AI proti stárnutí: Revoluce ve zdravotnictví?

Úvod do světa senolytik

Nákladné a časově náročné hledání nových léků, může být výrazně urychleno díky suboblasti AI zvanou strojové učení, a to za zlomek ceny. Vědeckým výzkumníkům nedávno využili tuto technologii k nalezení tří slibných kandidátů na senolytické léky – léky zpomalující stárnutí a poskytují prevenci vůči onemocněním souvisejícím se stárnutí

Senolytika fungují tím, že ničí senescentní buňky. Možná by z Vás ale někoho mohlo napadnout: „Co to vlastně ty senescentní buňky jsou?“  

Co to jsou senescentní buňky, a jakou roli hrají v procesu stárnutí?

Senescentní buňky jsou specifický typ buněk, které přestaly dělit, ale zůstávají metabolicky aktivní. Tento stav, známý jako buněčná senescence, je často vyvolán poškozením DNA. Můžeme si to představit jako bezpečnostní brzdu v autě – když je auto poškozeno, brzda zastaví jeho pohyb, aby zabránila dalším škodám. Stejně tak, když buňka zaznamená poškození DNA, může vstoupit do stavu senescence, aby se zabránilo dalšímu dělení a potenciálnímu šíření poškozené DNA. Tento proces může pomoci předcházet vývoji rakoviny.

Nicméně, senescentní buňky také vylučují zánětlivé proteiny (například cytokiny), které mohou poškodit okolní buňky a přispět k procesu stárnutí a vývoji řady nemocí. Navíc, senescentní buňky obvykle zůstávají v těle, poněvadž nejsou schopné podstoupit programovanou buněčnou smrt, známou jako apoptóza. To si můžete představit, jako kdyby bezpečnostní brzda v autě uvázla a auto by zůstalo na místě, i když by bylo již opraveno. 

Toto hromadění senescentních buněk může mít negativní dopady na zdraví a funkci tkání (souboru buněk). Vlivem produkce senescentních buněk zánětlivých proteinů dochází k poškození okolních buněk a narušení jejich DNA, kvůli čemuž se z ostatních buněk také pomalu stávají senescentní buňky. Z toho důvodu je senescentním buňkám často přiřazován název „zombie buňky“. Jak asi můžete tušit, taková řetězová reakce nevěstí nic dobrého, a proto jedním z hlavních cílů výzkumů stárnutí je najít způsoby, jak podnítit senescentní buňky k apoptóze, nebo jak je jinak odstranit.

Obrázek 1 – Midjourney

Co je to strojové učení?

Strojové učení je odvětví umělé inteligence, které se zaměřuje na vývoj algoritmů, které umožňují počítačům učit se z a dělat předpovědi nebo rozhodnutí na základě dat. Tyto algoritmy fungují tím, že vytvářejí matematický model z „tréninkových dat“, které jsou použity k tomu, aby počítač „učil“ jak předpovídat nebo rozhodovat bez toho, aby byl explicitně naprogramován k tomu, jak to dělat.

Dvojsečná zbraň senescentních buněk

Jak jsme si zmínily, senescentní buňky i přes svou snahu zastavit jejich replikaci při jejich poškození nejsou vždy dobré. Vylučují koktejl zánětlivých proteinů, které se mohou šířit do sousedních buněk. Během života naše buňky trpí náporem útoků, od UV záření, špatné životosprávy, kouření, nadměrného pití alkohol až po chronický stres a nedostatečný sociální kontakt. Není tak divu, že se nám v těle buňky postupně hromadí a páchají čím dál tím větší škody. Zvýšený počet senescentních buněk je spojován s řadou nemocí, včetně cukrovky 2. typu, kardiovaskulárních onemocnění (oběhová soustava), Alzheimerovy choroby, osteoartritidy (chrupavky) a rakoviny.

Jak jste si možná všimli, mnoho starých lidí má vrásčitou pokožku. V dnešní době se to bohužel objevuje i u středně staré populace. Ačkoli se zdravotní podpora za poslední desetiletí díky novým technologiím značně rozšířila, lidské návyky se v mnohých případech zhoršili. A právě kvůli nezdravým návykům bývají postihnuté buňky, jejichž zdraví reflektuje zdraví naší kůže – pupínky, koutky, vrásky, mastnota. Začnete-li mít proto dermatologické problémy, doporučuji se zamyslet, jestli máte dostatek vitaminů (ovoce, zelenina), pohybu či spánku, případně jestli jste neudělali ve svém životě (začali kouřit), která může mít tyto problémy na svědomí.

