Yaşlanma, vücudun kendini yenileme kapasitesini yavaş yavaş aşındırarak özellikle kan hücrelerinin üretimini ciddi biçimde zayıflatıyor. Bu biyolojik saatle yarışta, kan yapıcı (hematopoietik) kök hücrelerdeki değişimleri analiz etmek, bu hücrelerin gerilemesini yavaşlatacak ve onlara özgün işlevlerini geri kazandırabilecek müdahalelere kapı aramak açısından hayati önem taşıyor.
Barselona'dan bir bilim ekibi, kan kök hücrelerinin yaşlanmasını DNA'larının üç boyutlu yapısını inceleyerek saptayan bir yapay zeka aracı olanChromAgeNet'i geliştirdi.
'Aging Cell' dergisinde yayımlanan veMaria Carolina Florian(IDIBELL) ilePaula Petronenin (BSC-CNS/ISGlobal) liderlik ettiği çalışma, kromatin düzeninin genç ve yaşlı farelerden alınan hücreleri ayırt etmeye yarayan bilgiler içerdiğini ortaya koyuyor.
Modeli eğitmek için araştırmacılar,fare kök hücre çekirdeklerinin 3B görüntüleri(kaynak İspanyolca)ne evrişimsel sinir ağları uyguladı. ChromAgeNet, DNA'nın yaşlanmasını çözümlemek içinsinir ağlarındanyararlanıyor.Yapay zeka, insan gözünün fark edemeyeceğiince yapısal farklılıkları tespit etmeyi mümkün kılıyor.
Biyomedikal alandasinir ağlarıkullanılırken en büyük kaygılardan biri, kararlarını neye dayandırdıklarının bilinmemesi. ChromAgeNet,açıklanabilir bir yapay zeka (XAI) sunarakbu engeli aşıyor.
Bu araç, DAPI adı verilen, standart ve düşük maliyetli bir boyama ile elde edilen görüntülerden yola çıkarak,hücrelerin ortalama yaklaşık yüzde 68'inigenç ya da yaşlı farelerden geldiği şeklinde doğru sınıflandırmayı başardı.
Ayrıca ChromAgeNet'inaçıklanabilir bir yapay zeka olmasıda öne çıkıyor; bu sayede, görüntülerdeki hangi özelliklerin tahminlere katkıda bulunduğu ayrıntılı biçimde incelenebiliyor. Bu analizler, diğer bölgelerin yanı sıra çekirdek çevresinde yaşlanmayla ilişkili değişimlere işaret etti.
Analizler,genç hücrelerde çekirdeğin kenarlarındakromatinin sıkı ve düzenli biçimde toplandığını, yaşlı hücrelerde ise dağıldığını gösterdi. Bir kavram kanıtı olarak,araç, bazı epigenetik ilaçların(kaynak İspanyolca)kromatin organizasyonunda, genç hücrelerde görülenlere daha çok benzeyen kalıplar oluşturup oluşturmadığını değerlendiriyor. Bu da, kan dokusunu yenileyebilecek ve bağışıklık sistemini güçlendirebilecek tedavilerin taranmasında aracın potansiyelini ortaya koyuyor. Kod ve görüntü veritabanı artıkuluslararası bilim camiasının kullanımına açık.
Bu çalışmanınpratik uygulamalarına ilişkin olarak, Bellvitge Biyomedikal Araştırma Enstitüsü'nde (IDIBELL) baş araştırmacı olan Maria Carolina Florian Euronews'e şöyle konuşuyor: "Şu anda, fare hematopoietik kök hücrelerinde bir kavram kanıtı aracı olarak çalışan bir sistem geliştirdik. Şimdi bunu optimize etmek ve insan kök hücrelerine uyarlamak için çalışıyoruz; böyleceçekirdek mimarisine etki edebilecek yeni ilaçlarıdeğerlendirmek ve yaşlanmış kök hücreleri gençleştirmek için kullanmayı umuyoruz."
Maria Carolina Florian, Euronews'e verdiği demeçte, bu çalışmanın "BSC ve ISGlobal'dan Dr. Paula Petrone'un deneyimi sayesinde gerçek bir araca dönüşmesi için ideal zemini bulduğunu" anlatıyor ve şöyle devam ediyor: "Bu aracı geliştirmeyi ve insan kök hücrelerinde kullanılacak şekilde genişletmeyi planlıyoruz. Ayrıca AB'den ilave finansman talep ediyor ve Avrupa'da çalışmamızın pratik uygulamalarına ilgi duyan diğer bilim insanlarıyla bağlantı kurmaya çalışıyoruz."
