تقنية ذكاء اصطناعي ت追踪衰老细胞的变化并衡量其老化程度

تقنية مساعدة بالذكاء الاصطناعي لقياس وتتبع الخلايا المسنة كشفت دراسة جديدة أن مزيجًا من التصوير عالي الدقة والتعلم الآلي، المعروف أيضًا بالذكاء الاصطناعي (AI)، يمكن أن يُستخدم لتتبع الخلايا التالفة نتيجة الإصابات أو الشيخوخة أو الأمراض، والتي توقفت عن النمو والتكاثر بشكل طبيعي. تلعب هذه الخلايا المسنة دورًا أساسيًا في إصلاح الجروح والأمراض المرتبطة بالشيخوخة مثل السرطان وأمراض القلب، مما قد يؤدي إلى فهم أفضل لكيفية فقدان الأنسجة لقدرتها على التجدد مع مرور الوقت وكيفية تشجيعها للأمراض. كما يمكن أن توفر هذه الأداة رؤى قيمة حول العلاجات التي قد تساعد في عكس هذه الأضرار. قاد فريق من الباحثين في قسم جراحة العظام في جامعة نيويورك لانغون (NYU Langone Health) هذه الدراسة، والتي تضمنت تدريب نظام كمبيوتر لمساعدتهم في تحليل خلايا حيوانية تالفة بسبب زيادة تركيزات الكيماويات مع مرور الزمن، بهدف محاكاة الشيخوخة البشرية. يُعرف أن الخلايا التي تتعرض باستمرار للتوتر البيئي أو البيولوجي تصبح مسنة، مما يعني أنها تتوقف عن التكاثر وتبدأ في إطلاق جزيئات تشير إلى أنها تعرضت للإصابة. نشرت الدراسة في دورية Nature Communications عبر الإنترنت في السابع من يوليو، وكشفت تحليلات الذكاء الاصطناعي عن عدة خصائص قابلة للقياس ترتبط بنواة الخلية، وهي مركز تحكمها، وتشير عندما تُجمع معًا إلى درجة الشيوخة في الأنسجة أو مجموعات الخلايا. وكانت هذه الخصائص تشمل توسع النواة، وجود نقاط أو مراكز أكثر كثافة، وعدم انتظام شكلها، وصبغ المواد الوراثية فيها بلون أفتح من الطبيعي باستخدام الأصباغ الكيميائية القياسية. أكدت الاختبارات اللاحقة أن الخلايا التي تمتلك هذه الخصائص كانت بالفعل مسنة، حيث أظهرت علامات على توقف التكاثر وجود حمض النووي التالف وlysosomes (خلايا تخزين الإنزيمات) كثيفة الحزم. كما استجابت هذه الخلايا للأدوية senolytics الموجودة. من خلال تحليلاتهم، CREATED الباحثون ما يُطلق عليه nuclear morphometric pipeline (NMP)، وهو أداة تستخدم الخصائص الفيزيائية المُتغيِّرة لنواة الخلية لإنتاج درجة شيوخة واحدة تصف مجموعة واسعة من الخلايا. على سبيل المثال، يمكن مقارنة مجموعات الخلايا المسنة تمامًا بمجموعة من الخلايا الصحية على مقياس من سالب 20 إلى موجب 20. للتحقق من صحة درجة NMP، أظهر الباحثون أن الأداة تمكنت من التمييز بدقة بين الخلايا الصحية والمرضية في فئران صغيرة من عمر ثلاثة أشهر إلى أكثر من سنتين. كانت مجموعات الخلايا المسنة في الفئران الكبيرة السن لديها درجات NMP أقل بشكل كبير من مجموعات الخلايا في الفئران الصغيرة. كما اختبر الباحثون أداتهم NMP على خمسة أنواع من الخلايا في فئران صغيرة مختلفة الأعمار وفي أنسجة عضلية تالفة أثناء عملية الإصلاح. أظهر NMP أنه يُتابِع عن كثب مستويات الخلايا المسنة وغير المسنة من الخلايا الجذعية المسنخية، والخلايا الجذعية العضلية، والخلايا الوعائية، والخلايا المناعية في الفئران الصغيرة والبالغة والمسنة. على سبيل المثال، تمكن استخدام NMP من تأكيد أن الخلايا الجذعية العضلية المسنة