人工智能或能帮助揭示永葆青春的秘密 寻减缓衰老药物

永葆青春的关键是什么?近日,俄罗斯科学家提出了一个寻找该问题答案的计划,而人工智能将在其中发挥重要的作用。这是一张关于衰老的概念图。

细胞培养结束之后,研究人员再次测量了包括细胞大小、形状和内部结构复杂性等特征,同时还有一种与衰老有关的标记物——β-半乳糖苷酶的浓度。上图为成纤维细胞的β-半乳糖苷酶染色结果,蓝色代表细胞的衰老。

研究人员利用计算机模拟对数百种化合物进行筛选,并开发出了一种能鉴定所谓“防衰老剂”(geroprotector)的工具——GeroScope。

永葆青春的关键是什么?近日,俄罗斯科学家提出了一个寻找该问题答案的计划,而人工智能将在其中发挥重要的作用。

研究人员利用计算机模拟对数百种化合物进行筛选,并开发出了一种能鉴定所谓“防衰老剂”(geroprotector)的工具——GeroScope。通过这一技术,研究者能比较年轻和年老病人的细胞变化,寻找能够减缓衰老过程的药物。

主持这一项目的科学家来自莫斯科物理技术学院和电子医药有限公司(Insilico Medicine Inc)。据介绍,利用计算机模拟技术,科学家能缩短开发抗衰老药物的时间并降低成本。“人口老龄化已经成为全球性的问题,”俄罗斯科学院衰老与长寿遗传学实验室的负责人Alexey Moskalev说,“开发出能高效合成抗衰老药物的方法,并使这些药物能在人体有效应用,已经成为生物医药领域最重要的挑战之一。我们已经提出了一个可能的方案,距离这一问题的解决更近了一步。”

在此之前,研究人员利用Oncofinder对癌症相关的生理过程进行了研究。Oncofinder是一种癌细胞和健康细胞进行比较的算法,需要首先采集组织样品。现在,他们在GeroScope上采用了类似的方法。

研究团队首先分析了组织样品中的转录组数据——从脱氧核糖核酸(DNA)中读取并转录为核糖核酸(RNA)。这些组织样品的捐献者既有年龄在15岁到30岁之间的年轻人,也有超过60岁的老年人。通过对分析得到的数据进行计算机模拟,科学家鉴别并重建了与衰老相关的分子通路,而这些正是导致细胞发生变化的反应序列。

GeroScope能够模拟分子通路并分析细胞对各种物质的反应。研究团队从之前发表的抗衰老药物数据库中选择了70种化合物。利用新的算法,他们鉴别出了10种具有延长生命潜力的物质。接着,研究者为这10种物质设置了实验,利用人体成纤维干细胞(结缔组织细胞)对细胞“更生”和存活两种效应进行。

研究人员首先测量了细胞的各项特征,包括大小、形状和内部结构的复杂性,之后将这些细胞与一种物质和生长介质混合,分别保持6天、12天和18天。培养结束之后,研究人员再次测量了与之前同样的特征,同时还有一种与衰老有关的标记物——β-半乳糖苷酶的浓度。

实验结果显示,这10种物质对人体细胞有着不同的效果。例如,一种名为去甲二氢愈创木酸(NDGA) 的物质对细胞更生没有效果,并且会降低短期和长期的存活率;乙酰半胱氨酸(NAC)具有轻微的更生效果,却会显著降低存活率;杨梅黄酮(Myricetin)也具有轻微的更生效果,而表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)的更生效果较强。

不过,研究人员发现,一种名为2-(2-氨基-3-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮(PD-98059)的物质具有非常强的更生效果,并且能同时提高短期和长期存活率。在人成纤维细胞的细胞培养液中,实验结果又证实了计算机模拟对另外4种物质作出的预测。

研究者称,对计算机模拟来说,这是一个相当不错的结果。制药产业中,在动物身上测试成功的药物中有92%会在人体临床试验中出现问题。能以如此高精度的电子技术模拟生物效果,是生物医疗领域真正的突破。这些物质中有一些已经被作为膳食辅助品出售,而未来科学家还需要对这些物质的效果进行确认,并研究有哪些组合可以最大程度带来益处,同时减少任何可能的副作用。

科学家表示,该研究证明了PD-98059和乙酰半胱氨酸是效果最好的抗衰老剂,他们希望利用有关的生物学标记,使这些新药物尽快地为人所用。

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