Определен молекулярный возраст глаза

«Что удивительно в глазах, так это то, что мы можем заглянуть внутрь и увидеть происходящие заболевания в реальном времени», — говорит старший автор Винит Махаджан, хирург и профессор офтальмологии в Стэнфордском университете. «Нашей основной задачей было связать эти анатомические изменения с тем, что происходит на молекулярном уровне внутри глаз наших пациентов».

Глаз — орган, который сложно брать у живых пациентов, потому что, как и мозг, он не регенеративен, и взятие биопсии ткани может привести к непоправимому повреждению. Альтернативный метод — использовать жидкую биопсию — образцы жидкости, взятые рядом с интересующими клетками или тканями. Хотя жидкая биопсия может дать представление о том, какие белки присутствуют в интересующей области, ее возможности до сих пор ограничены в измерении большого количества белков в небольших объемах жидкости, а также не могут предоставить информацию о том, какие белки присутствуют в интересующей области. Какие белки вырабатываются клетками, что важно для диагностики и лечения заболеваний.

Чтобы составить карту производства белка различными типами клеток глаза, команда Махаджана использовала метод высокого разрешения для характеристики белков в 120 жидких биопсиях, взятых из водянистой жидкости или стекловидного тела пациентов, перенесших операцию на глазу. В общей сложности они идентифицировали 5953 белка – в десять раз больше белков, ранее охарактеризованных в аналогичных исследованиях. Используя созданный ими программный инструмент под названием TEMPO, исследователи смогли отследить каждый белок до определенных типов клеток.

Чтобы исследовать взаимосвязь между болезнями и молекулярным старением, исследователи создали модель машинного обучения искусственного интеллекта, которая может предсказывать молекулярный возраст глаза на основе подмножества из 26 белков. Модель смогла точно предсказать возраст здоровых глаз, но показала, что заболевания связаны со значительным молекулярным старением. Что касается диабетической ретинопатии, степень старения увеличивалась по мере прогрессирования заболевания, и это старение ускорялось на целых 30 лет у лиц с тяжелой (пролиферативной) диабетической ретинопатией. Эти признаки старения иногда наблюдались до того, как у пациента появились клинические симптомы основного заболевания, и сохранялись у пациентов, успешно прошедших лечение.

Исследователи также обнаружили несколько белков, связанных с болезнью Паркинсона. Эти белки обычно идентифицируются посмертно, и современные диагностические методы не позволяют их обнаружить, что является одной из причин, по которой диагноз болезни Паркинсона так труден. Скрининг этих маркеров в глазной жидкости может позволить более раннюю диагностику болезни Паркинсона и последующий терапевтический мониторинг.

Авторы говорят, что эти результаты позволяют предположить, что старение может быть органо- или даже клеточно-специфичным, что может привести к прогрессу в точной медицине и дизайне клинических исследований. «Эти результаты показывают, что наши органы стареют с разной скоростью», — говорит первый автор и офтальмолог Джулиан Вольф из Стэнфордского университета. «Использование таргетных препаратов против старения может стать следующим шагом в превентивной и точной медицине».

«Если мы собираемся использовать молекулярную терапию, нам следует охарактеризовать молекулы наших пациентов», — говорит Махаджан. «Я думаю, что реклассификация пациентов на основе их молекулярных структур и того, какие клетки затронуты, может действительно улучшить клинические испытания, выбор лекарств и результаты лечения».

Далее исследователи планируют охарактеризовать образцы от большего числа пациентов и более широкого спектра глазных заболеваний. Они также говорят, что их метод можно использовать для характеристики других тканей, из которых трудно получить образцы. Например, жидкую биопсию спинномозговой жидкости можно использовать для изучения или диагностики головного мозга, синовиальную жидкость — для исследования суставов, а мочу — для исследования почек.