رفتن به محتوای اصلی
توضیح کوهستانبازسازی بافتدستاورد علمی۱۹ مرداد ۱۴۰۵، ۸:۲۷· 5 دقیقه مطالعه· #1 از 5 در سبک زندگی

آنزیم طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی، آسیب‌های چندین دهه پیری پوست در بافت انسانی را معکوس می‌کند

یک آنزیم مهندسی‌شده جدید با موفقیت گلیکاسیون انباشته‌شده را از بافت انسانی جدا می‌کند و انعطاف‌پذیری مولکولی پوست ۷۵ ساله را به سطح پوست ۳۱ ساله بازمی‌گرداند.

به قلم ساناز فخری

محققان طول عمر 40%متخصصان پوست و زیبایی 35%زیست‌شناسان محتاط 25%
محققان طول عمر
تمرکز بر پتانسیل افزایش طول عمر سالم انسان با پاکسازی آسیب‌های مولکولی.
متخصصان پوست و زیبایی
پیش‌بینی تغییر از درمان‌های زیبایی سطحی به ترمیم ساختاری پوست.
زیست‌شناسان محتاط
تأکید بر موانع قابل توجه بین موفقیت آزمایشگاهی و کاربرد ایمن انسانی.

بررسی عمیق دیدگاه‌ها

محققان طول عمر

تمرکز بر پتانسیل افزایش طول عمر سالم انسان با پاکسازی آسیب‌های مولکولی.

برای دهه‌ها، حوزه طول عمر در مورد اینکه آیا پیری باید با تغییر ژنتیک سلولی درمان شود یا با ترمیم فیزیکی آسیب‌های انباشته‌شده، بحث کرده است. این دستاورد به شدت رویکرد ترمیم آسیب را تأیید می‌کند. محققان بر این باورند که با اثبات اینکه ماتریکس خارج سلولی را می‌توان به صورت شیمیایی از پیوندهای متقاطع پاک کرد، می‌توانیم اساساً سفتی عروقی را که عامل بیماری‌های قلبی عروقی است، معکوس کنیم، نه اینکه فقط علائم آن را مدیریت کنیم.

متخصصان پوست و زیبایی

پیش‌بینی تغییر از درمان‌های زیبایی سطحی به ترمیم ساختاری پوست.

مراقبت‌های ضد پیری فعلی پوست عمدتاً بر تحریک تولید کلاژن جدید یا فلج موقت عضلات برای پنهان کردن چین و چروک متکی است. متخصصان پوست، گلیکاسیون‌زدایی آنزیمی را یک تغییر پارادایم می‌دانند. اگر یک درمان موضعی یا تزریقی بتواند با خیال راحت پیوندهای شیمیایی را که باعث افتادگی و نازک شدن پوست می‌شوند، حل کند، احیای ساختاری واقعی را ارائه می‌دهد و خواص مکانیکی پوست را به حالت واقعاً جوان بازمی‌گرداند.

زیست‌شناسان محتاط

تأکید بر موانع قابل توجه بین موفقیت آزمایشگاهی و کاربرد ایمن انسانی.

در حالی که نتایج آزمایشگاهی بی‌سابقه هستند، صداهای محتاط در جامعه بیولوژیکی بر پیچیدگی سیستم ایمنی انسان تأکید می‌کنند. CMLase از آنزیم‌های میکروبی مشتق شده است. وارد کردن یک پروتئین خارجی و مهندسی‌شده به بافت زنده انسان، خطر ایجاد یک پاسخ ایمنی شدید را به همراه دارد. علاوه بر این، تحویل یک مولکول آنزیمی بزرگ به عمق لایه‌های پوستی یا دیواره‌های شریانی یک چالش دارویی بزرگ باقی می‌ماند که باید قبل از استفاده بالینی حل شود.

