Altern ist ein systemischer Prozess, der durch komplexe Netzwerke auf mehreren Ebenen, von den Molekülen bis zum Körper, reguliert wird. Mikroskopische Störungen kaskadieren im Netzwerk und treiben den makroskopischen Rückgang und das Fortschreiten chronischer Krankheiten voran. Beeinflusst durch die unterschiedlichen Gesundheitsreserven zwischen Individuen und die asynchronen Merkmale der Organalterung weist die Alterungsrate gleichaltriger Menschen erhebliche Unterschiede auf. Die Entwicklung der Biotechnologie und der künstlichen Intelligenz hat den Wandel der Alterungsforschung von der deskriptiven Korrelation zur quantifizierbaren Intervention vorangetrieben und versucht, Fragen wie „Wie alt ist ein Mensch“, „Wo altert man zuerst, warum altert man und wie kann man eingreifen“ zu beantworten?
Kürzlich hat das Beijing Genome Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Nationales Bioinformatikzentrum) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Zoologie und anderen Einheiten ein digitales holografisches Rahmenwerk für den Alterungsprozess des Menschen entwickelt, um mehrdimensionale Alterungsdaten einem individualisierten digitalen Zwillingsmodell zuzuordnen. Im Proof-of-Concept analysierte das Team eine standardisierte Kohorte gesunder Freiwilliger in vier Zentren, sammelte mehr als 240 Parameter, baute ein multimodales, mehrstufiges und interpretierbares Alterungsuhrsystem auf und konstruierte ein digitales Alterungsmodell des menschlichen Körpers, das quantifizierbar, simuliert und eingriffsfähig ist. Dieses Framework erweitert effektiv die Dimension der Alterungsbewertung und kann das biologische Alter genau vorhersagen, die Asynchronität der Organalterung abbilden und alterungstreibende Moleküle wie Gerinnungsfaktoren identifizieren.
Dieses Framework folgt der dreischichtigen Logik „Lesen, Berechnen und Anpassen“. „Lesen“, um mehrdimensionale Alterungsdaten zu erhalten. „Berechnung“ basiert auf der multimodalen Alterungsuhr, um Daten in biologisches Alter und Organalterungsrate umzuwandeln. Die Kernfähigkeitsuhr integriert mehr als 240 physiologische Indikatoren. Die multimodale Uhr integriert sechs Ebenen molekularer Daten, um den Altersvorhersagefehler auf 3,87 Jahre zu reduzieren. Die Organuhr basiert auf der Flüssigphasenbiopsie-Technologie, um das biologische Alter von sechs Organen unabhängig zu bestimmen und die asynchronen Merkmale des Alterns aufzudecken. „Tune“ zielt auf zielgerichtete, alterungsfördernde Moleküle basierend auf kausalen Schlussfolgerungen ab.
Die Studie konstruierte außerdem unabhängige Alterungsuhren für sechs Hauptorgane: Gehirn, Leber, Lunge, Muskeln, Blutgefäße und Haut. Untersuchungen haben bestätigt, dass es bei der Organalterung zu einer erheblichen Asynchronität kommt und der Alterungswendepunkt der Leber früher liegt als der des Gehirns. Das Team identifizierte außerdem zwei nichtlineare Veränderungsfenster zwischen dem 40. und 50. Lebensjahr sowie zwischen dem 60. und 70. Lebensjahr. Die signifikante Aktivierung des Gerinnungswegs im Alter von 60 bis 70 Jahren ist ein kritisches Stadium für eine beschleunigte Alterung.
Die Studie ergab auch, dass Gerinnungsfaktoren, die aus alternden Lebern stammen, synergistisch hochreguliert werden. In-vitro-Experimente haben bestätigt, dass wichtige Gerinnungsfaktoren die Alterung von Endothelzellen auslösen können; In-vivo-Experimente an Mäusen haben gezeigt, dass die Injektion von F13B eine beschleunigte Alterung mehrerer Gewebe auslösen kann, was bestätigt, dass Gerinnungsfaktoren die Kernmoleküle sind, die die Alterung von Blutgefäßen und mehreren Organen vorantreiben.
Die klinische Übersetzung zeigt, dass die Kernuhr nur mit einem repräsentativen Satz von Plasmaproteinen annähernd rekonstruiert werden kann, was darauf hindeutet, dass Bluttests eine praktikable Methode zur Bestimmung des biologischen Alters sein könnten. Die organspezifische Alterungsuhr kann frühzeitig alternde Organe erkennen und differenzierte Interventionsziele liefern. Bei der durch Gerinnungsfaktoren bedingten Gefäßalterung kann es auf den Gerinnungsweg abzielen. Die Alterung anderer Organtypen kann mit unterschiedlichen Lebensstilen oder medikamentösen Eingriffen in Einklang gebracht werden.
Diese Studie markiert einen Paradigmenwechsel in der Alterungswissenschaft von deskriptiv zu systematisch und kausal und etabliert das quantifizierbare biologische Alter als zentralen Bewertungsindikator für Alterungsinterventionen. Derzeit iteriert das Forschungsteam das Modell weiter, indem es Längsschnittdaten einführt, verschiedene Populationen abdeckt, kostengünstige Nachweistechnologien entwickelt und schrittweise Probleme wie Einschränkungen von Querschnittsdaten und die Verifizierung von Gerinnungsfaktorhemmern löst. Es wird erwartet, dass diese Errungenschaft einen dynamischen Gesundheits-Twin-Motor aufbauen und einen standardisierten und umwandelbaren neuen Weg für gesundes Altern bieten wird.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in Cell veröffentlicht (Zelle)Vorgesetzter.
Link zum Papier
Mehrdimensionales Altersbewertungs- und digitales Modellierungs-Framework von X-Age