Yaşlanma, vücudun kendini yenileme kapasitesini yavaş yavaş aşındırıyor ve kan hücrelerinin üretimini ciddi biçimde sekteye uğratıyor. Bu biyolojik saate karşı yarışta,kan kök hücrelerindekideğişiklikleri analiz etmek, gerilemelerini yavaşlatacak ve onlara ilk işlevlerini geri kazandıracak müdahalelerin önünü açmak için hayati önem taşıyor.
Barselona'dan bir bilim ekibi, kan kök hücrelerinin yaşlanmasını DNA'larının üç boyutlu yapısını inceleyerek tespit eden bir yapay zekâ aracı olanChromAgeNet'i geliştirdi.
‘Aging Cell’ dergisinde yayımlanan ve Dr.Maria Carolina Florian(IDIBELL) ilePaula Petrone'nin (BSC-CNS/ISGlobal) liderliğini üstlendiği çalışma, kromatin düzeninin,genç ve yaşlı farelerden alınan hücreleriayırt etmeye imkân tanıyan bilgiler içerdiğini ortaya koyuyor.
Modeli eğitmek için araştırmacılar,fare kök hücre çekirdeklerinin 3D görüntülerine(kaynak İspanyolca)evrişimli sinir ağları uyguladı. ChromAgeNet, DNA'nın yaşlanmasını çözümlemek içinsinir ağlarındanyararlanıyor.Yapay zekâ, insan gözünün fark edemeyeceğiince yapısal farklılıkları tespit etmeyi mümkün kılıyor.
Biyomedisindesinir ağlarıkullanılırken 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 ortalamayaklaşık yüzde 68'inigenç ya da yaşlı farelerden geldiği şeklinde doğru sınıflandırmayı başardı.
Ayrıca ChromAgeNet,açıklanabilir bir yapay zekâolmasıyla 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 kenarlarındakromatinin 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 şimdidenuluslararası bilim camiasının kullanımına açılmış durumda.
Bu araştırmanın sahip olabileceğipratik uygulamalarailişkin 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; böyleceyeni ilaçları değerlendirmekve 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 ederekgenç ve yaşlı kök hücreleri birbirinden ayırt edebileceğiniortaya koyduğunu” düşünüyor.
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 bozulmasınıincelemeye ve hematopoetik dokuyu yenileyerek tüm organizmada değişim yaratabilecek olası stratejileri değerlendirmeye yardımcı olabilir.
Algoritmanınpratik potansiyelinigöstermek 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 hücreleriuyarmak ve gençleştirmeksuretiyle yalnızca bağışıklık sisteminin işlevini değil, yaşam süresini ve tüm organizmanın sağlığını iyileştirme olanağı bulunduğunu göstermeye katkı sağladık.”
Yeni araç ChromAgeNet, hematopoetik kök hücrelerin yaşlanmasına dahil olan temel moleküler mekanizmaların anlaşılmasına yardımcı olacak; bu mekanizmalar,gençleştirme amacıyla tedaviye konuedilebilir. 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 ilaçlarıntaranmasında 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 süresiniuzatmak 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 yaşlandığımızınincelenmesine ve sağlıklı yaşlanmayı destekleyebilecek stratejiler arayışına yalnızca küçük bir katkı sunuyor.”
Kaynak: Euronews Sağlık
