تعیین سن مولکولی چشم برای اولین بار

تیمی از محققان با تجزیه و تحلیل قطرات ریز مایع چشم که به طور معمول در طی جراحی برداشته می‌شوند، تقریباً ۶۰۰۰ پروتئین از انواع سلول‌های مختلف در چشم را ترسیم کرده‌اند. در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Cell منتشر شده است، محققان از یک مدل هوش مصنوعی برای ایجاد “ساعت پروتئومی” از این داده‌ها استفاده کردند که می‌تواند سن افراد سالم را بر اساس مشخصات پروتئینی آنها پیش‌بینی کند.

این ساعت نشان داد که بیماری‌هایی مانند رتینوپاتی دیابتی و یووئیت باعث تسریع پیری در انواع سلول‌های خاص می‌شوند. با کمال تعجب، محققان همچنین پروتئین‌های مرتبط با بیماری پارکینسون را در مایع چشم شناسایی کردند که به گفته آنها می‌تواند مسیری برای تشخیص های اولیه پارکینسون باشد.

چشم دریچه ای برای بیماری ها

وینیت ماهاجان، نویسنده ارشد، جراح و استاد چشم‌پزشکی در دانشگاه استنفورد، می‌گوید: “آنچه در مورد چشم شگفت‌انگیز است این است که می‌توانیم به درون نگاه کنیم و بیماری‌ها را در زمان واقعی ببینیم. تمرکز اصلی ما این بود که این تغییرات تشریحی را به آنچه در سطح مولکولی در داخل چشم بیمارانمان اتفاق می‌افتد، متصل کنیم.”

چشم یک عضو دشوار برای نمونه‌برداری در بیماران زنده است، زیرا مانند مغز، غیرقابل بازسازی است و بیوپسی بافتی آسیب‌های جبران‌ناپذیری به همراه خواهد داشت. یک روش جایگزین استفاده از بیوپسی مایع است – نمونه‌هایی از مایع که از نزدیک سلول‌ها یا بافت‌های مورد نظر گرفته می‌شوند.

اگرچه بیوپسی‌های مایع می‌توانند تصویری از پروتئین‌های موجود در ناحیه مورد نظر ارائه دهند، اما تاکنون توانایی اندازه‌گیری تعداد زیادی پروتئین در حجم‌های کوچک مایع را محدود کرده‌اند و همچنین قادر به ارائه اطلاعاتی در مورد آن نیستند. سلول‌ها کدام پروتئین را تولید می‌کنند که برای تشخیص و درمان بیماری‌ها مهم است.

نقشه برداری و یافته های پروتئین پیشرفته

تیم ماهاجان برای نقشه‌برداری تولید پروتئین توسط انواع مختلف سلول‌های چشم، از روشی با وضوح بالا برای توصیف پروتئین‌ها در ۱۲۰ نمونه‌برداری مایع که از مایع آبی یا زجاجیه بیماران تحت عمل جراحی چشم گرفته شده‌اند، استفاده کرد. در مجموع، آنها ۵۹۵۳ پروتئین را شناسایی کردند که ده برابر تعداد پروتئین‌هایی است که قبلاً در مطالعات مشابه مشخص شده بود. محققان با استفاده از ابزار نرم‌افزاری به نام TEMPO که ایجاد کردند، توانستند هر پروتئین را به انواع سلول‌های خاص ردیابی کنند.

برای بررسی رابطه بین بیماری و پیری مولکولی، محققان یک مدل یادگیری ماشینی هوش مصنوعی ساختند که می‌تواند سن مولکولی چشم را بر

اساس زیرمجموعه‌ای از ۲۶ پروتئین پیش‌بینی کند. این مدل قادر به پیش‌بینی دقیق سن چشم‌های سالم بود، اما نشان داد که بیماری‌ها با پیری مولکولی قابل توجهی مرتبط هستند. برای رتینوپاتی دیابتی، درجه پیری با پیشرفت بیماری افزایش می‌یابد و این پیری برای افراد مبتلا به رتینوپاتی دیابتی شدید (تکثیری) تا ۳۰ سال تسریع می‌یابد. این علائم پیری گاهی اوقات قبل از اینکه بیمار علائم بالینی بیماری زمینه‌ای را نشان دهد و در بیمارانی که با موفقیت درمان شده بودند، مشاهده می‌شد.

