ChromAgeNet aracı, çekirdekteki DNA'nın üç boyutlu düzeni olan kromatin mimarisini çözerek genç ve yaşlı kan kök hücrelerini ayırt etti; bu bulgu hücresel gençleştirme araştırmalarında yeni yollar açıyor.
Yaşlanma, vücudun kendini yenileme kapasitesini yavaş yavaş aşındırıyor ve kan hücrelerinin üretimini ciddi biçimde sekteye uğratıyor. Bu biyolojik saate karşı yarışta, kan kök hücrelerindeki değişiklikleri analiz etmek, gerilemelerini yavaşlatacak ve onlara ilk işlevlerini geri kazandıracak müdahalelerin önünü açmak için hayati önem taşıyor.
REKLAM
REKLAM
Barselona'dan bir bilim ekibi, kan kök hücrelerinin yaşlanmasını DNA'larının üç boyutlu yapısını inceleyerek tespit eden bir yapay zekâ aracı olan ChromAgeNet'i geliştirdi.
‘Aging Cell’ dergisinde yayımlanan ve Dr. Maria Carolina Florian (IDIBELL) ile Paula Petrone'nin (BSC-CNS/ISGlobal) liderliğini üstlendiği çalışma, kromatin düzeninin, genç ve yaşlı farelerden alınan hücreleri ayırt etmeye imkân tanıyan bilgiler içerdiğini ortaya koyuyor.
Biyomedisin ile süper hesaplama arasında köprü
Modeli eğitmek için araştırmacılar, fare kök hücre çekirdeklerinin 3D görüntülerine (kaynak İspanyolca) evrişimli sinir ağları uyguladı. ChromAgeNet, DNA'nın yaşlanmasını çözümlemek için sinir ağlarından yararlanıyor. Yapay zekâ, insan gözünün fark edemeyeceği ince yapısal farklılıkları tespit etmeyi mümkün kılıyor.
Biyomedisinde sinir ağları kullanılırken en büyük kaygılardan biri, sistemlerin kararlarını neye dayandırdıklarının bilinmemesi. ChromAgeNet, açıklanabilir bir yapay zekâ (XAI) sunarak bu engeli aşıyor.
Araştırma çalışmasının yürütücüleri IDIBELL'den María Carolina Florian ve BSC'den Paula PetroneAraştırma çalışmasının yürütücüleri IDIBELL'den María Carolina Florian ve BSC'den Paula Petrone
Araç, standart ve düşük maliyetli bir boyama yöntemi olan DAPI ile elde edilen görüntülerden yola çıkarak hücrelerin ortalama yaklaşık yüzde 68'ini genç ya da yaşlı farelerden geldiği şeklinde doğru sınıflandırmayı başardı.
Ayrıca ChromAgeNet, açıklanabilir bir yapay zekâ olmasıyla öne çıkıyor; bu sayede, tahminlerine hangi görüntü özelliklerinin katkıda bulunduğu incelenebiliyor. Bu analizler, diğer bölgelerin yanı sıra, yaşlanmayla ilişkilendirilen çekirdek çevresindeki değişikliklere işaret etti.
Analizler, genç hücrelerin çekirdek kenarlarında kromatinin sıkı ve düzenli bir biçimde konumlandığını, yaşlı hücrelerde ise dağınık hâle geldiğini gösterdi. Bir kavram kanıtı olarak, araç belirli epigenetik ilaçların (kaynak İspanyolca) kromatin örgütlenmesinde, genç hücrelerde görülen desenlere daha çok benzeyen değişiklikler yaratıp yaratmadığını değerlendiriyor. Bu da, kan dokusunu yenilemeye ve bağışıklık sistemini güçlendirmeye yönelik tedavilerin taranmasında aracın potansiyelini ortaya koyuyor. Kod ve görüntü veritabanı şimdiden uluslararası bilim camiasının kullanımına açılmış durumda.
Yapay zekâ araştırma ekipleriyle işbirliği
Bu araştırmanın sahip olabileceği pratik uygulamalara ilişkin olarak, Bellvitge Biyomedikal Araştırma Enstitüsü'nde (IDIBELL) baş araştırmacı olan Dr. Maria Carolina Florian 'Euronews'e şöyle açıklıyor: “Şu anda, fareye ait hematopoetik kök hücrelerde kavram kanıtı olarak işleyen bir araç geliştirmiş durumdayız. Şimdi bunu optimize etmek ve insan kök hücrelerine uyarlamak için çalışıyoruz; böylece yeni ilaçları değerlendirmek ve çekirdek mimarisini hedef alarak yaşlanmış kök hücreleri gençleştirmek için kullanabileceğimizi umuyoruz.”
