Una IA catalana detecta las huellas del envejecimiento en las células madre de la sangre

BarcelonaEnvejecer es un proceso natural y no una enfermedad. Aun así, acumular años se considera el principal factor de riesgo para los problemas de salud más prevalentes en el planeta, como el cáncer o el Alzheimer. El paso del tiempo deja huellas dentro de las células y las va deteriorando. Y ahora, investigadores catalanes, liderados por el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (Idibell), han conseguido por primera vez identificar en imágenes microscópicas estas huellas en las células madre de la sangre.

En un estudio realizado con ratones, han desarrollado una herramienta de inteligencia artificial de aprendizaje profundo capaz de distinguir entre células madre jóvenes y células madre envejecidas analizando las imágenes en tres dimensiones del núcleo y detectando cambios sutiles asociados a la edad en cómo se almacena el ADN en él.

La nueva herramienta, que han llamado ChromAgeNet, abre la puerta a explorar posibles estrategias para preservar o recuperar la función de estas células. “La herramienta que hemos desarrollado es importante porque nos ayuda a comprender los mecanismos que pueden ser una diana terapéutica”, señala Maria Carolina Florian, investigadora Icrea en el programa de medicina regenerativa del Idibell.

Una biblioteca en una caja de zapatos

El trabajo, en el que también han participado investigadores del Instituto de Salud Global de Barcelona y del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), se ha centrado en el sistema hematopoyético, el conjunto de órganos y tejidos que se encargan de producir células sanguíneas, entre las cuales se encuentran las células del sistema inmunitario. Estudios recientes han revelado que, precisamente, este sistema de defensa ejerce un papel clave en el proceso de envejecimiento de todo el organismo.

Se sabe que el envejecimiento modifica la manera en que la célula organiza el material genético dentro del núcleo. Esto es porque el ADN es como una biblioteca formada por millones de libros comprimida dentro de una caja de zapatos, que sería el núcleo de la célula. La manera en que estos libros –los genes– están colocados determina cuáles se pueden consultar y, por tanto, pueden funcionar, y cuáles quedan fuera del alcance o apagados.

Para ver si estas modificaciones podían funcionar como una especie de reloj de la edad, los investigadores obtuvieron imágenes en 3D de alta resolución de los núcleos de células hematopoyéticas y las tiñeron con un marcador que les permitía visualizar el ADN. Después, entrenaron a ChromAgeNet con estas imágenes para que distinguiera entre células madre jóvenes y envejecidas a partir de la estructura 3D del núcleo. Y descubrieron que las envejecidas tenían una estructura “más desorganizada”, en palabras de Florian, y esto afectaba a su función.

Fármacos para revertir los efectos del envejecimiento

En el estudio –que recoge la revista Aging Celly que ha contado con financiación europea a través de una ayuda ERC Consolidator, del ministerio de Ciencia y de la Fundación La Caixa– Florian y su equipo han tratado las células envejecidas con compuestos que modifican la manera en que el ADN se empaqueta dentro del núcleo, en una estructura llamada cromatina. Con algunos de estos compuestos, la organización de la cromatina adquirió un aspecto más parecido al de las células jóvenes, un cambio que ChromAgeNet fue capaz de detectar. El resultado sugiere que estos tratamientos pueden modificar algunos de los cambios de la cromatina asociados al envejecimiento, pero todavía falta comprobar si esto se traduce en una recuperación de la función de las células.

El siguiente paso será comprobar si esta firma de envejecimiento también se puede identificar en células humanas y si la herramienta puede servir para encontrar tratamientos capaces de modificarla.