Kā noteikt bioloģisko vecumu un stresa izturību, izmantojot sviedru analīzi

Hronoloģiskais vecums maz ko pasaka par ķermeņa faktisko stāvokli: divi viena vecuma cilvēki var radikāli atšķirties izturības, risku un reakcijas uz ārstēšanu ziņā. ETH Cīrihes, Empa, Caltech un Bāzeles Universitātes slimnīcas komanda uzsāk projektu AGE RESIST (AGE pulkstenis noturībai sviedru analīzē): zinātnieki vēlas uzzināt, kā precīzi un vienkārši novērtēt bioloģisko vecumu un “vecuma pulksteni” (pretestību stresam un slodzei), pamatojoties uz sviedru molekulām, kuras nepārtraukti apkopo valkājami sensori. Ideja ir pārvērst sarežģītus laboratorijas paneļus par ērtu “vecuma pulksteni” uz ādas, lai personalizētu medicīniskos lēmumus un samazinātu ārstēšanas blakusparādības. Projektu finansē Šveices Nacionālais zinātnes fonds (SNSF).

Pētījuma pamatojums

Kalendārais (hronoloģiskais) vecums slikti prognozē ķermeņa faktisko stāvokli – izturību, ievainojamību pret slimībām un ārstēšanas toleranci. Tāpēc pēdējos gados strauji attīstās bioloģiskā vecuma "pulksteņi". Taču daudzi no tiem balstās uz dārgām laboratorijas paneļiem (asinis, "omika"), sniedz rezultātus epizodiski un ne vienmēr ir pierādījuši klīnisko pievienoto vērtību. Ņemot to vērā, AGE RESIST projekts (ETH Cīrihe, Empa, Caltech, Bāzeles Universitātes slimnīca) piedāvā citu veidu: meklēt jaunus biomarķierus sviedros un nepārtraukti nolasīt tos ar valkājamiem sensoriem, lai novērtētu ne tikai "vecumu", bet arī noturību – izturību pret stresu un atveseļošanās ātrumu. Šī "pulksteņa" pieeja ir iecerēta kā terapijas personalizācijas instruments: izvēlēties intervenču intensitāti atbilstoši pacienta faktiskajam fiziskajam stāvoklim un tādējādi samazināt blakusparādības. Projektu finansē Šveices Nacionālais zinātnes fonds (SNSF).

Kāpēc svīst? Tas sniedz ērtu ieskatu fizioloģijā: elektrolīti, metabolīti, stresa un iekaisuma marķieri, ko var izmērīt bez adatām un reāllaikā. Ādas saskarnes platformas pēdējos gados ir ievērojami attīstījušās, pateicoties elastīgiem elektroķīmiskiem plāksteriem, mikrofluidikas kolektoriem un vairāku stundu sensoriem, kas spēj izsekot analītu dinamikai, ne tikai statiskām vērtībām. Tas ir svarīgi noturībai: tiek prognozētas ne tik daudz absolūtās koncentrācijas, bet gan reakcijas uz karstumu/slodzi profils un "atjaunošanās līknes" forma saistībā ar sirdsdarbības ātrumu, elpošanu un ķermeņa temperatūru.

Projektā AGE RESIST šī ideja tiek īstenota praksē: komanda izstrādā pārnēsājamu sviedru sensoru, testē prototipus klimata kamerā un apvieno molekulāros signālus ar fizioloģiju (sirdsdarbības ātrumu, elpošanas ātrumu, ķermeņa kodola temperatūru utt.), lai apmācītu vecuma un noturības modeli. Projektu vada Noé Brasier (ETH Zürich); Empa pusē sensorikas nodaļu vada Simons Annaheims. Paredzamais rezultāts ir klīnikai ērta “vecuma skala”, kas palīdz plānot ārstēšanu un rehabilitāciju, pamatojoties uz fizioloģisko vecumu, nevis pases vecumu.

Konteksts ir plašāks nekā viens projekts: klasiskie “pulksteņi” – epigenetiskie, transkriptomiskie, proteomiskie – strauji attīstās, taču 2024.–2025. gadā tiek aktīvi apspriesti to ierobežojumi un “pārkalibrēšana” (atkarība no asins šūnu sastāva, modeļu pārkonfigurēšana dažādām populācijām, pārnesamība uz klīniku). Sviedru/valkājamo “pulksteņu” ideja, kas akadēmiskajā darba kārtībā pirmo reizi sistemātiski tika ierosināta jau 2023. gadā, tikai samazina plaisu starp laboratorijas biomarķieriem un ikdienas uzraudzību: tā cenšas aptvert novecošanās dinamisko pusi – sistēmas spēju reaģēt uz izaicinājumu un atgūties.

Kā tas darbosies

Pētnieki izstrādā pārnēsājamu sviedru sensoru, kas vienlaikus nolasa jaunus molekulāros biomarķierus un apvieno tos ar fizioloģiskajiem parametriem (sirdsdarbības ātrumu, elpošanas ātrumu, ķermeņa kodola temperatūru utt.). Kā norāda Saimons Annaheims no Biomimetisko membrānu un tekstilizstrādājumu (Empa) laboratorijas, ādas sensoru precizitāte ļauj iegūt nepārtrauktus un ticamus datus par ķermeņa stāvokli. Komanda testē prototipus klimata kamerā, kur var dozēt siltumu un slodzi. Pamatojoties uz šīm datu plūsmām, tiks apmācīts "pulksteņa mehānisma" algoritms, kas saista spēju tikt galā ar slodzi un atgūties ar bioloģisko vecumu un izturību.