غائبة في الفئران التي لم تتعرض للإصابة، ولكنها موجودة بعدد كبير في الفئران التي تعرضت للإصابة على الفور (حيث تساعد في بداية عملية الإصلاح)، مع انخفاض تدريجي أثناء تجديد الأنسجة. أظهر الاختبار النهائي أن NMP نجح في التمييز بين الخلايا الغضروفية الصحية والمسنة، والتي كانت أكثر شيوعًا بنسبة عشرة أضعاف في الفئران المسنة المصابة بالتهاب المفاصل العظمي مقارنة بالفئران الصغيرة والصحية. يُعرف التهاب المفاصل العظمي بأنه يزداد سوءًا مع تقدم العمر. قال الباحث الرئيسي في الدراسة، الدكتور مايكل ووزشينا، الأستاذ المساعد في قسم جراحة العظام في كلية الطب NYU Grossman: "تُظهر دراستنا أن الخصائص المورفومترية النووية يمكن أن تخدم كأداة موثوقة لتحديد وتتبع الخلايا المسنة، ونعتقد أنها مفتاح لبحوث المستقبل وفهم تجديد الأنسجة والشيخوخة والأمراض التقدمية." يضيف ووزشينا أن دراستهم أكدت تطبيق NMP الواسع في دراسة الخلايا المسنة عبر جميع الأعمار وأنواع الأنسجة المختلفة وفي مجموعة متنوعة من الأمراض. يُخطط الفريق لإجراء تجارب إضافية لفحص استخدام NMP في الأنسجة البشرية، بالإضافة إلى دمج NMP مع أدوات البايوماركر الأخرى لدراسة الشيوخة وأدوارها المختلفة في إصلاح الجروح والشيخوخة والأمراض. يقول ووزشينا إن هدفهم النهائي من NMP، الذي تقدمت جامعة نيويورك بطلب براءة اختراع له، هو استخدامه لتطوير علاجات تمنع أو تُرَاجِع الآثار السلبية للشيوخة على الصحة البشرية. قال الباحث المشارك الرئيسي، ساهيل مابكار، طالب الدكتوراه في كلية الهندسة NYU Tandon: "يوفر منصتنا الاختبارية طريقة صارمة لدراسة الخلايا المسنة ولاختبار فعالية العلاجات، مثل الأدوية senolytics، في استهداف هذه الخلايا في أنواع مختلفة من الأنسجة والأمراض." يشير مابкар إلى أن الطرق الحالية لتحديد الخلايا المسنة صعبة الاستخدام، مما يجعلها أقل موثوقية من nuclear morphometric pipeline (NMP)، الذي يعتمد على صبغة نواة الخلية الأكثر استخدامًا. بالإضافة إلى ووزشينا ومابكار، شارك في هذه الدراسة باحثون آخرون من NYU Langone، بما في ذلك الباحثين الرئيسيين المشاركين سارة بلس وإدغار بيريز كرباجال، والباحثين المشاركين شون موراي، زهيرو لي، آنا ويلسون، فيكرانت بيبرودي، يوجين لي، ثورستن كيرش، كاترينا بيتروف، وفنجيان لي. تقييم الحدث من قبل المختصين: يعتبر تطوير nuclear morphometric pipeline (NMP) خطوة هامة نحو فهم أفضل لدور الخلايا المسنة في الشيخوخة والأمراض. يُعد هذا الأداة أكثر دقة وموثوقية من الطرق التقليدية، مما يوفر للعلماء أداة فعالة لدراسة آليات الشيوخة وتأثيرها على الجسم. كما يمكن أن تساهم هذه التقنية في تطوير علاجات مستقبلية تهدف إلى عكس الآثار السلبية للشيوخة على الصحة البشرية. نبذة تعريفية عن NYU Langone Health: تعد جامعة نيويورك لانغون (NYU Langone Health) من المؤسسات الطبية الرائدة في الولايات المتحدة، وتضم مركزًا للبحث العلمي وقسمًا متخصصًا في جراحة العظام. تُركز الجامعة على توفير الرعاية الطبية عالية الجودة والبحث العلمي المبتكر في مجالات متنوعة، بما في ذلك الشيخوخة وأمراض الجهاز العظمي.