一种新的人工智能工具可识别造血干细胞的衰老模式

衰老会逐渐影响我们身体的功能，尤其会损害造血系统（负责产生血细胞的一组器官和组织）维持足够的血细胞产生的能力。了解和测量这一过程对于研究血液干细胞的衰老和确定维持或恢复其功能的策略尤为重要。

该研究由 Bellvitge 生物医学研究所 (IDIBELL) 再生医学项目研究员、ICREA 研究教授 Maria Carolina Florian 博士和巴塞罗那超级计算中心 – 国家超级计算中心 (BSC-CNS) (BSC-CNS) 和巴塞罗那健康研究所研究员 Paula Petrone 博士进行。 Caixa”基金，捐款 铬时代网一种基于人工智能的工具，通过分析染色质的 3D 组织，识别造血造血细胞显微图像中与衰老相关的模式。染色质主要由 DNA 和细胞核中发现的蛋白质组成，与 DNA 结合，调节哪些基因活跃并决定细胞功能。这项工作是 ISGlobal 研究员 Pablo Ianés 博士论文的核心部分，结合了干细胞生物学、衰老、图像分析和人工智能方面的专业知识。结果将予以公布 细胞老化衰老研究的国际参考期刊。

为了开发该模型，研究人员分析了用 DAPI 染色的小鼠造血细胞核的三维图像，DAPI 是一种简单且广泛使用的 DNA 可视化技术。使用卷积神经网络 – 一种用于图像分析的人工智能模型， 铬时代网 学会区分年轻细胞和衰老细胞。

根据细胞核的外观，该模型显示正确将细胞分为两组的概率为 77%，甚至比基于研究人员之前识别的染色质特征的机器学习模型还要好。

识别眼睛看不到的东西

这项工作的一个相关方面是，显微图像中与衰老相关的差异不一定是肉眼可见的。干细胞衰老是一个异质过程，核结构的变化可能非常微妙。 铬时代网 但允许识别一组空间染色质特征，其中包含有关细胞衰老状态的信息。

此外，研究人员还分析了模型的性能，以确定图像的哪些具体特征最有助于区分年轻细胞和衰老细胞。除其他因素外，该分析还确定了染色质熵、位于细胞核外围的异染色质以及某些染色质浓缩作为年龄相关状态的预测因子。

了解模型使用 DNA 组织的哪些元素进行预测，使我们能够超越年轻细胞和老年细胞之间的简单分类，并深入了解与衰老相关的核结构特征。这种方法可以补充其他年龄生物标志物，例如表观遗传时钟，它根据 DNA 的某些化学变化（包括与甲基化相关的化学变化）来测量生物年龄。

寻找复兴策略的新途径

球队也有机会 铬时代网 作为能够改变年龄相关特征的治疗筛选工具。作为概念证明，该模型应用于用各种表观遗传药物治疗的衰老造血干细胞，以确定这些治疗是否会引起与年轻状态一致的染色质组织变化。

这些结果并不表明治疗使细胞功能恢复活力，但它们确实具有潜力 铬时代网 作为识别与年龄相关的变化以应对各种干预措施并探索潜在的复兴策略的一种手段。

DAPI 是一种易于纳入显微镜方案的低成本染色剂，与少量模型参数相结合，有助于其在高通量显微镜工作流程、分析大量样品的系统中的潜在应用。这可能有助于将来研究大量化合物并加速细胞再生策略候选物的识别。

作为工作的一部分，研究人员还向科学界提供了造血干细胞三维图像的数据集。 铬时代网。该资源可以促进新计算工具的开发和验证，以研究这些细胞的衰老，目前该领域的公共成像数据集很少。

总体而言，研究表明DNA的三维组织包含有关血液干细胞衰老的定量信息，人工智能可以帮助从显微图像中提取这些信息。 铬时代网 因此，它提供了一种新的工具来研究细胞衰老，并探索以更快、更可扩展的方式维持或恢复造血细胞功能的可能策略。