Kas stāv aiz šī projekta un ko tas mainīs?

Projekta iniciators ir Dr. Noé Brazier (ETH Cīrihe, Translācijas medicīnas institūts); projektā piedalās klīniskie, sensorie un materiāltehniskie speciālisti no ETH, Empa, Caltech un Bāzeles slimnīcām. Ja “pulkstenis” uzrāda atkārtojamību un paredzamo vērtību, to var izmantot, lai izvēlētos terapijas un rehabilitācijas intensitāti, pamatojoties uz “fizioloģisko” vecumu, nevis pasi — no onkoloģijas un kardioloģijas līdz ortopēdijai un geriatrijai. Ideālā gadījumā tas samazina “pārmērīgu ārstēšanu”, blakusparādības un neizmantotas iespējas savlaicīgai iejaukšanās veikšanai.

Brīvprātīgo piesaiste: ko dalībnieki pieredzēs

Pašlaik notiek dalībnieku atlase pilotpētījumam. Tiek meklēti vīrieši un sievietes, kas ir gatavi veikt aptuveni 1 stundas ilgu vingrojumu vecumā no 44 līdz 54 vai 60 līdz 70 gadiem, ar ĶMI < 30 un brīvām vācu vai angļu valodas zināšanām. Dalības izmaksas: fiziskās sagatavotības novērtējums (spiroergometrija), bioloģiskā vecuma novērtējums, asins analīžu rezultāti un kompensācija 200 CHF apmērā (ieskaitot ceļa izdevumus). Pētījuma vieta ir Empa, Sanktgallenē. Procedūra ietver trīs vizītes (kopā ~6 stundas): skrīnings; galvenā vizīte ar riteņbraukšanas vingrinājumiem ar maigu sildīšanu un pauzēm (tiek mērīts sviedru tests, parametri tiek reģistrēti ar neinvazīviem sensoriem); pēdējā īsā vizīte, lai pārbaudītu sensora kapsulas noņemšanu "kodola" temperatūras uzraudzībai. Dati ir konfidenciāli; dalībniekiem netiek solīts nekāds medicīnisks ieguvums.

Kāpēc svīst?

Sviedri ir "logs" uz vielmaiņu: tie satur elektrolītus, metabolītus, iekaisuma un stresa marķierus, kurus var mērīt nepārtraukti un bez adatām. Atšķirībā no epizodiskām asins analīzēm, sviedri no valkājamiem sensoriem nodrošina dinamiku – kā organisms reaģē uz stimulu (karstumu, slodzi) un cik ātri tas atjaunojas. "Vecuma vērošanas" kontekstā svarīgs ir ne tikai tas, "cik" molekulu vienlaikus, bet arī reakcijas profils: atjaunošanās līknes amplitūda, ātrums un forma. Kopā ar sirdsdarbības ātrumu, elpošanu un ķermeņa temperatūru tas pārvēršas par digitālu noturības "portretu" – personalizētas ārstēšanas atslēgu.

Kas tieši tiek mērīts un kā tas tiek interpretēts?

Pilotprojektā komanda salīdzina:

• Sviedru molekulas: jauns bioloģiskā vecuma un stresa reakcijas kandidātu biomarķieru kopums.
• Fizioloģija: Sirdsdarbības ātrums, elpošana, ķermeņa temperatūra (caur norītu sensoro kapsulu), ādas parametri.
• Izturība un “karstumizturība”: termiski kontrolēta riteņbraukšana un atjaunošanās.
  Pēc tam dati tiek apvienoti vecuma izturības modelī, kas tiek apstiprināts dažādās vecuma grupās un atkārtojumos. Mērķis ir rīks ar klīnisku pievienoto vērtību, kas ir viegli lietojams un saprotams klīnicistiem.

Kur tas rīt varētu noderēt

• Intervences plānošana. “Fizioloģiskā” vecuma un rezervju novērtēšana pirms operācijas vai intensīvās terapijas nodaļas, lai precīzāk noteiktu risku.
• Rehabilitācija un sporta medicīna. Laika gaitā uzraudzīt izturību, savlaicīgi pielāgot slodzes un uzraudzīt pārslodzi.
• Geriatrija un hroniskas slimības: noteikt noturības "nepilnības" ilgi pirms klīniskiem notikumiem un personalizēt ārstēšanu.

Īsumā - galvenais

• AGE RESIST meklē bioloģiskā vecuma un noturības biomarķierus sviedros un trenē valkājamus sensorus, lai tie tos nepārtraukti “nolasītu”.
• Projektu vada ETH Zürich, EMPA, Caltech un Bāzeles klīnikas, un to finansē SNSF. Mērķis ir vecumam pielāgots "pulkstenis" personalizētai medicīnai.
• Pilotprojektā — 3 apmeklējumi, cikliska slodze ar maigu siltumu, sensoriskā kapsula kodola temperatūras mērīšanai, kompensācija 200 CHF.

Avots: Empa lapa par AGE RESIST projektu.