Китайские ученые создали цифрового двойника человека для оценки старения органов

Исследователи из Института зоологии Китайской академии наук, Национального центра биоинформации Китая, больницы Сюаньу при Столичном медицинском университете и еще семи медицинских организаций разработали систему Digital Aging Twin — цифрового двойника человека для оценки биологического возраста и скорости старения различных органов. Платформа основана на алгоритмах искусственного интеллекта (ИИ) и анализирует более 240 физиологических и молекулярных параметров, включая данные о белках, метаболитах, микробиоме, активности генов, изображения мозга и сетчатки глаза. Работа опубликована в журнале Cell.

В Китайской академии наук сообщили, что для обучения модели ученые собрали данные 2019 здоровых добровольцев в возрасте от 18 до 91 года из нескольких регионов Китая. В итоге была сформирована база из более 1 млрд биологических и клинических показателей: результаты лабораторных анализов, когнитивные и моторные тесты, анализ походки. Это позволило исследователям построить комплексную модель старения организма.

Архитектура Digital Aging Twin включает три уровня так называемых «часов старения». Первый уровень оценивает общее функциональное состояние организма по физиологическим параметрам. Второй, самый мощный уровень (мультимодальная ИИ‑модель) объединяет разные типы молекулярных данных и предсказывает хронологический возраст человека со средней абсолютной ошибкой около 3,9 года. Третий уровень состоит из специализированных моделей для отдельных органов: мозга, печени, легких, сосудов, мышц, кожи и других систем.

Анализ показал, что разные органы стареют неодновременно. Согласно данным модели, печень начинает ускоренно стареть примерно после 40 лет, тогда как выраженное ускорение старения мозга наблюдается ближе к 50 годам. Исследователи также выделили два наиболее критичных возрастных окна — 40–50 и 60–70 лет, когда нарушения в работе сразу нескольких систем организма нарастают наиболее резко. Отдельное внимание в работе уделено биологическим механизмам старения. Авторы обнаружили, что связанные с печенью факторы свертывания крови F13B, F9 и F10 могут выступать не только маркерами, но и потенциальными драйверами возрастных изменений. В экспериментах воздействие этих белков приводило к воспалению, нарушению функции сосудистых клеток и признакам клеточного старения.

Команда также изучила влияние образа жизни на скорость биологического старения. Более медленное старение ассоциировалось с регулярным сном, умеренной физической активностью и достаточным потреблением фруктов, тогда как курение, дефицит сна и частые приемы пищи коррелировали с ускоренным старением. Ученые называют свою работу «фундаментальным сдвигом в науке о старении» и считают, что Digital Aging Twin можно использовать для раннего выявления ускоренного старения отдельных органов, персонализированного подбора профилактических и лечебных вмешательств. Для клинической практики уже разработана упрощенная версия Digital Aging Twin, основанная на анализе 100–108 белков крови. По оценке авторов, такой подход позволяет оценивать биологический возраст и состояние ключевых органов с помощью относительно простого анализа крови, без необходимости проведения масштабных молекулярных исследований и визуализации.