چرا مهم است

برای دهه‌ها، سفت شدن پوست، شریان‌ها و مفاصل ما یک واقعیت برگشت‌ناپذیر در روند پیری تلقی می‌شد. توانایی حذف شیمیایی این آسیب از بافت انسانی، نه تنها راه را برای از بین بردن چین و چروک، بلکه به طور بالقوه برای معکوس کردن سفتی عروقی که عامل بیماری‌های قلبی و زوال شناختی است، باز می‌کند.

برای دهه‌ها، «زنگ‌زدگی» بیولوژیکی که پوست ما را سفت، شریان‌هایمان را سخت و چشمانمان را کدر می‌کند، کاملاً دائمی تلقی می‌شد. اکنون، دانشمندان از هوش مصنوعی برای طراحی یک آنزیم سفارشی استفاده کرده‌اند که با موفقیت این زنگ‌زدگی شیمیایی را از بافت انسانی پاک می‌کند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این آنزیم پوست ۷۵ ساله را گرفت و انعطاف‌پذیری و نشانگرهای مولکولی آن را به سطحی مطابق با پوست ۳۱ ساله بازگرداند.[1][4]

برای درک نحوه عملکرد این فرآیند، به اتفاقی که هنگام پختن نان یا کباب کردن استیک می‌افتد فکر کنید. گرما باعث می‌شود قندها و پروتئین‌ها به هم متصل شوند و یک پوسته قهوه‌ای طلایی و طعم غنی ایجاد کنند. این واکنش «مایلارد» نامیده می‌شود. در داخل بدن شما، دقیقاً همین فرآیند شیمیایی در حال وقوع است، فقط با سرعتی بسیار کندتر.[2][5]

در دمای ثابت ۳۷ درجه سانتی‌گراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) در طول دهه‌ها، قندهای موجود در جریان خون شما دائماً با پروتئین‌ها و چربی‌ها برخورد می‌کنند. هنگامی که آنها به هم متصل می‌شوند، ترکیباتی به نام «محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته» یا AGEs ایجاد می‌کنند. همانطور که از نام اختصاری آن پیداست، این مولکول‌ها عامل اصلی نحوه پیری فیزیکی ما هستند.[2][5]

در طول دهه‌ها، قندهای موجود در جریان خون به پروتئین‌ها متصل می‌شوند و پیوندهای متقاطع سفتی ایجاد می‌کنند که به عنوان AGEs شناخته می‌شوند.
در طول دهه‌ها، قندهای موجود در جریان خون به پروتئین‌ها متصل می‌شوند و پیوندهای متقاطع سفتی ایجاد می‌کنند که به عنوان AGEs شناخته می‌شوند.

شما می‌توانید تجمع AGEs را در بدن خود احساس کنید. آنها مانند یک چسب مولکولی عمل می‌کنند و فیبرهای بلند و ظریف کلاژن و الاستین را که بافت‌های شما را انعطاف‌پذیر نگه می‌دارند، به هم متصل می‌کنند. هنگامی که کلاژن توسط AGEs به هم متصل می‌شود، پوست شما خاصیت ارتجاعی خود را از دست می‌دهد و شروع به افتادگی می‌کند. مفاصل شما صبح‌ها سفت‌تر می‌شوند. شریان‌های شما خاصیت ارتجاعی جوانی خود را از دست می‌دهند و قلب شما را مجبور به کار سخت‌تر می‌کنند.[3][8]

تا همین اواخر، اجماع پزشکی بر این بود که هنگامی که AGEs در بافت‌های با عمر طولانی تشکیل می‌شوند، برای همیشه باقی می‌مانند. شما می‌توانستید با استفاده از کرم ضد آفتاب، مدیریت قند خون و خوردن غذاهای فرآوری‌شده کمتر، تجمع آنها را کُند کنید، اما نمی‌توانستید آسیبی را که قبلاً وارد شده بود، معکوس کنید.[2][5]

