Что, если бы существовал способ омолодить стареющие клетки мозга? Международная исследовательская группа из Испании и Люксембурга недавно занялась этим вопросом. Разработав часы старения, способные оценивать биологический возраст мозга, они использовали их для выявления возможных методов его омоложения. Созданный ими вычислительный инструмент, недавно представленный в журнале Advanced Science, представляет собой ценный ресурс для поиска соединений с терапевтическим потенциалом при нейродегенеративных заболеваниях.

В связи с быстрым старением населения мира, когда, по прогнозам, к 2050 году более двух миллиардов человек будут старше 60 лет, растёт число возрастных заболеваний мозга. Продолжительная жизнь в плохом состоянии здоровья — это не только пугающая перспектива, но и серьёзное бремя для систем здравоохранения во всём мире. Поэтому идея противодействовать снижению функциональности мозга с помощью омолаживающих вмешательств звучит многообещающе.

Вопрос в том, как выявить соединения, способные эффективно омолаживать клетки мозга и защищать стареющее население от нейродегенерации? Профессор Антонио Дель Соль и его команды специалистов по вычислительной биологии из CIC bioGUNE, члена BRTA, и Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB) при Люксембургском университете, использовали свой опыт в области машинного обучения для решения этой задачи.

Создание часов для измерения биологического возраста мозга

Исследователи разработали так называемые «часы старения» – вычислительный инструмент , предназначенный для измерения биологического возраста клеток, а не их хронологического возраста. Действительно, органы и ткани людей одного возраста могут развиваться по-разному с течением времени в зависимости от генетических и экологических факторов, что приводит к разным биологическим возрастам. Таким образом, эти часы являются полезными инструментами для оценки старения на молекулярном уровне и могут помочь в понимании его причин и последствий.

Часы, разработанные исследователями CIC bioGUNE и LCSB, специфичны для мозга и используют информацию об экспрессии 365 генов для прогнозирования. С помощью машинного обучения они были обучены на данных здоровых людей в возрасте от 20 до 97 лет и смогли точно предсказать их возраст.

Дальнейшие испытания показали, что часы способны оценивать биологический возраст различных типов клеток мозга, особенно нейронов. Наконец, сравнивая прогнозируемый биологический возраст здоровых людей и пациентов с неврологическими заболеваниями, исследователи обнаружили, что у пациентов биологический возраст оказался выше.

«Наши результаты говорят о том, что биологический возраст клеток мозга, рассчитанный с помощью наших часов, отражает ухудшение мозговой функции у пациентов, особенно в возрасте от 60 до 70 лет, и даже коррелирует со степенью нейродегенерации», — объясняет доктор Гиллем Сантамария, первый автор исследования.

«Это подтверждает точку зрения о нейродегенерации как о форме ускоренного старения, но, что ещё важнее, положительная связь между нейродегенерацией и биологическим возрастом позволяет предположить, что омолаживающие вмешательства, выявленные с помощью часов, могут служить нейропротекторами».

Выявление соединений, обладающих омолаживающим потенциалом

Целью исследователей было использовать эти часы для поиска генетических или химических вмешательств, которые позволили бы значительно замедлить биологический возраст клеток мозга. Они изучили влияние тысяч соединений на нейрональные клетки-предшественники и нейроны и выявили 453 уникальных омолаживающих вмешательства.

Среди выявленных соединений, которые потенциально способны обратить вспять биологический возраст двух типов клеток мозга , несколько известны своей способностью продлевать жизнь у животных, а некоторые уже используются для лечения неврологических расстройств, но подавляющее большинство еще не изучалось в контексте продления здоровья или продолжительности жизни.

«С одной стороны, тот факт, что наша вычислительная платформа выявила препараты, которые оказывают известное влияние на функцию мозга, подтверждает идею о том, что использование прогнозируемого влияния соединения на биологический возраст является эффективным способом оценки его нейропротекторного потенциала», — поясняет профессор Антонио Дель Соль, исследователь из Икербаска и руководитель групп вычислительной биологии в CIC bioGUNE и LCSB.

«С другой стороны, результаты также показывают, что наши часы могут помочь нам обнаружить множество новых кандидатов, омолаживающие свойства которых ранее не изучались. Это открывает множество новых возможностей».

Первая проверка на модели животных и расширение терапевтических горизонтов

В качестве подтверждения концепции своего подхода исследователи совместно с группой профессора Рубена Ногейраса из Центра исследований молекулярной медицины и хронических заболеваний протестировали три предсказанных соединения на мышах. Введение этих препаратов значительно снизило тревожность и немного улучшило пространственную память у пожилых мышей, что позволило устранить два хорошо известных симптома, связанных со старением.

Анализ экспрессии генов показал, что сочетание этих соединений также приводило к изменению фенотипа в сторону более молодого. В целом, эти результаты показывают, что ряд соединений, предположительно омолаживающих мозг, действительно вызывал омоложение на молекулярном уровне в коре головного мозга пожилых мышей и влиял на поведенческие и когнитивные функции.

В глобальном масштабе исследование подчеркивает, что разработанные исследователями вычислительные часы старения представляют собой ценный ресурс для выявления методов омоложения мозга, обладающих терапевтическим потенциалом при нейродегенеративных заболеваниях. Оно закладывает прочную основу для дальнейших исследований.

«Сотни соединений, предсказанных нашей платформой, требуют проверки в различных биологических системах для оценки их эффективности и безопасности, что открывает широкие возможности для будущих терапевтических разработок», — заключает профессор Антонио Дель Соль.