Kuidas higianalüüsi abil määrata bioloogilist vanust ja stressitaluvust

Kronoloogiline vanus ei ütle keha tegeliku seisundi kohta kuigi palju: kaks samaealist inimest võivad vastupidavuse, riskide ja ravivastuse poolest radikaalselt erineda. ETH Zürichi, Empa, Caltechi ja Baseli Ülikooli Haigla meeskond käivitab projekti AGE RESIST (AGE kell SweaT-i vastupidavuse mõõtmiseks): teadlased tahavad õppida, kuidas täpselt ja lihtsalt hinnata bioloogilist vanust ja „vastupidavust“ (stressi- ja pingetakistust) higis sisalduvate molekulide põhjal, mida kantavad andurid pidevalt koguvad. Idee on muuta keerulised laboripaneelid mugavaks naha „vanusekellaks“, et isikupärastada meditsiinilisi otsuseid ja vähendada ravi kõrvaltoimeid. Projekti rahastab Šveitsi Riiklik Teadusfond (SNSF).

Uuringu taust

Kalendervanus (kronoloogia) ennustab kehvasti keha tegelikku seisundit – vastupidavust, haigustele vastuvõtlikkust ja ravitaluvust. Seetõttu on viimastel aastatel kiiresti arenenud bioloogilise vanuse „kellad“. Paljud neist aga tuginevad kallitele laboripaneelidele (veri, „oomika“), annavad tulemusi episoodiliselt ega ole alati tõestanud kliinilist lisaväärtust. Seda tausta arvestades pakub AGE RESIST projekt (ETH Zürich, Empa, Caltech, Baseli Ülikooli Haigla) teistsugust võimalust: otsida higist uusi biomarkereid ja lugeda neid pidevalt kantavate anduritega, et hinnata mitte ainult „vanust“, vaid ka vastupidavust – stressitaluvust ja taastumiskiirust. See „kella“ lähenemine on mõeldud teraapia isikupärastamise vahendina: valida sekkumiste intensiivsus vastavalt patsiendi tegelikule füüsilisele seisundile ja seeläbi vähendada kõrvaltoimeid. Projekti rahastab Šveitsi Riiklik Teadusfond (SNSF).

Miks higistada? See pakub mugava akna füsioloogiasse: elektrolüüdid, metaboliidid, stressi ja põletiku markerid, mida saab mõõta ilma nõelteta ja reaalajas. Nahaliidese platvormid on viimastel aastatel dramaatiliselt arenenud, pakkudes painduvaid elektrokeemilisi plaastreid, mikrofluidikakollektoreid ja mitmetunniseid andureid, mis suudavad jälgida analüüdi dünaamikat, mitte ainult staatilisi väärtusi. See on oluline vastupidavuse seisukohalt: ennustatakse mitte niivõrd absoluutseid kontsentratsioone, kuivõrd kuumusele/koormusele reageerimise profiili ja „taastumiskõvera“ kuju koos südame löögisageduse, hingamise ja kehatemperatuuriga.

AGE RESISTis rakendatakse seda ideed praktikas: meeskond arendab kaasaskantavat higisensorit, testib prototüüpe kliimakambris ja ühendab molekulaarseid signaale füsioloogiaga (pulss, hingamissagedus, kehatemperatuur jne), et treenida vanuse ja vastupidavuse mudelit. Projekti juhib Noé Brasier (ETH Zürich); EMPA poolelt vastutab sensoorika osakonna eest Simon Annaheim. Oodatav tulemus on kliiniku jaoks mugav „vanuseskaala“, mis aitab planeerida ravi ja taastusravi füsioloogilise vanuse, mitte passiea põhjal.

Kontekst on laiem kui üks projekt: klassikalised „kellad“ – epigeneetilised, transkriptoomilised, proteoomilised – arenevad kiiresti, kuid aastatel 2024–2025 arutatakse aktiivselt nende piiranguid ja „ümberkalibreerimist“ (sõltuvus vererakkude koostisest, mudelite ümberkonfigureerimine erinevate populatsioonide jaoks, kliinilisse olukorda kaasaskantavus). Higi-/kantavate „kellade“ idee, mis esitati akadeemilises tegevuskavas esmakordselt süstemaatiliselt juba 2023. aastal, täidab lihtsalt lõhet laboratoorsete biomarkerite ja igapäevase jälgimise vahel: see püüab tabada vananemise dünaamilist poolt – süsteemi võimet reageerida väljakutsele ja taastuda.

Kuidas see toimib

Teadlased arendavad kaasaskantavat higisensorit, mis loeb samaaegselt uusi molekulaarseid biomarkereid ja ühendab need füsioloogiliste parameetritega (pulss, hingamissagedus, kehatemperatuur jne). Biomimeetiliste membraanide ja tekstiilide (Empa) labori töötaja Simon Annaheimi sõnul võimaldab nahasensorite täpsus saada pidevaid ja usaldusväärseid andmeid keha seisundi kohta. Meeskond testib prototüüpe kliimakambris, kus saab doseerida soojust ja koormust. Nende andmevoogude põhjal treenitakse "kellavärki" algoritmi, mis seob koormusega toimetuleku ja taastumise võime bioloogilise vanuse ja vastupidavusega.