این فرض با یک دستاورد منتشر شده در نشریه «نیچر کامیونیکیشنز» توسط محققان در شرکت دارویی «رول فارماسوتیکالز» (Revel Pharmaceuticals) تغییر کرد. این تیم یک AGE خاص و بسیار فراوان به نام N-کربوکسی‌متیل-لیزین یا CML را هدف قرار داد. CML همان زخم شیمیایی سرسختی است که در ماتریکس خارج سلولی – داربستی که سلول‌های شما را در کنار هم نگه می‌دارد – انباشته می‌شود.[1][4]

بدن انسان فاقد مکانیسم طبیعی برای تجزیه CML است. با این حال، محققان می‌دانستند که وقتی ما می‌میریم، بافت‌هایمان در نهایت تجزیه می‌شوند. این بدان معناست که در جایی در دنیای طبیعی، احتمالاً در میکروب‌های خاک، آنزیمی وجود دارد که می‌تواند به عنوان یک قیچی شیمیایی برای بریدن این پیوندهای خاص قند و پروتئین عمل کند.[1][5]

تا همین اواخر، تجمع گلیکاسیون در پوست انسان بخشی برگشت‌ناپذیر از روند پیری تلقی می‌شد.
تا همین اواخر، تجمع گلیکاسیون در پوست انسان بخشی برگشت‌ناپذیر از روند پیری تلقی می‌شد.
با این حال، محققان می‌دانستند که وقتی ما می‌میریم، بافت‌هایمان در نهایت تجزیه می‌شوند.

این تیم به جای صرف سال‌ها برای آزمایش دستی نمونه‌های خاک، به هوش مصنوعی روی آورد. آنها با استفاده از «آلفافولد» (AlphaFold) – سیستم هوش مصنوعی که ساختارهای سه‌بعدی تقریباً تمام پروتئین‌های شناخته‌شده را پیش‌بینی کرده است – ده‌ها هزار توالی DNA میکروبی را اسکن کردند.[4][6]

آنها روی خانواده‌ای از پروتئین‌ها به نام «گلایسین اکسیدازها» متمرکز شدند که شکلی تقریباً مطابق با مولکول CML داشتند. از طریق «تکامل هدایت‌شده» با راهنمایی هوش مصنوعی، آنها ساختار پروتئین را تا زمانی که کاملاً با پیوند CML مطابقت پیدا کرد، دستکاری و بهینه‌سازی کردند. آنها آنزیم مهندسی‌شده جدید خود را CMLase نامیدند.[1][5]

هنگامی که محققان CMLase را روی بافت پوست ۷۵ ساله انسان در آزمایشگاه اعمال کردند، نتایج، دهه‌ها دگم بیولوژیکی را به چالش کشید. این آنزیم با موفقیت پیوندهای CML را شکافت و گلیکاسیون انباشته‌شده را بدون آسیب رساندن به فیبرهای کلاژن زیرین از بین برد.[1][4]

اعداد خیره‌کننده بودند. این درمان سطح CML را در بافت پوست مسن ۵۵ درصد کاهش داد. در سطح مولکولی، ماتریکس خارج سلولی بافت ۷۵ ساله به وضعیتی سالم‌تر و انعطاف‌پذیرتر از پوست معمولی ۳۱ ساله بازگردانده شد.[1][5]

آنزیم CMLase طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی مانند یک قیچی شیمیایی عمل می‌کند و پیوندهای سرسخت گلیکاسیون را می‌شکند.
آنزیم CMLase طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی مانند یک قیچی شیمیایی عمل می‌کند و پیوندهای سرسخت گلیکاسیون را می‌شکند.

پیامدهای این کشف بسیار فراتر از جذابیت‌های زیبایی‌شناختی از بین بردن چین و چروک است. محققان همچنین این آنزیم را روی بافت شریانی مسن اعمال کردند و به کاهش ۷۰ درصدی CML دست یافتند، و همچنین روی پروتئین‌های عدسی چشم یک اهداکننده ۶۴ ساله، که گلیکاسیون منجر به آب مروارید را تا ۷۸ درصد کاهش داد.[4][7]