Obrázek 2 – Midjourney

Senolytika: zbraň proti „zombie“ buňkám

Studie na laboratorních myších ukázaly, že eliminace senescentních buněk pomocí senolytik může tyto nemoci zmírnit. Tyto léky mohou zabíjet zombie buňky, zatímco zdravé buňky zůstávají naživu. V současné době je známo asi 80 senolytik, z nichž pouze dva druhy byly testovány na lidech (kombinace dasatinibu a kvercetinu). 

Bylo by nesmírně přínosné objevit další senolytika, která by mohla být aplikována v léčbě různých onemocnění. Nicméně, proces vývoje a uvedení nového léku na trh je náročný jak z hlediska času, tak finančních nákladů. Obvykle trvá deset až dvacet let a vyžaduje investici v řádu miliard dolarů, než je nový lék schválen a dostupný pro pacienty.

Jak si můžete dobře představit, pokud nejsou k dispozici prostředky od vizionářských investorů, musí se výzkumné instituce spoléhat na finanční podporu od vládních institucí nebo mezinárodních organizací, jako je Evropská Unie, National Institutes of Health nebo Wellcome Trust. Získání financí od těchto entit, zejména pro dlouhodobé a ambiciózní projekty, může být významnou výzvou. Mnoho vynikajících nápadů a inovativních konceptů tak může zůstat nepovšimnuto nebo nedostatečně financováno. A i když se podaří získat potřebné financování, proces schválení a přidělení těchto prostředků může trvat značnou dobu.

Rychlé výsledky díky AI

„Spolu s kolegy, včetně výzkumníků z University of Edinburgh a Spanish National Research Council (IBBTEC-CSIC) ve městě Santander ve Španělsku, jsme chtěli zjistit, zda bychom mohli vycvičit modely strojového učení, aby identifikovaly nové kandidáty na senolytické léky. K tomu jsme naplnili AI modely příklady známých senolytik a nesenolytik. Modely se naučily rozlišovat mezi oběma druhy léků a mohly být použity k předpovědi, zda by molekuly, které nikdy předtím neviděly, mohly zastávat podobné vlastnosti jako senolytika,“ uvedla Vanessa Smer-Barreto, účastnice výzkumu.

Jak AI identifikovala nové senolytiky

Určili jsme náš nejlepší model a nastavili ho na vytváření předpovědí. Dali jsme mu 4340 molekul a o pět minut později nám dodal seznam výsledků. AI model identifikoval 21 nejlépe hodnocených molekul, které považoval za vysoce pravděpodobné senolytika. Kdybychom testovali původních 4340 molekul v laboratoři, trvalo by to nejméně několik týdnů intenzivní práce a 50 000 liber jen na nákup sloučenin, aniž bychom počítali náklady na experimentální stroje a nastavení.

Obrázek 3 – Midjourney

Testování kandidátů na senolytické léky

Poté jsme tyto kandidáty na léky testovali na dvou typech buněk, zdravých a senescentních. Výsledky ukázaly, že z 21 sloučenin byly tři – periplocin, oleandrin a ginkgetin – schopny eliminovat senescentní buňky, zatímco většina normálních buněk zůstala naživu. Tyto nové senolytika pak prošly dalším testováním, abychom se dozvěděli více o tom, jak v našem těle fungují.

Potenciální dopady tohoto interdisciplinárního přístupu

Možné dopady tohoto interdisciplinárního přístupu, který spojuje expertízu datových vědců, chemiků a biologů, jsou enormní. Za předpokladu dostupnosti kvalitních dat mohou modely umělé inteligence výrazně urychlit výzkumné úsilí chemiků a biologů v oblasti hledání léčebných postupů a léků na nemoci, které zatím nejsou adekvátně řešeny. Po úspěšném ověření v senescentních buňkách nyní provádíme testy tří potenciálních senolytik na lidské plicní tkáni. S očekáváním se těšíme na sdílení našich dalších výsledků, které plánujeme oznámit během příštích dvou let.