محققان همچنین چندین پروتئین مرتبط با بیماری پارکینسون را شناسایی کردند. این پروتئین‌ها معمولاً پس از مرگ شناسایی می‌شوند و روش‌های تشخیصی کنونی قادر به آزمایش آنها نیستند، که یکی از دلایلی است که تشخیص پارکینسون بسیار دشوار است. غربالگری این نشانگرها در مایع چشم می‌تواند تشخیص زودهنگام بیماری پارکینسون و نظارت درمانی بعدی را امکان پذیر کند.

مفاهیم و جهت گیری های آینده

نویسندگان می‌گویند که این نتایج نشان می‌دهد که پیری ممکن است مختص اندام یا حتی سلول باشد که می‌تواند پیشرفت‌هایی را در پزشکی دقیق و طراحی کارآزمایی بالینی به همراه داشته باشد. جولیان وولف نویسنده اول و چشم‌پزشک از دانشگاه استنفورد می‌گوید: “این یافته‌ها نشان می‌دهد که اندام‌های ما با سرعت‌های متفاوتی در حال پیر شدن هستند. استفاده از داروهای ضد پیری هدفمند می‌تواند گام بعدی در پزشکی پیشگیرانه و دقیق باشد.

ماهاجان می‌گوید: “اگر می‌خواهیم از درمان‌های مولکولی استفاده کنیم، باید مولکول‌های بیماران خود را مشخص کنیم.” من فکر می‌کنم طبقه‌بندی مجدد بیماران بر اساس الگوهای مولکولی آنها و اینکه کدام سلول‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرند می‌تواند واقعاً آزمایش‌های بالینی، انتخاب دارو و نتایج دارو را بهبود بخشد.”

در مرحله بعد، محققان قصد دارند نمونه‌هایی از تعداد بیشتری از بیماران و طیف وسیع‌تری از بیماری‌های چشمی را مشخص کنند. آنها همچنین می‌گویند که روش‌های آنها می‌تواند برای توصیف سایر بافت‌های نمونه‌گیری دشوار استفاده شود. به عنوان مثال، نمونه‌برداری مایع از مایع مغزی نخاعی می‌تواند برای مطالعه یا تشخیص مغز، مایع سینوویال برای مطالعه مفاصل، و ادرار برای مطالعه کلیه‌ها استفاده شود

سوالات

چه تعداد پروتئین معمولاً توسط تیم محققان از قطرات کوچک مایع چشم ترسیم می‌شود و از چه منابعی استخراج می‌گردد؟

تیم محققان تقریباً ۶۰۰۰ پروتئین را از انواع مختلف سلول‌های داخل چشم به وسیله تجزیه و تحلیل قطرات کوچک مایع چشم استخراج کرده‌اند.

چرا نمونه‌برداری از چشم یک چالش برای تحقیقات بیوپسی بافتی است و چرا تیم محققان از روش بیوپسی مایع به عنوان جایگزین استفاده کرد؟

چشم به عنوان یک عضو غیرقابل بازسازی مانند مغز، برای نمونه‌برداری در بیماران زنده چالش‌هایی ایجاد می‌کند. بنابراین، تیم محققان از روش جایگزینی به نام بیوپسی مایع استفاده کردند. این روش شامل گرفتن نمونه‌هایی از مایع چشم است که از نزدیک سلول‌ها یا بافت‌های مورد نظر گرفته می‌شوند. این روش از بیوپسی بافتی جبران‌ناپذیر و مشکلات بازسازی چشم جلوگیری می‌کند.

در چه نحوه‌هایی نتایج این مطالعه نشان می‌دهند که چشم با سرعت متفاوتی نسبت به دیگر اندام‌ها پیر می‌شود؟

نتایج این مطالعه نشان داده‌اند که سن مولکولی چشم به طور متمایز از سن تقویمی قابل تشخیص است. علاوه بر این، نواحی خاصی از چشم، به ویژه عدسی و اپیتلیوم رنگدانه شبکیه، نشان دهنده پیری سریع‌تری هستند نسبت به دیگر نواحی. این نتایج اهمیت ویژگی‌های مولکولی در زمان پیری چشم را مورد تأکید قرار داده و امکان توسعه درمان‌های هدفمند برای بیماری‌های چشمی مرتبط با افزایش سن را فراهم می‌کنند. از طریق شناخت تغییرات مولکولی مرتبط با پیری، محققان قادرند به ایجاد مداخلاتی برای کند کردن یا معکوس کردن فرآیند پیری در چشم بپردازند.