteligenței artificiale
În ceea ce privește aplicațiile practice ale cercetării, Maria Carolina Florian, cercetător principal la Institutul de Cercetare Biomedicală Bellvitge (IDIBELL), a explicat pentru Euronews că instrumentul se află încă într-o etapă experimentală.
Maria Carolina Florian, cercetător principal la IDIBELL: „În prezent, am dezvoltat un instrument care demonstrează fezabilitatea conceptului în cazul celulelor stem hematopoietice de șoarece. Acum lucrăm la optimizarea și adaptarea acestuia pentru celulele stem umane, în speranța că îl vom putea folosi pentru a evalua noi medicamente care acționează asupra arhitecturii nucleare și care ar putea fi utilizate pentru întinerirea celulelor stem îmbătrânite”.
Maria Carolina Florian a subliniat că proiectul a beneficiat de experiența Paulei Petrone, cercetătoare în cadrul Barcelona Supercomputing Center (BSC) și ISGlobal, și că echipa intenționează să continue dezvoltarea tehnologiei.
„Această cercetare a găsit condițiile ideale pentru a deveni un instrument cu aplicabilitate practică datorită experienței doctorului Paula Petrone (BSC și ISGlobal). Intenționăm să continuăm dezvoltarea acestuia și să extindem utilizarea sa la celulele stem umane. În plus, solicităm finanțare suplimentară din partea Uniunii Europene și încercăm să stabilim colaborări cu alți cercetători europeni interesați de aplicarea practică a rezultatelor noastre”, a declarat Florian pentru Euronews.
La rândul său, Paula Petrone consideră că studiul demonstrează potențialul inteligenței artificiale în identificarea modificărilor celulare asociate îmbătrânirii.
„Această cercetare arată că un algoritm de învățare profundă poate face diferența între celulele stem tinere și cele îmbătrânite prin analizarea imaginilor nucleelor celulare colorate cu o substanță ieftină, numită DAPI”, a explicat cercetătoarea.
ChromAgeNet, o tehnologie promițătoare pe termen lung. Cercetătorii îndeamnă însă la prudență
Noul instrument ChromAgeNet ar putea contribui la o mai bună înțelegere a mecanismelor moleculare implicate în îmbătrânirea celulelor stem hematopoietice, care ar putea deveni ținte pentru dezvoltarea unor tratamente de întinerire celulară.
„Sperăm să ne aprofundăm cunoștințele, să consolidăm rezultatele obținute și să identificăm noi instrumente și medicamente care să îmbunătățească funcționarea celulelor stem hematopoietice îmbătrânite”, a declarat Maria Carolina Florian.
La rândul său, Paula Petrone a explicat pentru Euronews că tehnologia ar putea fi utilizată în viitor pentru testarea unor medicamente cu potențial de întinerire celulară.
„În viitor, această tehnică ar putea fi folosită pentru a testa noi medicamente cu potențial de întinerire. Prin tratarea celulelor îmbătrânite cu diferite substanțe candidate, inteligența artificială ar putea identifica, prin analiza imaginilor, acele substanțe care provoacă modificări caracteristice unui stadiu celular mai tânăr”, a explicat cercetătoarea.
Prelungirea vieții sănătoase, mai importantă decât creșterea speranței de viață
Paula Petrone a subliniat că obiectivul principal al unor astfel de cercetări nu ar trebui să fie doar prelungirea vieții, ci și îmbunătățirea stării de sănătate la vârste înaintate.
„Prelungirea speranței de viață nu este la fel de importantă precum prelungirea perioadei de viață sănătoasă. Descoperirea unor noi medicamente cu potențial de întinerire ar putea contribui, de exemplu, la îmbunătățirea modului în care îmbătrânește sistemul imunitar și, astfel, la o îmbătrânire mai sănătoasă”, a precizat Petrone.
Cu toate acestea, cercetătoarea a atras atenția că rezultatele studiului trebuie interpretate cu prudență, întrucât dezvoltarea unor astfel de tehnologii și introducerea lor în practica medicală reprezintă un proces de lungă durată.
„Trebuie să fim foarte atenți să nu supraestimăm rezultatele obținute. Dezvoltarea și validarea acestor noi tehnologii durează ani de zile, iar introducerea lor în practica medicală poate necesita și mai mult timp. Cercetarea noastră reprezintă doar o mică contribuție la înțelegerea modului în care îmbătrânim și la identificarea unor strategii care să susțină o îmbătrânire sănătoasă”, a concluzionat Paula Petrone.