Paula Petrone ise bu araştırmanın, "derin öğrenme tabanlı bir algoritmanın, düşük maliyetli DAPI boyasıyla işaretlenmiş hücre çekirdeği görüntülerini inceleyerekgenç ve yaşlı kök hücreleri birbirinden ayırt edebildiğiniortaya koyduğunu" düşünüyor.
Hücre çekirdeğinin iç haritası belirgin bir imza ortaya koyuyor: gençlikte kromatin, çekirdeğin kenarlarında sıkı biçimde mevzilenmiş; yıllar geçtikçe bu mimari bozuluyor. Bu kalıpların saptanması,kan kök hücrelerinin bozulmasınıincelemeye ve hematopoietik dokuyu yenileyebilecek, dolayısıyla tüm organizmada değişim yaratabilecek olası stratejileri değerlendirmeye yardımcı olabilir.
Algoritmanınpratik potansiyelini göstermekiçin ekip, yaşlı hücreleri çeşitli epigenetik ilaçlara maruz bırakıp aracı bu hücreler üzerinde denediği bir kavram kanıtı tasarladı. Amaç neydi? Bu moleküllerin, kromatin organizasyonunda daha genç bir duruma karşılık gelen değişimler yaratıp yaratmadığını görmek.
Yeni keşifleri hızlandırmak için ekip, aracın kodunu ve kök hücrelere ait 3B görüntüler içeren bir kamu veritabanını yayımladı; hedef,bağışıklık sistemini güçlendirecek ve yaşlılıkta yaşam kalitesini artıracak ilaçlar bulmak.
Çok sayıda uluslararası çalışma, bağışıklık sisteminin organizmanın yaşlanmasındaki temel rolünü ortaya koyuyor. Maria Carolina Florian da bunu doğrulayarak şunları söylüyor: "Laboratuvarımızda, yaşlanmış hematopoietik kök hücreleri uyarıp gençleştirerek yalnızca bağışıklık sisteminin işlevini değil, aynı zamanda yaşam süresini ve organizmanın genel sağlığını da iyileştirmenin mümkün olduğunu gösterdik."
Yeni ChromAgeNet aracı, hematopoietik kök hücrelerin yaşlanmasına karışan temel moleküler mekanizmaların anlaşılmasına yardımcı olacak; bu mekanizmalar,gençleştirme amaçlı tedavilerin hedefihaline gelebilir. Florian, "Bilgimizi genişletmeyi, bulgularımızı sağlamlaştırmayı ve yaşlanmış hematopoietik kök hücrelerin işlevini iyileştirecek yeni araçlar ve ilaçlar belirlemeyi umuyoruz" diye ekliyor.
Paula Petrone'ya göre, "Gelecekte bu teknik, gençleştirici potansiyeli olanyeni ilaç adaylarını taramakiçin kullanılabilir. Böylece yaşlı hücreler farklı aday bileşiklerle tedavi edilirken, yapay zeka bu görüntüleri analiz ederek daha genç bir duruma karşılık gelen değişimleri tetikleyen molekülleri saptayabilir."
Doktor Petrone, "Yaşam süresini uzatmak, sağlıklı yaşam süresini uzatmak kadar önemli değil. Gençleştirici potansiyele sahip yeni ilaçların bulunması, örneğin bağışıklık sisteminin yaşlanmasını iyileştirmeye ve böylece daha sağlıklı bir yaşlanmaya katkıda bulunmaya yardımcı olabilir" diyor.
Ancak araştırmacı Euronews'e temkin çağrısı yapmayı da ihmal etmiyor: "Sonuçlarımızı abartmamak için son derece dikkatli olmalıyız. Bu tür yeni teknolojilerin geliştirilmesi, doğrulanması ve nihayetinde klinikte kullanılmaya başlaması yıllar alıyor. Çalışmamız,nasıl yaşlandığımızı anlamayave sağlıklı yaşlanmayı destekleyebilecek stratejiler arayışına yalnızca küçük bir katkı sunuyor."
Kaynak: Euronews Sağlık