Kes selle projekti taga on ja mida see muudab?

Algataja on dr Noé Brazier (ETH Zürich, Translatsioonimeditsiini Instituut); projektis osalevad kliinilised, sensoorsed ja materiaalsed spetsialistid ETH, Empa, Caltechi ja Baseli haiglatest. Kui „vaatlus“ näitab reprodutseeritavust ja ennustusväärtust, saab seda kasutada ravi ja taastusravi intensiivsuse valimiseks pigem „füsioloogilise“ vanuse kui passi põhjal – onkoloogiast ja kardioloogiast kuni ortopeedia ja geriaatriani. Ideaalis vähendab see „üleravimist“, kõrvaltoimeid ja õigeaegse sekkumise kaotatud võimalusi.

Vabatahtlike värbamine: mida osalejad kogevad

Pilootuuringu värbamine on praegu käimas. Otsitakse mehi ja naisi, kes on valmis tegema ~1 tunni treeningut vanuses 44–54 või 60–70 aastat, kelle KMI on alla 30 ja kes valdavad vabalt saksa või inglise keelt. Osalemine maksab: füüsilise vormi hindamine (spiroergomeetria), bioloogilise vanuse hindamine, vereanalüüsi tulemused ja 200 Šveitsi franki hüvitist (sh reisikulud). Uuringu toimumiskoht on Empa, St. Gallen. Protseduur hõlmab kolme visiiti (kokku ~6 tundi): sõeluuring; põhivisiit õrna soojendusega jalgrattasõiduga ja pausidega (mõõdetakse higi, samal ajal kui parameetreid registreeritakse mitte-invasiivsete anduritega); viimane lühike visiit andurikapsli eemaldamise kontrollimiseks "tuuma" temperatuuri jälgimiseks. Andmed on konfidentsiaalsed; osalejatele ei lubata mingit meditsiinilist kasu.

Miks higistada?

Higi on ainevahetuse „aken“: see sisaldab elektrolüüte, metaboliite, põletiku- ja stressimarkereid, mida saab pidevalt ja nõelata mõõta. Erinevalt episoodilistest vereanalüüsidest annab kantavate andurite higi dünaamikat – kuidas keha reageerib stiimulile (soojus, koormus) ja kui kiiresti see taastub. „Vanuse jälgimise“ puhul pole oluline mitte ainult see, kui palju molekule korraga on, vaid ka reageerimisprofiil: taastumiskõvera amplituud, kiirus ja kuju. Koos pulsisageduse, hingamise ja kehatemperatuuriga muutub see vastupidavuse digitaalseks „portreeks“ – see on personaalse ravi võti.

Mida täpselt mõõdetakse ja kuidas seda tõlgendatakse?

Pilootprojektis võrdleb meeskond:

• Higi molekulid: bioloogilise vanuse ja stressireaktsiooni kandidaatide biomarkerite uus komplekt.
• Füsioloogia: südame löögisagedus, hingamine, kehatemperatuur (alla neelatud sensoorse kapsli kaudu), naha parameetrid.
• Vastupidavus ja „kuumakindlus“: termiliselt kontrollitud tsükliline treening ja taastumine.
  Seejärel liimitakse andmed kokku vanusekindluse mudeliks, mida valideeritakse vanuserühmade ja korduste lõikes. Eesmärk on kliinilise lisaväärtusega tööriist, mida on arstidel lihtne kasutada ja mõista.

Kus see homme kasuks tuleb

• Sekkumise planeerimine. Enne operatsiooni või intensiivravi osakonda füsioloogilise vanuse ja reservi hindamine, et riski täpsemalt doseerida.
• Taastusravi ja spordimeditsiin. Jälgige vastupidavust aja jooksul, kohandage koormusi õigeaegselt ja jälgige ülekoormust.
• Geriaatria ja kroonilised haigused: tuvastage vastupanuvõime „lüngad” juba ammu enne kliinilisi sündmusi ja isikupärastage ravi.

Lühidalt - peamine asi

• AGE RESIST otsib higist bioloogilise vanuse ja vastupidavuse biomarkereid ning treenib kantavaid andureid neid pidevalt „lugema“.
• Projekti juhivad ETH Zürich, Empa, Caltech ja Baseli kliinikud ning seda rahastab SNSF. Eesmärk on vanusepõhine personaalmeditsiini "kell".
• Pilootprojektis - 3 visiiti, tsükliline koormus pehmel kuumusel, sensorkapsel sisetemperatuuri mõõtmiseks, kompensatsioon 200 CHF.

Allikas: Empa lehekülg AGE RESIST projekti kohta.