Биологический возраст, отличный от хронологического возраста человека, широко изучался с помощью часов прогнозирования старения. Однако эти часы имеют ограниченную точность в коротких масштабах времени.
Чтобы определить биологический возраст человека, который отличается от его хронологического возраста, исследователи создали «часы старения» на основе таких маркеров, как белки крови или метилирование ДНК. С помощью этих часов старения можно прогнозировать риск возрастных расстройств. Тем не менее, поскольку показатели белка и метилирования требуют анализа крови, менее навязчивые методы поиска аналогичных показателей могут сделать данные о старении более доступными.
Неожиданно особенности нашей сетчатки многое говорят о том, кто мы есть. Изображения сетчатки, соединенной с мозгом через кровеносные сосуды, являются важным источником биологических и физиологических данных. Его характеристики были связаны с несколькими возрастными расстройствами, включая болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания и диабетическую ретинопатию.
В этом новом исследовании ученые показали, что модели глубокого обучения могут точно предсказывать биологический возраст по изображению на сетчатке и раскрывать идеи, которые лучше предсказывают возрастные заболевания у людей. Ожидается, что модель улучшит понимание того, как генетические факторы влияют на старение.
В своем официальном блоге Google объявил, что они выпускают модификации кода для этих моделей, которые основаны на фреймворках ML для анализа изображений сетчатки.
Для этого исследования ученые обучили модели прогнозировать хронологический возраст, используя изображения глазного дна из набора данных EyePACS, чтобы прогнозировать хронологический возраст людей. Эти новые «часы старения», называемые «eyeAge», предсказывали хронологический возраст более точно, чем другие часы старения.
Затем ученые оценили итоговую производительность модели на протянутом наборе из 50 000 изображений сетчатки глаза и отдельном наборе данных UKBiobank, содержащем примерно 120 000 изображений. Прогнозы модели eyeAge точно соответствуют фактическому хронологическому возрасту людей (показано ниже; коэффициент корреляции Пирсона равен 0,87). Это первый случай, когда точные часы старения были созданы с использованием изображений сетчатки глаза.
Несмотря на то, что EyeAge и хронологический возраст часто хорошо совпадают в выборках, на рисунке также показаны лица, у которых EyeAge и хронологический возраст значительно различаются, в зависимости от того, предсказывает ли модель значение, которое значительно моложе или старше. Это может означать, что модель принимает во внимание аспекты изображений на сетчатке, которые представляют фактические биологические последствия, относящиеся к заболеваниям, которые становятся все более распространенными по мере биологического старения людей.
Исследователи изучили связь между этим несоответствием и такими заболеваниями, как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), инфаркт миокарда, и другими биомаркерами здоровья, такими как систолическое кровяное давление, чтобы увидеть, не вызвали ли его основные биологические переменные. Они обнаружили, что в этих ситуациях прогнозируемый возраст, превышающий фактический возраст, коррелирует с биомаркерами болезни и здоровья. Например, они продемонстрировали статистически значимую связь между EyeAge и смертностью от всех причин (p = 0,0028), что указывает на то, что более высокий EyeAge был связан с более высоким риском смерти во время исследования.
Индивидуально-специфический характер eyeAge был подкреплен многочисленными попаданиями GWAS в когорту Британского биобанка. Верхний локус GWAS был дополнительно подтвержден путем нокдауна гомолога мух, Alk, который замедлил возрастное снижение зрения у мух.
Исследователи отметили, «Это исследование демонстрирует потенциальную полезность часов старения сетчатки для изучения старения и связанных с возрастом заболеваний, а также для количественного измерения старения в кратких временных масштабах, открывая возможности для быстрой и действенной оценки геропротекторной терапии».
«У наших часов EyeAge много потенциальных применений. Как показано выше, это позволяет исследователям обнаруживать маркеры старения и связанных с возрастом заболеваний, а также идентифицировать гены, функции которых могут быть изменены лекарствами для обеспечения более здорового старения. Это также может помочь исследователям лучше понять влияние привычек образа жизни и вмешательств, таких как физические упражнения, диета и лекарства, на биологическое старение человека».
«Кроме того, часы EyeAge могут быть полезны в фармацевтической промышленности для оценки омолаживающих и антивозрастных методов лечения. Отслеживая изменения в сетчатке с течением времени, исследователи смогут определить эффективность этих вмешательств в замедлении или обращении вспять процесса старения».
«Наши результаты также показывают, что часы EyeAge, основанные на изображениях сетчатки, не зависят от часов старения на основе биомаркеров крови. Это позволяет исследователям изучать старение под другим углом и в сочетании с другими маркерами обеспечивает более полное понимание биологического возраста человека. Кроме того, в отличие от нынешних часов старения, менее инвазивный характер визуализации (по сравнению с анализами крови) может позволить использовать eyeAge для действенных биологических и поведенческих вмешательств».
Ссылка на журнал:
- Сара Ахади, Кеннет А. Уилсон и др. Продольная визуализация глазного дна и анализ ее полногеномной ассоциации свидетельствуют о наличии часов старения сетчатки человека. электронная жизнь. DOI: 10.7554/eLife.82364
