"Aging Clock" verwendet KI, um die Gesundheit des Immunsystems und den Ausbruch von Krankheiten vorherzusagen

Digital- und Analoguhren an einer Wand

  • Eine neue biologische Uhr basiert auf immunbezogenen Biomarkern, um Muster und das Risiko chronischer Entzündungskrankheiten und das Wohlbefinden des Immunsystems zu erkennen.
  • Durch die Analyse von Blutproben von 1,001 Personen im Alter von 8 bis 96 Jahren stellte die Studie einen Zusammenhang mit der Entzündungsuhr des Alterns (iAge) zu Gesamterkrankung, Langlebigkeit und Immunschwäche her.
  • Der iAge sagt Multimorbidität voraus – die Anhäufung mehrerer chronischer entzündlicher Erkrankungen, Langlebigkeit und Immunseneszenz – d. h. die altersbedingte Verschlechterung und Fehlfunktion des Immunsystems.

Wissenschaftler haben einen künstlichen Intelligenzalgorithmus namens „Inflammatorische Uhr des Alterns (iAge)“ entwickelt, der altersbedingte Entzündungskrankheiten vorhersagen und die allgemeine Gesundheit des Immunsystems messen kann.

Systemische chronische Entzündungen haben gemeinsame Assoziationen mit vielen altersbedingten Krankheiten, einschließlich Herzerkrankungen, Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer. Dies ist auf die erhöhten Mengen an Molekülen zurückzuführen, die an den Entzündungsprozessen beteiligt sind, die sich mit dem Alter ansammeln und dem Körper langfristige Schäden zufügen.

Der Algorithmus für iAge basiert auf einer eingehenden Untersuchung mehrerer Biomarker des Immunsystems im Blut sowie der Identifizierung von Metriken und Mustern, die mit dieser chronischen Entzündungsreaktion verbunden sind.

Ein iAge-Score liefert Einzelpersonen ihr Alter basierend auf der Immungesundheit und den Entzündungswerten, im Vergleich zu einer Reihe von Referenzwerten und in Bezug auf ihr Alter in Jahren. Ein höherer iAge-Wert weist auf ein erhöhtes Krankheitspotential hin, während ein niedrigerer Wert auf ein relativ gesundes Immunsystem hinweist.

Die Forscher beschreiben die Vorteile und Funktionsweise des Geräts in einem kürzlich erschienenen Artikel in der Zeitschrift Nature Aging. Nazish Sayed und Yingxiang Huang vom Stanford 1000 Immunomes Project an der medizinischen Fakultät der Stanford University in Kalifornien leiteten die Studie gemeinsam.

Edifice Health, das Biotechnologieunternehmen, das diese Uhr entwickelt hat, gibt an, dass es auch eine Liste mit vorgeschlagenen Maßnahmen erstellt hat, darunter „spezifische Kombinationen von Nahrungsergänzungsmitteln, Nutrazeutika, medizinischen Lebensmitteln, verschreibungspflichtigen Medikamenten und Lebensstiländerungen“, um das iAge einer Person zu adressieren und zu senken Ergebnis.

Referenzwerte für iAge

Um einen Vergleichspunkt für iAge zu schaffen, verwendeten die Wissenschaftler Daten des Stanford 1000 Immunomes Project, bei dem Blutproben aus einer 9-jährigen Längsschnittkohorte von 1,001 Probanden im Alter zwischen 8 und 96 Jahren gesammelt wurden.

Das Papier stellt fest, dass im Gegensatz zu akuten Entzündungen, die häufig auf eine Infektion zurückzuführen sind und für die Wissenschaftler spezifische reaktionsbezogene Moleküle identifiziert haben, chronische Entzündungen keinen definierten Satz von Biomarkern aufweisen, die mit dieser Reaktion verbunden sind.

Durch die Untersuchung dieser Blutproben und die Anpassung an Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index und andere biologische Faktoren konnten die Wissenschaftler eine tiefere Analyse des Immunsystems durchführen und potenzielle Biomarker identifizieren.

Welche Biomarker sagt iAge voraus?

Mit einer nichtlinearen Vergleichsmethode korrelierte der iAge-Score mit mehreren Entzündungsmetriken, gemessen anhand der Spiegel vorhandener Immunsystemmoleküle und ihrer assoziierten Wege.

