Kaip nustatyti biologinį amžių ir atsparumą stresui naudojant prakaito analizę

Chronologinis amžius mažai ką pasako apie tikrąją kūno būklę: du to paties amžiaus žmonės gali radikaliai skirtis ištvermės, rizikos ir reakcijos į gydymą požiūriu. ETH Ciuricho, Empa, Caltech ir Bazelio universitetinės ligoninės komanda pradeda projektą AGE RESIST (AGE laikrodis atsparumui prakaitavimo metu): mokslininkai nori išmokti tiksliai ir lengvai įvertinti biologinį amžių ir „atsparumą“ (atsparumą stresui ir įtampai), remiantis prakaito molekulėmis, kurias nuolat renka nešiojami jutikliai. Idėja – sudėtingas laboratorines plokštes paversti patogiu „amžiaus laikrodžiu“ ant odos, kad būtų galima suasmeninti medicininius sprendimus ir sumažinti gydymo šalutinį poveikį. Projektą finansuoja Šveicarijos nacionalinis mokslo fondas (SNSF).

Tyrimo kontekstas

Kalendorinis (chronologinis) amžius prastai prognozuoja tikrąją organizmo būklę – ištvermę, pažeidžiamumą ligoms ir gydymo toleravimą. Štai kodėl pastaraisiais metais sparčiai tobulėjo biologinio amžiaus „laikrodžiai“. Tačiau daugelis jų remiasi brangiomis laboratorinėmis grupėmis (krauju, „omika“), duoda rezultatus epizodiškai ir ne visada įrodo klinikinę pridėtinę vertę. Atsižvelgiant į tai, AGE RESIST projektas (ETH Ciurichas, Empa, Caltech, Bazelio universitetinė ligoninė) siūlo kitokį būdą: ieškoti naujų biožymenų prakaite ir nuolat juos nuskaityti nešiojamais jutikliais, siekiant įvertinti ne tik „amžių“, bet ir atsparumą stresui – atsparumą stresui ir atsigavimo greitį. Šis „laikrodžio“ metodas sumanytas kaip terapijos suasmeninimo priemonė: parinkti intervencijų intensyvumą pagal tikrąją paciento fizinę būklę ir taip sumažinti šalutinį poveikį. Projektą finansuoja Šveicarijos nacionalinis mokslo fondas (SNSF).

Kodėl prakaituoti? Tai suteikia patogų langą į fiziologiją: elektrolitus, metabolitus, streso ir uždegimo žymenis, kuriuos galima išmatuoti be adatų ir realiuoju laiku. Odos sąsajos platformos pastaraisiais metais smarkiai patobulėjo, atsiradusios lanksčios elektrocheminės plokštelės, mikrofluidiniai kolektoriai ir daugiavalandiniai jutikliai, galintys sekti analitės dinamiką, o ne tik statines vertes. Tai svarbu atsparumui: prognozuojamos ne tiek absoliučios koncentracijos, kiek reakcijos į šilumą/krūvį profilis ir „atsigavimo kreivės“ forma kartu su širdies ritmu, kvėpavimu ir branduolio temperatūra.

„AGE RESIST“ projekte ši idėja įgyvendinama praktiškai: komanda kuria nešiojamą prakaito jutiklį, testuoja prototipus klimato kameroje ir derina molekulinius signalus su fiziologija (širdies ritmu, kvėpavimo dažniu, šerdies temperatūra ir kt.), kad apmokytų amžiaus ir atsparumo modelį. Projektui vadovauja Noé Brasier (ETH Zürich); Empa pusėje Simonas Annaheimas yra atsakingas už sensorikos skyrių. Tikimasi, kad klinikai bus sukurta patogi „amžiaus skalė“, padedanti planuoti gydymą ir reabilitaciją pagal fiziologinį, o ne paso amžių.

Kontekstas platesnis nei vienas projektas: klasikiniai „laikrodžiai“ – epigenetiniai, transkriptominiai, proteominiai – sparčiai vystosi, tačiau 2024–2025 m. aktyviai diskutuojama apie jų apribojimus ir „perkalibravimą“ (priklausomybę nuo kraujo ląstelių sudėties, modelių pertvarkymą skirtingoms populiacijoms, perkeliamumą į kliniką). Prakaito / nešiojamų „laikrodžių“ idėja, pirmą kartą sistemingai pasiūlyta akademinėje darbotvarkėje dar 2023 m., kaip tik panaikina atotrūkį tarp laboratorinių biožymenų ir kasdienio stebėjimo: ji siekia užfiksuoti dinamišką senėjimo pusę – sistemos gebėjimą reaguoti į iššūkį ir atsigauti.

Kaip tai veiks

Tyrėjai kuria nešiojamą prakaito jutiklį, kuris vienu metu nuskaito naujus molekulinius biožymenis ir sujungia juos su fiziologiniais parametrais (širdies ritmu, kvėpavimo dažniu, kūno temperatūra ir kt.). Pasak Simono Annaheimo iš Biomimetinių membranų ir tekstilės (Empa) laboratorijos, odos jutiklių tikslumas leidžia nuolat gauti patikimus duomenis apie kūno būklę. Komanda testuoja prototipus klimato kameroje, kurioje galima dozuoti šilumą ir apkrovą. Remiantis šiais duomenų srautais bus apmokytas „laikrodžio mechanizmo“ algoritmas, kuris susies gebėjimą susidoroti su apkrovą ir atsigauti su biologiniu amžiumi ir atsparumu.