Maria Carolina Florian, 'Euronews'e bu çalışmanın “Dr. Paula Petrone'nin (BSC ve ISGlobal) deneyimi sayesinde, gerçek bir araca dönüşmek için ideal zemini bulduğunu. Bunu geliştirmeye devam etmeyi ve insan kök hücreleriyle kullanım için genişletmeyi planlıyoruz. Ayrıca AB'den daha fazla fon talep ediyor ve Avrupa'da çalışmamızın pratik uygulamalarına ilgi duyan diğer bilim insanlarıyla temas kurmaya çalışıyoruz” diyor.
Öte yandan Paula Petrone, bu araştırmanın “derin öğrenme algoritmasının, düşük maliyetli bir madde olan DAPI ile boyanmış hücre çekirdeği görüntülerini analiz ederek genç ve yaşlı kök hücreleri birbirinden ayırt edebileceğini ortaya koyduğunu” düşünüyor.
Hücre mimarisini gençleştirmek için 3D haritalar ve açık kaynak kod
Hücre çekirdeğinin iç haritası, ayırt edici bir imza ortaya koyuyor: gençlikte kromatin, çekirdeğin kenarlarına sıkı bir biçimde yerleşmiş durumda; yıllar ilerledikçe bu mimari bozuluyor. Bu desenlerin tanımlanması, kan kök hücrelerinin bozulmasını incelemeye ve hematopoetik dokuyu yenileyerek tüm organizmada değişim yaratabilecek olası stratejileri değerlendirmeye yardımcı olabilir.
Algoritmanın pratik potansiyelini göstermek için ekip bir kavram kanıtı deneyi tasarladı: aracı, çeşitli epigenetik ilaçlara maruz bırakılmış yaşlı hücrelere uyguladı. Amaç, bu moleküllerin kromatin örgütlenmesinde, daha genç bir duruma karşılık gelen değişiklikler üretip üretemediğini görmekti.
Yeni bulguları hızlandırmak için ekip, aracın kodunu ve kök hücrelerin 3D görüntülerini içeren kamuya açık bir veri tabanını yayımladı; hedef, bağışıklık sistemini güçlendiren ve yaşlılıkta yaşam kalitesini artıran ilaçlar keşfetmek.
Çok sayıda uluslararası çalışma, bağışıklık sisteminin organizmanın yaşlanmasındaki temel rolünü doğruluyor. Maria Carolina Florian bunu şöyle aktarıyor: “Laboratuvarımızda, yaşlanmış hematopoetik kök hücreleri uyarmak ve gençleştirmek suretiyle yalnızca bağışıklık sisteminin işlevini değil, yaşam süresini ve tüm organizmanın sağlığını iyileştirme olanağı bulunduğunu göstermeye katkı sağladık.”
Uzun vadeli vaat, şimdilik temkin: ChromAgeNet'in ardındaki bilim temkin çağrısı yapıyor
Yeni araç ChromAgeNet, hematopoetik kök hücrelerin yaşlanmasına dahil olan temel moleküler mekanizmaların anlaşılmasına yardımcı olacak; bu mekanizmalar, gençleştirme amacıyla tedaviye konu edilebilir. Florian, sözlerini şöyle noktalıyor: “Bilgimizi genişletmeyi, bulgularımızı sağlamlaştırmayı ve yaşlanmış hematopoetik kök hücrelerin işlevini iyileştirecek yeni araçlar ve ilaçlar belirlemeyi umuyoruz.”
Paula Petrone, 'Euronews'e “Gelecekte bu teknik, gençleştirici potansiyele sahip yeni ilaçların taranmasında kullanılabilir. Böylece, yaşlanmış hücreleri farklı aday bileşiklerle tedavi ederek, yapay zekâ bu görüntüleri analiz edecek ve daha genç bir duruma karşılık gelen değişikliklere yol açan bileşikleri saptayabilecek” diyor.
Dr. Petrone'ye göre “Yaşam süresini uzatmak, sağlıklı yaşam süresini uzatmak kadar önemli değil. Gençleştirici potansiyele sahip yeni ilaçların keşfi, örneğin bağışıklık sisteminin yaşlanmasını iyileştirerek daha sağlıklı bir yaşlanmaya katkıda bulunabilir.”
Araştırmacı ise 'Euronews'e temkinli olunması gerektiğini vurguluyor: “Sonuçlarımızı abartmamak için çok dikkatli olmalıyız. Bu tür yeni teknolojilerin geliştirilmesi, doğrulanması ve nihayetinde klinik uygulamaya girmesi yıllar alıyor. Çalışmamız, nasıl yaşlandığımızın incelenmesine ve sağlıklı yaşlanmayı destekleyebilecek stratejiler arayışına yalnızca küçük bir katkı sunuyor.”