Multimorbidität

Multimorbidität bezeichnet die Anhäufung mehrerer chronisch-entzündlicher Erkrankungen.

Multimorbidität und iAge zeigten eine starke Korrelation. Bei Patienten über 60 Jahren war ein Anstieg des iAge mit einem Anstieg der Multimorbidität verbunden. Die Forscher fanden auch heraus, dass die Gesamtmenge bestimmter T-Zellen und B-Zellen, weiße Blutkörperchen, die eine Rolle bei der Immunantwort spielen, eine ähnliche Korrelation aufwies.

Langlebigkeit

Für eine Gruppe von Teilnehmern ab 100 Jahren verglichen die Wissenschaftler ihr iAge mit ihrem tatsächlichen Alter. Von 19 Teilnehmern zeigten 68 % einen relativ niedrigen iAge-Score, während nur 31 % in der hochrangigen Gruppe waren. Im Vergleich dazu fand eine Kontrollgruppe älterer Erwachsener, dass nur 23% der Probanden einen niedrigen iAge-Score aufwiesen.

Teilnehmer im Alter von 100 Jahren und älter zeigten ein niedrigeres iAge mit einer deutlich geringeren Rate, was darauf hindeutet, dass „iAge mit einer außergewöhnlichen Langlebigkeit verbunden ist“.

Immunosensitivität

Immunoseneszenz beschreibt die mit dem Alter einhergehende Verschlechterung und Fehlfunktion des Immunsystems.

Das Protein CXCL9, das Verbindungen zur Immunseneszenz aufweist, lieferte den größten Beitrag zum iAge-Muster. CXCL9 ist ein kleines Protein, das Entzündungs- und Immunreaktionen reguliert. Zu Studienbeginn wies dieses Protein positive Korrelationen mit dem Alter auf, und seine Spiegel stiegen nach 60 Jahren signifikant an.

Der zugrunde liegende Mechanismus von CXCL9 bei der Immunseneszenz könnte darin bestehen, dass die ordnungsgemäße Funktion von Endothelzellen beeinträchtigt wird. Diese Zellen befinden sich in der Auskleidung der Blutgefäße und ihre normale Funktion besteht darin, den Blutfluss zu regulieren. Geschädigte Endothelzellen können jedoch entzündliche Prozesse fördern.

Eine Untersuchung der Rolle dieses Proteins bei Mäusen zeigte, dass ältere Mäuse Endothelzellen mit größeren Mengen an CXCL9 geschädigt hatten. Diese beschädigten Zellen führten zu Arteriosklerose. Andere Studien haben auch festgestellt, dass diese geschädigten Endothelzellen zu einer Verdickung des Herzmuskels führen – solche Zustände sind die Vorläufer von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Die Wissenschaftler schlugen vor, dass die Endothelzellen geschädigt werden, wenn die CXCL9-Produktion mit zunehmendem Alter zunimmt, was die Entzündungssignale verstärkt, die Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachen.

Als die Forscher jedoch CXCL9 bei den Mäusen hemmten, stellten sie die richtige Funktion der Endothelzellen teilweise wieder her. Dies erhöht das Potenzial von CXCL9-gerichteten Therapien als vorbeugende Maßnahme zur Verzögerung der Zellalterung und -krankheit.

Anwendung der iAge-Uhr

Diese KI-Technologie eröffnet die Möglichkeit der Früherkennung von Entzündungen und dem Rückgang des Immunsystems. Es kann helfen, Personen zu identifizieren, bei denen das Risiko eines frühen Krankheitsbeginns besteht, und zu vorbeugenden Maßnahmen zur Verbesserung der allgemeinen Gesundheit führen. Wie die Autoren in ihrer Arbeit festhalten:

„Durch die Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz auf die Tiefenüberwachung des menschlichen Blutes generieren wir eine Entzündungsuhr des Alterns, die als begleitende Diagnostik verwendet werden kann, um Ärzte über die Entzündungsbelastung und den allgemeinen Gesundheitszustand eines Patienten zu informieren, insbesondere bei chronischen Erkrankungen.“

Die Generierung von iAge trägt zu einer wachsenden Liste von Alterungsuhren bei, die Gesundheitszustände basierend auf biologischen Prozessen vorhersagen.