El envejecimiento es un proceso sistémico regulado por redes complejas en múltiples niveles, desde las moléculas hasta el cuerpo. Las perturbaciones microscópicas caen en cascada en la red, impulsando el declive macroscópico y la progresión de enfermedades crónicas. Afectada por las diferencias en las reservas de salud entre individuos y las características asincrónicas del envejecimiento de los órganos, la tasa de envejecimiento de personas de la misma edad muestra diferencias significativas. El desarrollo de la biotecnología y la inteligencia artificial ha promovido la transformación de la investigación sobre el envejecimiento de la correlación descriptiva a la intervención cuantificable, tratando de responder preguntas como "cuántos años tiene una persona", "dónde envejece primero, por qué envejece y cómo intervenir".
Recientemente, el Instituto del Genoma de Beijing de la Academia de Ciencias de China (Centro Nacional de Bioinformática), junto con el Instituto de Zoología y otras unidades, construyeron un marco holográfico humano digital sobre el envejecimiento para mapear datos de envejecimiento multidimensionales en un modelo de gemelo digital individualizado. En la prueba de concepto, el equipo analizó una cohorte estandarizada de voluntarios sanos de cuatro centros, recopiló más de 240 parámetros, construyó un sistema de reloj de envejecimiento multimodal, multinivel e interpretable, y construyó un modelo digital de envejecimiento del cuerpo humano que es cuantificable, simulado e intervenible. Este marco amplía efectivamente la dimensión de la evaluación del envejecimiento y puede predecir con precisión la edad biológica, mapear la asincronía del envejecimiento de los órganos e identificar las moléculas que impulsan el envejecimiento, como los factores de coagulación.
Este marco sigue la lógica de tres capas de "lectura, cálculo y ajuste". "Leer" para obtener datos de envejecimiento multidimensionales. El "cálculo" se basa en el reloj de envejecimiento multimodal para convertir los datos en edad biológica y tasa de envejecimiento de los órganos. El reloj de capacidad central integra más de 240 indicadores fisiológicos. El reloj multimodal integra seis niveles de datos moleculares para reducir el error de predicción de la edad a 3,87 años. El reloj de órganos se basa en la tecnología de biopsia en fase líquida para evaluar de forma independiente la edad biológica de seis órganos y revelar las características asincrónicas del envejecimiento. "Tune", dirigido a moléculas que impulsan el envejecimiento y basadas en inferencia causal.
El estudio también construyó relojes de envejecimiento independientes para seis órganos principales: cerebro, hígado, pulmones, músculos, vasos sanguíneos y piel. Las investigaciones han confirmado que existe una asincronía significativa en el envejecimiento de los órganos y que el punto de inflexión del envejecimiento del hígado es anterior al del cerebro. El equipo también identificó dos ventanas de cambio no lineales entre los 40 y 50 años y entre los 60 y 70 años. La activación significativa de la vía de la coagulación entre los 60 y los 70 años es una etapa crítica para el envejecimiento acelerado.
El estudio también encontró que los factores de coagulación derivados del envejecimiento del hígado están regulados positivamente de forma sinérgica. Los experimentos in vitro han confirmado que factores clave de la coagulación pueden inducir el envejecimiento de las células endoteliales; Experimentos in vivo en ratones han demostrado que la inyección de F13B puede inducir el envejecimiento acelerado de múltiples tejidos, lo que confirma que los factores de coagulación son las moléculas centrales que impulsan el envejecimiento de los vasos sanguíneos y múltiples órganos.
La traducción clínica muestra que el reloj central se puede reconstruir aproximadamente utilizando sólo un conjunto representativo de proteínas plasmáticas, lo que sugiere que los análisis de sangre pueden convertirse en una forma factible de evaluar la edad biológica. El reloj de envejecimiento específico de cada órgano puede identificar de antemano los órganos que envejecen prematuramente y proporcionar objetivos de intervención diferenciados. Para el envejecimiento vascular impulsado por factores de coagulación, puede apuntar a la vía de la coagulación. El envejecimiento de otros tipos de órganos puede ir acompañado de diferentes estilos de vida o intervenciones farmacológicas.
Este estudio marca un cambio de paradigma en la ciencia del envejecimiento de lo descriptivo a lo sistemático y causal, y establece la edad biológica cuantificable como el indicador central de evaluación para la intervención en el envejecimiento. Actualmente, el equipo de investigación continúa iterando el modelo, introduciendo datos longitudinales, cubriendo diferentes poblaciones, desarrollando tecnología de detección de bajo costo y resolviendo gradualmente problemas como las limitaciones de los datos transversales y la verificación de los inhibidores del factor de coagulación. Se espera que este logro construya un motor gemelo de salud dinámico y proporcione un nuevo camino estandarizado y transformable para un envejecimiento saludable.
Los resultados de la investigación relevantes se publicaron en Cell (Celúla)superior.
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Marco de modelado digital y evaluación del envejecimiento multidimensional X-Age