Ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης για να αναλύσουν πρωτεΐνες του αίματος ώστε να εκτιμήσουν τη βιολογική, και όχι τη χρονολογική, ηλικία των διαφόρων οργάνων του σώματος. Πρόκειται για έναν τρόπο πρόβλεψης του κινδύνου ενός φαινομενικά υγιούς ατόμου να αναπτύξει παθήσεις όπως η καρδιακή ανεπάρκεια, η νόσος Αλτσχάιμερ και ο διαβήτης, με στόχο την έγκαιρη θεραπεία.
Η χρονολογική ηλικία δεν αντιστοιχεί πάντα με τη βιολογική ηλικία. Η διαδικασία της γήρανσης μπορεί να προκαλέσει επιδείνωση της δομής και της λειτουργίας των οργάνων που αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης των περισσότερων χρόνιων παθήσεων. Αν και υπάρχουν πολλές μέθοδοι με τις οποίες μπορεί να εκτιμηθεί η βιολογική γήρανση, οι περισσότερες παρέχουν μια ενιαία μέτρηση για ολόκληρο το σώμα και όχι πληροφορίες για την ηλικία συγκεκριμένων οργάνων.
Οι ερευνητές του τμήματος Ιατρικής του Στάνφορντ ηγήθηκαν μιας μελέτης που έχει εντοπίσει πρωτεϊνικούς βιοδείκτες οι οποίοι μπορούν να εκτιμήσουν τη βιολογική ηλικία ενός οργάνου και, με βάση αυτή, τον ενδεχόμενο κίνδυνο ασθένειας ενός ατόμου.
Μπορούμε να εκτιμήσουμε τη βιολογική ηλικία ενός οργάνου σε ένα φαινομενικά υγιές άτομο. Αυτή η εκτίμηση, με τη σειρά της, μπορεί να προβλέψει τον κίνδυνο ενός ατόμου για ασθένεια που σχετίζεται με το εν λόγω όργανο.
Οι ερευνητές εξέτασαν 11 όργανα, συστήματα οργάνων ή ιστούς: καρδιά, πνεύμονες, εγκέφαλο, νεφρά, ήπαρ, πάγκρεας, έντερο, μύες, λίπος, ανοσοποιητικό σύστημα και αιμοφόρα αγγεία (αγγειακό σύστημα). Μετρήθηκαν 4.979 πρωτεΐνες σε 5.676 ενήλικες ηλικίας 20 έως 90 ετών και επισημάνθηκαν εκείνες οι πρωτεΐνες των οποίων τα γονίδια εκφράζονταν τουλάχιστον τέσσερις φορές περισσότερο σε ένα όργανο από ό,τι σε οποιοδήποτε άλλο όργανο. Από το σύνολο των πρωτεϊνών που μετρήθηκαν, 856 (17,9%) ανταποκρίνονταν σε αυτόν τον ορισμό.
Για την εκτίμηση της χρονολογικής ηλικίας των 11 οργάνων εκπαιδεύτηκε ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης χρησιμοποιώντας τις πρωτεΐνες με υψηλή έκφραση ως δεδομένα εισόδου. Επίσης, εκπαίδευσαν ένα «οργανικό» μοντέλο χρησιμοποιώντας πρωτεΐνες πλάσματος που δεν είναι χαρακτηριστικές για κάποιο όργανο και ένα «συμβατικό» μοντέλο χρησιμοποιώντας όλες τις πρωτεΐνες ανεξαρτήτως της ιδιαιτερότητας τους για να συγκρίνουν τη συμβολή συγκεκριμένων οργάνων στον κοινό δείκτη. Για κάθε άτομο, ο αλγόριθμος παρήγαγε ένα «ηλικιακό χάσμα», ένα μέτρο της βιολογικής ηλικίας του ατόμου αυτού σε σχέση με τους συνομήλικούς του ίδιας ηλικίας. Προηγούμενες μελέτες έχουν διαπιστώσει συσχέτιση μεταξύ αυτού του ηλικιακού χάσματος και του κινδύνου θνησιμότητας. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα άτομα με το ίδιο συμβατικό ηλικιακό χάσμα είχαν διαφορετικό προφίλ γήρανσης οργάνων, ενώ ορισμένα άτομα εμφάνιζαν ακραία γήρανση σε ένα ή περισσότερα όργανα σε σχέση με το γενικό πληθυσμό.