Budoucnost léků proti stárnutí

Výzkum v oblasti senolytik je stále v plenkách, ale výsledky jsou velmi slibné. Senolytika by mohla představovat novou éru v léčbě stárnutí a věkových nemocí. Avšak, jako u všech nových léků, je třeba provést další testy a studie, aby se zjistila jejich účinnost a bezpečnost.

Role AI v lékařském výzkumu

Umělá inteligence se stává stále významnějším nástrojem v lékařském výzkumu. Její schopnost zpracovávat a učit se z obrovského množství dat otevírá nové možnosti v objevování léků, snižuje náklady a umožňuje průlomové objevy. Díky umělé inteligenci se nyní otevírají dveře k hlubšímu pochopení komplexních onemocnění a k nalezení efektivních řešení. Diagnózy jako Alzheimerova choroba, Crohnova choroba nebo rakovina již nemusí nutně znamenat pomalý úpadek nebo výrazné omezení kvality života.

Umělá inteligence, natrénovaná na milionech datových bodů, může efektivně identifikovat oční vady, počáteční příznaky různých onemocnění nebo nedostatečný příjem potřebných živin v organismu, a to s výrazným předstihem. Tato včasná detekce umožňuje rychlý zásah, který může potenciálně zastavit nebo dokonce zvrátit vývoj choroby.

Představte si, jak může být život měnící se, když se lidé dozvědí, že pokud budou pokračovat ve svém současném životním stylu, mohou se za 30 let potýkat s Alzheimerovou chorobou. Tato informace by mohla být klíčová pro přijetí preventivních opatření a změnu životního stylu, která by mohla tuto chorobu odvrátit. Kdyby Vás téma AI a Alzheimerovy choroby zajímalo více, můžete si přečíst můj dřívější článek, kde se tématem zabývám více dopodrobna: AI jako nástroj pro včasnou diagnózu Alzheimerovy choroby.

Stárnutí jako nemoc nebo přirozená součást života?

Mnozí lidé považují stárnutí za přirozenou součást života, která nakonec všechny postihne a není mu úniku. Je tomu opravdu tak? Když si položíme otázku, co to vůbec stárnutí je, mnozí nebudou schopni pořádně odpovědět. Právě kvůli přirozenosti tohoto procesu jen malá hrstka lidí se skutečně pozastaví nad otázkou, co to stárnutí je, a jestli to lze nějak zvrátit. Mnohým ihned při pomyšlení na zastavení, nebo dokonce zvrácení stárnutí ihned na tváři vyroste uštěpačný úsměv, neboť si pomyslí, že se tu někdo snaží o nesmrtelnost. Je tomu ale skutečně tak?

Obrázek 4 – Midjourney

Co je to stárnutí?

Stárnutí je přirozený biologický proces, který se týká postupného zhoršování funkce buněk a tkání v těle. To vede ke zvýšenému riziku nemocí, oslabení imunitního systému a špatné funkci buněk, vlivem čehož se nám drasticky zvyšuje šance na úmrtí. Přestože je stárnutí nevyhnutelné, rychlost a způsob, jakým stárneme, se může lišit v závislosti na řadě faktorů, včetně genetiky, životního stylu a prostředí. Pro pojem stárnutí se tak dá najít analogický výraz „opotřebení“, poněvadž stárnutí, jak jsme si vysvětlili není nic jiného než postupné zhoršování funkcí našeho organismu vlivem poškození jeho základních stavebních jednotek: buněk.

Můžete si to představit takto: při buněčné proliferaci neboli buněčném dělení dochází ke tvorbě nových buněk, které vždy mají svůj účel a smysl. Podle tohoto účelu pak rozdělujeme buňky kožní, plicní, srdeční, mozkové (neurony) apod. V závislosti na jejím údělu by se podle toho buňka měla chovat, dojde-li k poškození buňky nebo jejímu opotřebení, buňka začne postupně ztrácet svoji „identitu“, která ji byla na počátku dána, následkem čehož přestane správně vykonávat své funkce. Můžete si to představit na analogii dělníka, který zprvu vykonává svůj pracovní úděl přesně tak, jak se mu řekne, postupem času začne být dělník unavený a svou práci bude vykonávat jenom ze 70 %. Buňky se pak musí buď opravit nebo zničit (apoptóza) a v tom případě i nahradit. 

