Ученые переложили на роботов «черную работу» по поиску вечной жизни

Российские ученые из МФТИ в коллаборации с компанией Инсилико Медицин по заказу Центра биогеронтологии и регенеративной медицины разработали алгоритм GeroScope для поиска геропротекторов, — средств, увеличивающих продолжительность жизни, — и провели проверку найденных с его помощью десяти веществ. Работа опубликована в американском рецензируемом журнале Aging.

На процесс создания лекарств уходят годы напряжённой работы и миллионы долларов. Особенно если ищется средство по борьбе со старением, многофакторным биологическим механизмом изменения организма. Благодаря компьютерному моделированию можно существенно сократить сроки и стоимость разработки.

«Старение населения — одна из глобальных проблем, стоящих перед человечеством. Разработка эффективных подходов для создания геропротекторов и их валидация применительно к человеку — актуальный вызов для биомедицины. Мы предложили возможный подход, приближающий нас к решению этой задачи», — прокомментировал член-корреспондент РАН и заведующий Лабораторией генетики старения и долголетия МФТИ Алексей Москалёв.

Ранее был создан алгоритм Oncofinder, который ориентирован на изучение и анализ значений активации молекулярных путей на основе  сравнения экспрессии генов в раковых и не раковых клетках, а также на уровне образца ткани пациентов. На его основе исследователи разработали алгоритм GeroScope, который позволяет сравнивать изменения в клетках молодых и старых пациентов и осуществлять поиск препаратов с минимальными побочными эффектами, которые компенсируют эти изменения. 

Для этого были проанализированы транскриптомные данные (информация, которая считывается с ДНК и переходит в РНК) у молодых (возраст доноров 15–30 лет) и старых (доноры старше 60 лет) образцов клеток. На основе полученных данных с помощью компьютерного моделирования учёные смогли построить молекулярные пути, ассоциированные со старением. Молекулярные пути — это последовательность реакций, которые ведут к изменениям в клетке. Самые распространённые молекулярные пути участвуют в обмене веществ, передаче сигналов. GeroScope произвёл моделирование молекулярных путей и анализ реакций клетки на различные вещества. Выбрав из базы данных геропротекторных лекарств 70 соединений, учёные с помощью нового алгоритма выявили 10 веществ, которые могли обладать геропротекторными свойствами в соответствии с моделью.

Системой GeroScope были проанализированы ткани молодых и старых пациентов, а также клеточные линии. Для экспериментального подтверждения работы алгоритма учёные взяли стволовые клеточные линии фибробластов (клетки соединительной ткани) человека. Исследовались два эффекта: «омолаживание» клеток и продление жизнеспособности.

В начале эксперимента были измерены параметры жизнеспособных  клеток: оценены размер, форма и сложность внутреннего строения клетки и др. Далее клетки смешивались с испытуемым веществом и средой жизнеобеспечения и поддерживались в таком состоянии 6, 12 и 18 дней. После чего были измерены те же параметры, что и в начале эксперимента, а также  уровень ассоциированной β‑галактозидазы, которая считается одним из маркеров старения.

По итогам эксперимента исследуемые 10 веществ, отобранные на этапе компьютерного моделирования, показали различные результаты. Например, NDGA не влияет на омоложение, но сокращает продолжительность жизни, Myricetin слегка омолаживает, но сильно подрывает продолжительность жизни, EGCG — сильный омолаживающий, но резко сокращает продолжительность жизни. NAC — совсем лёгкое омоложение, но резкое увеличение продолжительности жизни, PD-98059 — сильный и тот, и другой эффект.

Предсказания, сделанные с помощью компьютерного моделирования, подтвердились в клеточных культурах человеческих фибробластов для нескольких веществ: PP-98059, NAC, Myricetin и EGCG. Некоторые из этих препаратов уже активно продаются как БАДы.

«Для компьютерного моделирования это очень хороший результат. У фармацевтической индустрии  92% препаратов, которые прошли испытания на животных, проваливаются в клинических испытаниях. Возможность моделировать биологические эффекты с такой точностью — это прорыв. PD-98059 и NAC показали себя самыми сильными геропротекторами. Мы надеемся, что некоторые из этих препаратов будут в ближайшее время опробованы на людях с применением биологически-значимых биомаркеров старения», — прокомментировал Александр Жаворонков, к.ф.-м.н, заведующий лабораторией регенеративной медицины ФНКЦ Детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Д. Рогачева, адъюнкт-профессор МФТИ, глава компании Инсилико Медицин (Центр прорывных технологий, Johns Hopkins University). 

Таким образом, учёные создали и провели экспериментальную проверку алгоритма GeroScope для поиска геропротекторов. Была показана высокая корреляция работы алгоритма с экспериментальными данными. В дальнейшем GeroScope будет использован для поиска ещё неизвестных веществ с геропротекторными эффектами.