Tvoje telo nestarne naraz. Vedci zistili, v akom veku začínajú niektoré orgány výrazne starnúť
Ľudské orgány nestarnú rovnakým tempom. Vedci pomocou umelej inteligencie odhalili, v akom veku sa menia jednotlivé tkanivá a čo môže starnutie prepájať.
Starnutie si väčšina ľudí spája s pribúdajúcim vekom. Narodeniny pribúdajú, telo sa mení a postupne sa zvyšuje riziko rôznych zdravotných problémov. Pri bližšom pohľade však tento proces nie je ani zďaleka taký jednoduchý.
Nová štúdia vedcov zo Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute a amerického National Institutes of Health ukázala, že jednotlivé orgány môžu starnúť podľa vlastného časového harmonogramu. Niektoré tkanivá zaznamenajú najvýraznejšie štrukturálne zmeny už v strednom veku, zatiaľ čo iné zostanú relatívne stabilné a výraznejšie starnutie príde neskôr.
Výskumníci zároveň našli zaujímavý vzorec. Keď jeden orgán starne rýchlejšie, podobný proces sa môže objaviť aj v ďalších tkanivách.
Umelá inteligencia dostala obrovskú databázu
Vedci sa pri výskume neopierali iba o niekoľko desiatok vzoriek. Získali dáta z projektu Genotype-Tissue Expression (GTEx), ktorý vznikol pod záštitou amerických National Institutes of Health. V databáze našli viac než 25-tisíc naskenovaných mikroskopických snímok 40 typov zdravých tkanív. Vzorky pochádzali od takmer 1 000 zosnulých darcov s rôznym vekom.
Takéto množstvo dát by človek spracovával len veľmi ťažko. Výskumníci preto vytvorili model hlbokého učenia s názvom Pathology-based Structural Aging Rate, skrátene PathStAR. Model rozdelil mikroskopické snímky na viac než 30 miliónov menších častí. Z nich získal informácie o štruktúre tkanív a následne ich porovnal podľa veku darcov. Vedci tak dokázali sledovať, ako sa mení štruktúra jednotlivých orgánov počas života.
Neprehliadni
„Naším cieľom je pochopiť, ako starnutie prebieha na štrukturálnej úrovni. Na to sme potrebovali tisíce normálnych tkanív orgánov z veľmi širokého vekového rozpätia,“ vysvetlil Sanju Sinha zo Sanford Burnham Prebys.
Zaujímavé pritom je, že model nepotreboval dostať informáciu o skutočnom veku človeka, aby dokázal zachytiť zmeny súvisiace so starnutím. Štruktúra tkanív totiž obsahovala dostatok informácií na to, aby algoritmus odhalil rozdiely medzi mladšími a staršími vzorkami.
Vaječníky ukázali dva výrazné skoky
Výskumníci najskôr otestovali PathStAR na vaječníkoch. Do analýzy zaradili 250 mikroskopických snímok tkanív od darcov vo veku od 21 do 70 rokov. Výsledok priniesol dva výrazné intervaly zrýchleného štrukturálneho starnutia. Prvý prišiel približne vo veku 35 až 40 rokov, teda v období, ktoré súvisí s poklesom plodnosti. Druhý sa objavil približne medzi 55. a 60. rokom života, čo zodpovedá obdobiu po menopauze.
Tento výsledok zaujal vedcov aj preto, že štrukturálne zmeny zachytené algoritmom zodpovedali tomu, čo odborníci poznajú z funkčného hľadiska.
„Ukázalo sa, že štrukturálne informácie ukryté v klinických snímkach dokážu poskytnúť odpoveď, ktorá zodpovedá tomu, čo už vieme o funkčnom starnutí tkaniva,“ uviedol Sinha.
Výskumníci následne rozšírili analýzu na ďalšie orgány. Z 40 typov tkanív vybrali 15, pri ktorých mali najmenej 200 vzoriek a zároveň dostatočné zastúpenie rôznych vekových skupín.
Orgány sa rozdelili do troch skupín
Analýza odhalila tri hlavné vzorce štrukturálneho starnutia. Do prvej skupiny patrili tkanivá, ktoré začali výraznejšie starnúť pomerne skoro. Typickým príkladom sa stal cievny systém. Najvýraznejšie štrukturálne zmeny sa v jeho prípade objavili približne medzi 30. a 39. rokom života. Neskôr sa tempo týchto zmien znížilo. Na opačnej strane sa nachádzali takzvané neskoro starnúce tkanivá. Sem patrili napríklad maternica a pošva, pri ktorých vedci zaznamenali relatívnu stabilitu v mladšej dospelosti a výraznejšie zmeny až približne medzi 50. a 55. rokom.
Najčastejšie však výskumníci narazili na tretí model. Deväť typov tkanív vykázalo dve oddelené obdobia zrýchleného starnutia. Vedci tento jav označili ako dvojfázové alebo biphasické štrukturálne starnutie. V tomto bode vedci objavili súvislosť s vaječníkmi.
Starnutie môže prepájať hormonálna signalizácia
Keď vedci spojili údaje o štruktúre tkanív s informáciami o aktivite génov, objavili spoločný molekulárny podpis období zrýchleného starnutia. V týchto fázach sa zvýšila aktivita génov spojených so zápalom. Súčasne sa znížila aktivita génov, ktoré súvisia s produkciou energie, rastom buniek a mechanizmami bunkovej kontroly kvality.
Výsledky tak naznačujú, že štrukturálne starnutie jednotlivých orgánov nemusí predstavovať úplne oddelené procesy. Medzi tkanivami môžu existovať biologické väzby, pričom jedným z možných spojovacích článkov môže byť hormonálna signalizácia. Vedci preto prirovnali vaječníky k akémusi pacemakeru, teda „udávaču rytmu“ starnutia v tele. Viac než polovica skúmaných tkanív totiž vykázala vzorec starnutia podobný tomu, ktorý výskumníci pozorovali pri vaječníkoch.
To však ešte neznamená, že vaječníky skutočne riadia starnutie ostatných orgánov. Štúdia ukázala súvislosť, nie definitívny dôkaz príčinnej súvislosti. Autori napriek tomu vidia v tomto zistení možnosť pre ďalší výskum. Ak sa podarí lepšie pochopiť mechanizmy spojené s reprodukčným starnutím, vedci by mohli preskúmať, či zásah do týchto procesov ovplyvní aj ďalšie orgány.
„Naše výsledky môžu vytvoriť základ pre atlas štrukturálneho starnutia, ktorý pomôže pri vývoji a hodnotení zásahov proti starnutiu,“ uviedol Sinha.
Výskumníci tak získali pomerne podrobnú mapu toho, ako sa ľudské tkanivá menia s pribúdajúcim vekom. Ďalšia otázka bude zložitejšia: či sa dá tento proces cielene spomaliť a či zásah do jedného orgánu dokáže ovplyvniť aj ostatné časti tela.
Práve na túto otázku bude potrebný ďalší výskum, pretože samotná analýza mikroskopických snímok zatiaľ neukazuje, že by jeden konkrétny orgán dokázal určovať tempo starnutia celého tela.