No jo, jenže stejně jako u skleníku, z něhož postupně budete vytahovat další a další rajčata, po chvíli ve skleníku žádná rajčata nebudou. V jednoduchém slova smyslu, nemůžete brát donekonečna. A tak tomu je i u kmenových buněk, které se starají o tvorbu buněk nových. V pokročilém věku se postupně snižuje schopnost těchto kmenových buněk produkovat buňky nové nebo je obnovovat. Stejně jako, když vysílená rostlina už nebude schopná produkovat další rajčata v takovém tempu v jakém byste si přáli. 

Analogie s autem

Analogicky si to lze představit na autu, které se neustále porouchává a opotřebovává, do té doby, dokud jste schopní zajistit nové součástky, laky a techniku je vše v pořádku. Jakmile však přestanete součástky dostávat v takovém tempu, v jakém se porouchává auto, nebudete moci auto opravovat, a zatímco budete čekat na nové součástky, v autě vzniknou další vady, po nějaké době auto už prostě nebude schopné nadále jezdit. 

Podobně je tomu tak i u lidského těla, které není schopné v pozdějším věku produkovat buňky tak rychle, jak by bylo potřeba. Následkem toho tělo chřadne, přestává správně fungovat, oslabuje se imunitní systém (který se také skládá z buněk), rozšiřují se nové onemocnění apod. – zkrátka stárneme a nakonec umíráme, poněvadž organismus už není schopen provádět základní životně důležité funkce nebo padne při boji s četnými onemocněními.

Obrázek 5 – Midjourney

Jak žít zdravě až do smrti

Vím, že se jedná o pochmurný scénář, avšak nemusí tomu tak být. Jak jsme si popsali výše, proces stárnutí můžeme zpomalovat a akcelerovat nejrůznějšími formami, životními návyky, prostředím nebo sociálními vztahy.

Vaším klíčem chcete-li žít zdravě až do smrti, je co nejvíce zpomalit opotřebování buněk, tzn. pohybovat se, kvalitně a dostatečně spát, snažit se zahrnout do své stravy zeleninu a ovoce či si udržovat dobré vztahy (jedná se o jedno z nejlepších antidepresiv). 

Naopak svému organismus příliš nepomůžete, zavedete-li do svého života návyky v podobě kouření, nadměrného pití alkoholu, spánkové deprivace, fastfoodu, dlouhého sezení či chronického stresu.

Připomínám, že se jedná o obecné rady, které lze aplikovat na většinu populace, nikoli však na celou. Proto případně svá rozhodnutí konzultujte se svým lékařem nebo psycho/fyzioterapeutem.

Žít jako „žárovka“

Kdysi jsem slyšel zajímavou myšlenku, která poukazovala na to, že naším cílem by mělo být žít jako žárovka, která svítí oslnivým jasem až najednou po dlouhé době najednou zhasne. To, co můžeme vidět v dnešní společnosti je spíše skomírající žárovka, která poblikává, postupně pohasíná, až zhasne úplně. Můžete si pak položit otázku: „Chci žít život, tak abych byl plně funkční až do doby mého úmrtí?“. Věřím, že většina z Vás bude mít v tomto ohledu jasno.

Stárnutí nemusí nutně odkazovat na určitou věkovou přímku, po níž to s Vámi půjde jen a jen z kopce. Já si například říkám, že až mi bude 70 let budu na tom minimálně pět krát lépe, než jsem teď. Nezapomeňte, že „říkat“ ještě neznamená opravdu to „dělat. Asi všichni znáte přísloví „Káže vodu, pije víno.“ Zkuste proto i Vy nejenom „kázat vodu“ ať už ostatním nebo sobě, ale aktivně ji i „pít“.

Obrázek 6 – Midjourney

Závěr

Výzkum v oblasti senolytik a role AI v lékařském výzkumu představují slibné kroky směrem k budoucnosti léčby stárnutí a věkových nemocí. I když je stále třeba provést další studie a testy, tyto pokroky nám dávají naději, že bychom mohli jednoho dne mít efektivnější a dostupnější léky pro léčbu stárnutí a jeho souvisejících nemocí. Nebyly by to ale pouze léky, nýbrž i včasné informace, díky nimž bychom mohli zavést preventivní opatření a vznikající onemocnění zcela eliminovat.