طور باحثون نظاما للذكاء الاصطناعي يستطيع اكتشاف اختلافات دقيقة بين الخلايا الجذعية الشابة والخلايا الجذعية المتقدمة في العمر، وهي اختلافات يصعب ملاحظتها بالعين المجردة.
وقد تساعد هذه التقنية مستقبلا في اكتشاف مواد يمكنها التأثير في التغيرات المرتبطة بتقدم الخلايا في العمر.
نموذج ذكاء اصطناعي لتحليل الخلايا
شيخوخة الخلايا الجذعية ( مصدر الصور: Magnific )
طور باحثون من معهد برشلونة للصحة العالمية (ISGlobal) ومعهد بيلفيتجه للأبحاث الطبية الحيوية (IDIBELL) ومركز برشلونة للحوسبة الفائقة نموذجا للتعلم العميق يحمل اسم ChromAgeNet.
ودرب الباحثون النموذج باستخدام صور مجهرية ثلاثية الأبعاد لنوى الخلايا الجذعية المكونة للدم لدى الفئران.
ونشرت نتائج الدراسة في مجلة Aging Cell.
مع تقدم العمر، تصبح الخلايا الجذعية المكونة للدم أقل قدرة على أداء وظائفها، ما يؤثر في عمل الجهازين الدموي والمناعي.
وفي الوقت نفسه، تتغير طريقة تنظيم الكروماتين، وهو مركب يتكون من الحمض النووي والبروتينات، ويساعد على تنظيم وتعبئة الحمض النووي، كما يشارك في التحكم في نشاط الجينات.
وافترض الباحثون أن هذه التغيرات يمكن استخدامها بوصفها مؤشرا على شيخوخة الخلايا.
تحليل أكثر من 1200 صورة ثلاثية الأبعاد
حلل العلماء 1229 صورة ثلاثية الأبعاد لنوى الخلايا الجذعية المكونة للدم لدى فئران صغيرة وأخرى متقدمة في العمر.
وتراوحت أعمار الفئران الصغيرة بين 10 و16 أسبوعا، بينما تجاوز عمر الفئران الأكبر سنا 80 أسبوعا.
وقام نموذج ChromAgeNet بتحليل خصائص توزيع الكروماتين داخل نواة الخلية، ثم حدد المجموعة العمرية التي تنتمي إليها كل خلية.
الكروماتين يكشف علامات الشيخوخة
وجد الباحثون أن بعض علامات الشيخوخة ارتبطت بتغيرات في الإنتروبيا، وهي مقياس يصف درجة عدم تجانس توزيع الكروماتين داخل النواة.
كما ظهرت تغيرات في موقع الكروماتين بالنسبة إلى محيط النواة.
وبذلك، لا يقتصر دور النظام على التمييز بين الخلايا الشابة والمتقدمة في العمر، بل يمكنه أيضا مساعدة الباحثين على فهم التغيرات التي تطرأ على بنية نواة الخلية وترتبط بالتقدم في العمر.
اختبار مواد تؤثر في الشيخوخة
بعد ذلك، اختبر العلماء قدرة ChromAgeNet على اكتشاف التغيرات التي تحدث في الخلايا القديمة بعد تعرضها لأربعة مواد تؤثر في العمليات المرتبطة بالتقدم في العمر.
لكن النتائج الحالية لا تعني أن الباحثين تمكنوا من إعادة شباب الخلايا الجذعية.
ويؤكد الباحثون ضرورة إجراء المزيد من الدراسات للتحقق مما إذا كانت التغيرات التي اكتشفها النظام في الكروماتين تترافق فعلا مع استعادة الخلايا لوظائفها الطبيعية، وما إذا كانت تتوافق مع تغير حقيقي في عمرها البيولوجي.
وقد توفر هذه التقنية مستقبلا وسيلة لدراسة شيخوخة الخلايا الجذعية بدقة أكبر، واختبار مواد وعلاجات محتملة تستهدف التغيرات المرتبطة بالتقدم في العمر.