Βιοδείκτες και μηχανική μάθηση αποκαλύπτουν πόσο μεγαλύτεροι είμαστε από την πραγματική μας ηλικία

Η ιδέα ότι η ηλικία μας δεν είναι μόνο ό,τι γράφει η ταυτότητα αλλά και αυτό που αντανακλά το σώμα μας, αποκτά όλο και μεγαλύτερη επιστημονική βαρύτητα. Τα λεγόμενα aging clocks, ή «ρολόγια γήρανσης», είναι εργαλεία που προσπαθούν να μετρήσουν τη βιολογική μας ηλικία και να δείξουν αν γερνάμε ταχύτερα ή πιο αργά σε σχέση με τον μέσο όρο. Ο τρόπος που λειτουργούν συνδυάζει βιοδείκτες με την ισχύ της μηχανικής μάθησης, δημιουργώντας ένα νέο πεδίο στην έρευνα για την υγεία και τη μακροζωία.

Στον πυρήνα τους, αυτά τα «ρολόγια» βασίζονται σε μοντέλα μηχανικής μάθησης. Τα μοντέλα αυτά δεν είναι τίποτε άλλο από στατιστικά εργαλεία που αναγνωρίζουν μοτίβα μέσα σε μεγάλα σύνολα δεδομένων και κάνουν προβλέψεις. Η τεχνική που χρησιμοποιείται συχνά ονομάζεται παλινδρόμηση. Με απλά λόγια, σε κάθε παράγοντα που επηρεάζει μια πρόβλεψη δίνεται ένα «βάρος», με αποτέλεσμα όσο πιο σημαντικός είναι ο παράγοντας, τόσο μεγαλύτερο το βάρος του. Για παράδειγμα, σε ένα μοντέλο που προβλέπει την πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου του πνεύμονα, το ιστορικό καπνίσματος έχει μεγαλύτερη βαρύτητα από την έκθεση σε ραδόνιο, γιατί σχετίζεται πιο άμεσα με τη νόσο.

Αντίστοιχα, τα aging clocks εκπαιδεύονται σε χιλιάδες δεδομένα από βιοδείκτες, δηλαδή μετρήσεις συγκεκριμένων ουσιών που αντανακλούν βιολογικές διαδικασίες. Οι βιοδείκτες βρίσκονται συχνά στο αίμα, το οποίο περνά από κάθε όργανο και μεταφέρει σημάδια από πιθανές δυσλειτουργίες ή ασθένειες. Έτσι, η ανάλυση αίματος αποτελεί ένα «παράθυρο» στην εσωτερική κατάσταση του οργανισμού. Για παράδειγμα, αυξημένα επίπεδα C-αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP) ή λευκών αιμοσφαιρίων δείχνουν ότι το ανοσοποιητικό βρίσκεται σε δράση, πιθανώς λόγω κάποιας λοίμωξης.

Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης δεν εξετάζουν μόνο τους βιοδείκτες αλλά και την πραγματική ηλικία και την κατάσταση υγείας των ατόμων που συμμετέχουν στις μελέτες. Με τον τρόπο αυτό, το σύστημα εντοπίζει πρότυπα και δημιουργεί ένα «λεξικό» κανόνων με το οποίο μπορεί να ερμηνεύει νέες πληροφορίες. Έτσι, ακόμη κι αν δεν γνωρίζει την ηλικία κάποιου, μπορεί να εκτιμήσει τη βιολογική του κατάσταση με βάση τις μετρήσεις.

Το πρώτο κύμα aging clocks βασίστηκε στην επιγενετική και πιο συγκεκριμένα στη μεθυλίωση του DNA. Οι μεθυλομάδες είναι μόρια που προσκολλώνται σε συγκεκριμένα σημεία του DNA και επηρεάζουν το αν ένα γονίδιο είναι ενεργό ή όχι. Με την πάροδο του χρόνου, τα πρότυπα μεθυλίωσης αλλάζουν και φαίνεται να ακολουθούν σχετικά προβλέψιμες τροχιές. Αναλύοντας αυτά τα πρότυπα, ένα επιγενετικό ρολόι μπορεί να εκτιμήσει τη βιολογική ηλικία ενός ατόμου. Η διαφορά ανάμεσα στην πραγματική και τη βιολογική ηλικία, γνωστή και ως «age gap» ή «delta», δείχνει αν ο οργανισμός γερνά γρηγορότερα ή πιο αργά από τον μέσο όρο.

Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Epigenomics παρουσίασε τέσσερις «γενιές» τέτοιων ρολογιών.

Η πρώτη γενιά περιοριζόταν στη μεθυλίωση και μπορούσε απλώς να υπολογίσει τη διαφορά ηλικίας. Ήταν σαν ένα χιλιομετρητή που δείχνει πόσο έχει «ταξιδέψει» κάποιος σε σχέση με την ηλικία του.

Η δεύτερη γενιά πρόσθεσε δεδομένα που σχετίζονται με τη θνησιμότητα και τις ασθένειες, προσφέροντας προβλέψεις για τον κίνδυνο πρόωρου θανάτου ή ανάπτυξης παθήσεων όπως οι καρδιοπάθειες, ο καρκίνος ή το Alzheimer. Ένα παράδειγμα είναι το PhenoAge, που αξιοποιεί δείκτες για τη λειτουργία του ήπατος, των νεφρών, του μεταβολισμού και του ανοσοποιητικού.

Η τρίτη γενιά πέρασε σε ένα πιο δυναμικό επίπεδο. Δεν μετρούσε μόνο πόσο μεγαλύτερος ή μικρότερος φαινόταν κάποιος, αλλά και με ποιο ρυθμό γερνούσε. Ενώ οι πρώτες εκδόσεις λειτουργούσαν σαν «οδόμετρα», οι νεότερες έμοιαζαν περισσότερο με «ταχύμετρα», δείχνοντας πόσο γρήγορα κάποιος πλησιάζει σε κρίσιμα στάδια γήρανσης. Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν τα DunedinPACE και DunedinPACNI.

Η τέταρτη γενιά πηγαίνει ακόμη παραπέρα. Δεν αρκείται σε προβλέψεις, αλλά επιχειρεί να αποκαλύψει τους ίδιους τους μηχανισμούς της γήρανσης. Αναλύει συγκεκριμένα σημεία μεθυλίωσης που θεωρείται ότι εμπλέκονται άμεσα στις φυσιολογικές φθορές του σώματος. Μέσω της μεθόδου Mendelian randomization, προσπαθεί να ξεχωρίσει αιτίες από αποτελέσματα, ώστε να δει αν οι αλλαγές στη μεθυλίωση είναι παράγοντας ή συνέπεια της γήρανσης. Αν οι έρευνες αυτές επιβεβαιωθούν, θα ανοίξουν τον δρόμο για παρεμβάσεις που δεν θα περιορίζονται στη διάγνωση, αλλά θα στοχεύουν στην ίδια τη ρίζα της διαδικασίας γήρανσης.

Η ανάπτυξη των aging clocks αποτελεί και ένα νέο εργαλείο για την ιατρική πρόληψη και την εξατομικευμένη φροντίδα. Αν καταφέρουν να γίνουν ακριβή και ευρέως διαθέσιμα, τότε ίσως μπορέσουν να λειτουργήσουν ως έγκαιροι προειδοποιητικοί μηχανισμοί, βοηθώντας τους γιατρούς και τους ασθενείς να εντοπίσουν κινδύνους πολύ πριν εκδηλωθούν τα πρώτα συμπτώματα.

Σε κάθε περίπτωση, το ερώτημα που θέτουν αυτά τα «ρολόγια» είναι συναρπαστικό: πόσο χρονών είναι πραγματικά το σώμα μας; Η απάντηση μπορεί να αλλάξει τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε την υγεία, τη γήρανση και ίσως το μέλλον της ιατρικής.

[via]