Ожирение в 4D и прозрачные мыши🐁

На днях в журнале Nature вышла статья (ссылка) об очередных успехах использования искусственного интеллекта в медицине. Ну, подумаешь, вроде бы еще одна статья об использовании современных методов и новых вычислительных подходов в обучении математических моделей уму-разуму. Но не все так скучно, как может показаться.

Нам повезло, что исследователи "натаскивали" эти новые методы и модели на такой проблеме, как ожирение. Не повезло мышам, на которых обучался искусственный интеллект. Но мыши не зря отдали свои жизни за науку, т.к. и результаты, и их визуализация впечатляют.

Авторы разработали систему искусственного интеллекта MouseMapper, которая позволяет анализировать весь организм мыши на клеточном уровне. Цель - понять, как такие заболевания, как ожирение, влияют одновременно на множество органов и тканей, а не только на отдельные органы.

Суть исследования - применение механизма MouseMapper в объединении данных из разных источников с разной степени детализации в единую картинку для каждого ожиревшего мышиного индивидуума и сравнения с такими же визуализациями данных у контрольной группы не подверженной ожирению.

Для анализа огромных массивов биологических изображений исследователи «прогнали» картинки
➖трёхмерной визуализации всего тела;
➖обнаруженных нервных волокон и иммунных клеток;
➖автоматической сегментации 31го органа и ткани
через фундаментальные модели глубокого обучения.

MouseMapper связывает видимые изменения на клеточном уровне (например, выключение гена или действие препарата) с реакцией всего организма. Это позволяет выявлять скрытые системные эффекты, которые не видны при изучении отдельных клеток или тканей.

Очень интересно, как готовили мышей: авторы буквально делали прозрачной всю мышь целиком и затем строили 3D-карту нервов и иммунных клеток по всему организму. Именно благодаря этому они обнаружили повреждения ветвей тройничного нерва у ожиревших животных.

Нервы и иммунные клетки подсвечивали флуоресцентными метками, а ткани с помощью особой обработки сделали прозрачными (чтобы свечение не пропало). Потом тело целиком сканировали методом флуоресцентной микроскопии. Снимки сканов с десятками миллионов клеточных структур, обработали в той самой ИИ-модели, отметив очаги воспаления и повреждений в жире, мышцах, печени и периферических нервах. Часть мышей была посажена на жирную диету, которая вызывала ожирение, похожее на человеческое. Часть оставили в контрольной группе. И всех пропустили через сканирование.

🔸Основные результаты:

🚩Изменения в периферической нервной системе
➖выявлены структурные повреждения инфраорбитальной ветви тройничного нерва;
➖эти изменения сопровождались ухудшением сенсорной функции (мыши хуже использовали вибриссы для осязания).
🚩Молекулярные нарушения
➖в тройничном ганглии обнаружены изменения белкового состава;
➖особенно затронуты процессы ремоделирования аксонов и система комплемента, связанная с воспалением. Аналогичные изменения нашли и у людей.
🚩Картирование воспаления по всему организму
➖создана детальная 3D-карта распределения иммунных клеток;
➖показано, что воспаление при ожирении распределено неравномерно и имеет специфические особенности в разных тканях.

Проще говоря, нервы страдают, а сильнее всего - тройничный нерв (крупный лицевой нерв, который в ответе за осязание, вкус и т.п.). В нервах ожирелых мышей стало заметно меньше ветвей и окончаний, особенно в тройничном нерве. А поведенческие тесты подтвердили: такие мыши слабее реагировали на раздражители (особенно на вибриссы). Структурная поломка привела к реальной потере чувствительности.

Кроме того, показано, что при ожирении плотность нервных волокон снижается. Как пишут авторы, иннервация не масштабируется пропорционально росту ткани и относительно снижается при ожирении!

Таким образом, ожирение - это не только метаболическое нарушение, а заболевание, затрагивающее нервную систему, иммунитет и многие органы одновременно!

Тепреь ждем статей от исследователей, которые применят такой подход, как MouseMapper, к изучению системных эффектов других заболеваний — нейродегенеративных, онкологических, аутоиммунных и метаболических!

Всем здоровья!