Kas stovi už šio projekto ir ką jis pakeis?

Iniciatorius yra dr. Noé Brazier (ETH Ciurichas, Transliacinės medicinos institutas); projekte dalyvauja klinikiniai, sensoriniai ir medžiagų specialistai iš ETH, Empa, Caltech ir Bazelio ligoninių. Jei „laikrodis“ įrodo atkuriamumą ir prognozinę vertę, jį galima naudoti terapijos ir reabilitacijos intensyvumui parinkti pagal „fiziologinį“ amžių, o ne pasą – nuo onkologijos ir kardiologijos iki ortopedijos ir geriatrijos. Idealiu atveju tai sumažina „perteklinį gydymą“, šalutinį poveikį ir praleistas galimybes laiku imtis intervencijų.

Savanorių verbavimas: ką patirs dalyviai

Šiuo metu vyksta bandomojo tyrimo dalyvių paieška. Ieškomi vyrai ir moterys, norintys atlikti maždaug 1 valandos trukmės mankštą. Jų amžius yra 44–54 arba 60–70 metų, KMI mažesnis nei 30 ir jie laisvai kalba vokiškai arba angliškai. Dalyvavimas kainuos: fizinio pasirengimo įvertinimą (spiroergometrija), biologinio amžiaus įvertinimą, kraujo tyrimo rezultatus ir 200 CHF kompensaciją (įskaitant kelionės išlaidas). Tyrimo vieta yra Empa, Sankt Galenas. Procedūra apima tris vizitus (iš viso ~6 valandos): patikra; pagrindinis vizitas su dviračių pratimais švelniai šildant ir darant pauzes (matuojamas prakaitas, o parametrai registruojami neinvaziniais jutikliais); paskutinis trumpas vizitas, kurio metu patikrinama, ar pašalinta jutiklio kapsulė, skirta „šerdies“ temperatūrai stebėti. Duomenys yra konfidencialūs; dalyviams nežadama jokia medicininė nauda.

Kodėl prakaituoti?

Prakaitas yra „langas“ į medžiagų apykaitą: jame yra elektrolitų, metabolitų, uždegimo ir streso žymenų, kuriuos galima matuoti nuolat ir be adatų. Skirtingai nuo epizodinių kraujo tyrimų, nešiojamų jutiklių prakaitas suteikia dinamiką – kaip organizmas reaguoja į stimulą (šilumą, krūvį) ir kaip greitai atsigauna. „Amžiaus stebėjimo“ atveju svarbu ne tik tai, „kiek“ molekulių vienu metu, bet ir atsako profilis: atsistatymo kreivės amplitudė, greitis ir forma. Kartu su širdies ritmu, kvėpavimu ir pagrindine temperatūra tai virsta skaitmeniniu atsparumo „portretu“ – raktu į individualizuotą gydymą.

Kas tiksliai matuojama ir kaip tai interpretuojama?

Bandomojoje dalyje komanda lygina:

• Prakaito molekulės: naujas biologinio amžiaus ir streso atsako kandidatų biožymenų rinkinys.
• Fiziologija: širdies susitraukimų dažnis, kvėpavimas, šerdies temperatūra (per prarytą sensorinę kapsulę), odos parametrai.
• Ištvermė ir „atsparumas karščiui“: termiškai kontroliuojamas ciklinis važiavimas ir atsistatymas.
  Duomenys sujungiami į atsparumo amžiui modelį, kuris patvirtinamas skirtingose amžiaus grupėse ir kartojimuose. Tikslas – sukurti klinikinę pridėtinę vertę turinčią priemonę, kurią gydytojai galėtų lengvai naudoti ir suprasti.

Kur tai gali praversti rytoj

• Intervencijos planavimas. „Fiziologinio“ amžiaus ir rezervo įvertinimas prieš operaciją ar intensyviosios terapijos skyrių, siekiant tiksliau dozuoti riziką.
• Reabilitacija ir sporto medicina. Stebėti atsparumą laikui bėgant, laiku koreguoti krūvius ir stebėti perkrovas.
• Geriatrija ir lėtinės ligos: nustatyti atsparumo „spragas“ gerokai prieš klinikinius įvykius ir pritaikyti gydymą individualiems poreikiams.

Trumpai tariant – svarbiausia

• „AGE RESIST“ ieško biologinio amžiaus ir atsparumo prakaite biožymenų ir treniruoja nešiojamus jutiklius juos nuolat „skaityti“.
• Projektą vadovauja ETH Ciuricho universitetas, Empa, Kalifornijos technologijos institutas ir Bazelio klinikos, o finansuoja SNSF. Tikslas – sukurti pagal amžių pritaikytą personalizuotos medicinos „laikrodį“.
• Bandomajame etape – 3 vizitai, ciklinis krūvis švelniu karščiu, sensorinė kapsulė šerdies temperatūrai matuoti, kompensacija 200 CHF.

Šaltinis: „Empa“ puslapis apie projektą „AGE RESIST“.