Όταν συγκρίναμε τη βιολογική ηλικία κάθε ενός από αυτά τα όργανα για κάθε άτομο με τα αντίστοιχα όργανα σε μια μεγάλη ομάδα ανθρώπων χωρίς εμφανείς σοβαρές ασθένειες, διαπιστώσαμε ότι το 18,4% των ατόμων ηλικίας 50 ετών και άνω είχαν τουλάχιστον ένα όργανο που γερνούσε σημαντικά ταχύτερα από τον μέσο όρο. Και διαπιστώσαμε ότι αυτά τα άτομα διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο για νόσο στο συγκεκριμένο όργανο τα επόμενα 15 χρόνια.
Η ύπαρξη ενός και μόνο οργάνου που γερνάει ταχύτερα ενέχει 20% έως 50% υψηλότερο κίνδυνο θνησιμότητας. Αν και μόνο το 1,7% των ατόμων παρουσίασε ακραία γήρανση σε πολλαπλά όργανα, ο κίνδυνος θνησιμότητάς τους βρέθηκε σημαντικά αυξημένος.
Είχαν 6,5 φορές μεγαλύτερο κίνδυνο θνησιμότητας από κάποιον χωρίς κάποιο έντονα γερασμένο όργανο.
Όσον αφορά συγκεκριμένα όργανα, τα άτομα με επιταχυνόμενη γήρανση της καρδιάς είχαν 250% αυξημένο κίνδυνο καρδιακής ανεπάρκειας, καθώς και αυξημένο κίνδυνο καρδιακής προσβολής και κολπικής μαρμαρυγής. Μια απλή τυπική απόκλιση στην αύξηση του χάσματος ηλικίας του εγκεφάλου προσδίδει 34% αυξημένο κίνδυνο για την κλινική αύξηση της γνωστικής έκπτωσης σε διάστημα πέντε ετών. Η επιταχυνόμενη γήρανση του εγκεφάλου και των αγγείων προέβλεπε την εξέλιξη της νόσου Αλτσχάιμερ ανεξάρτητα και εξίσου ισχυρά με τα επίπεδα της πρωτεΐνης tau, του σημερινού βιοδείκτη της νόσου με βάση το αίμα. Υπήρχαν επίσης ισχυρές συσχετίσεις μεταξύ ενός νεφρού που παρουσιάζει ακραία γήρανση και της υπέρτασης ή του διαβήτη.
Ο εντοπισμός οργάνων που γερνούν γρήγορα σε φαινομενικά υγιείς ανθρώπους θα μπορούσε να σημαίνει ότι θα πρέπει να αντιμετωπίζονται νωρίτερα. Και ο εντοπισμός πρωτεϊνών συγκεκριμένων οργάνων που υποδεικνύουν υπερβολική γήρανση και σχετικό κίνδυνο ασθένειας θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέα στοχευμένα φάρμακα.
Τα προκύπτοντα μοντέλα γήρανσης οργάνων μπορούν να προβλέψουν τη θνησιμότητα, τη λειτουργική έκπτωση συγκεκριμένων οργάνων, τον κίνδυνο και την εξέλιξη ασθενειών και την ετερογένεια γήρανσης μεταξύ των ιστών. Αυτή η προσέγγιση είναι ελάχιστα επεμβατική, καθώς απαιτεί μόνο ένα μικρό δείγμα αίματος, και θα μπορούσε εύκολα να εφαρμοστεί για την κατανόηση των επιπτώσεων των παρεμβάσεων στην υγεία, όπως οι τροποποιήσεις του τρόπου ζωής και οι φαρμακευτικές θεραπείες, σε επίπεδο οργάνου.
[Stanford]