اگر بتوانید زنگ‌زدگی شیمیایی را از داربست بدن پاک کنید، به طور بالقوه عملکرد خود اندام‌ها را بازیابی می‌کنید. حذف AGEs از رگ‌های خونی می‌تواند یک علت اصلی فشار خون بالا و بیماری‌های قلبی عروقی را معکوس کند، در حالی که پاکسازی آنها از عروق مغز ممکن است در برابر زوال شناختی محافظت کند.[3][8]

با این حال، پتری دیش (ظرف آزمایشگاهی) یک انسان زنده و در حال تنفس نیست. اکنون چالش از طراحی پروتئین به تحویل ایمن تغییر می‌کند. محققان باید تعیین کنند که چگونه CMLase را به عمق پوست زنده یا دیواره‌های شریانی منتقل کنند، بدون اینکه سیستم ایمنی انسان این آنزیم مشتق‌شده از میکروب را به عنوان یک مهاجم خارجی شناسایی کرده و به آن حمله کند.[5][7]

آزمایش‌های آزمایشگاهی کاهش چشمگیری در گلیکاسیون را در انواع مختلف بافت‌های مسن انسانی نشان داد.
آزمایش‌های آزمایشگاهی کاهش چشمگیری در گلیکاسیون را در انواع مختلف بافت‌های مسن انسانی نشان داد.

کرم‌های موضعی و تزریقات موضعی برای ترمیم پوست و مفاصل احتمالاً اولین کاربردهایی خواهند بود که در آزمایش‌های بالینی آزمایش می‌شوند، زیرا از پیچیدگی‌های تحویل سیستمیک از طریق خون جلوگیری می‌کنند. اگر اینها ایمن و مؤثر باشند، گام بعدی توسعه درمان‌هایی برای پاکسازی گلیکاسیون از قلب و کلیه‌ها خواهد بود.[4][5]

در حال حاضر، مهم‌ترین نتیجه عملی این است که ساعت بیولوژیکی بافت‌های ما دیگر یک خیابان یک‌طرفه در نظر گرفته نمی‌شود. داربست بدن شما، در تئوری، قابل ترمیم است. تا زمانی که این درمان‌های آنزیمی به کلینیک‌ها برسند، بهترین استراتژی شما همچنان محافظت از کلاژنی است که دارید، با مدیریت قند خون و محدود کردن AGEs رژیمی موجود در غذاهای سوخته یا به شدت فرآوری‌شده.[2][5]

نکات کلیدی

  1. یک آنزیم طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی به نام CMLase با موفقیت چندین دهه گلیکاسیون را در بافت انسانی طی آزمایش‌های آزمایشگاهی معکوس کرده است.
  2. این آنزیم محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs)، یعنی پیوندهای متقاطع شیمیایی که باعث سفت شدن پوست و شریان‌ها می‌شوند، را هدف قرار داده و تجزیه می‌کند.
  3. در آزمایش‌های انجام شده روی پوست ۷۵ ساله انسان، این درمان سطح گلیکاسیون را ۵۵ درصد کاهش داد و انعطاف‌پذیری مولکولی بافت را بازیابی کرد.
  4. اگرچه در حال حاضر در مراحل پیش‌بالینی است، اما این دستاورد این نظریه را تأیید می‌کند که آسیب فیزیکی پیری را می‌توان به صورت شیمیایی ترمیم کرد.

آنچه نمی‌دانیم

  • اینکه آیا سیستم ایمنی انسان ورود یک آنزیم مشتق‌شده از میکروب را بدون ایجاد پاسخ التهابی تحمل خواهد کرد یا خیر.
  • اینکه آنزیم چقدر می‌تواند به طور مؤثر از طریق سد پوستی در یک کرم موضعی تحویل داده شود در مقابل نیاز به تزریقات موضعی.
  • اثرات بلندمدت تسریع مصنوعی تجزیه پیوندهای متقاطع ماتریکس خارج سلولی در بیماران زنده انسانی.

روند رویداد

  1. ۱۹۱۲

    شیمیدان فرانسوی، لوئی-کامی مایلارد، برای اولین بار واکنش شیمیایی بین قندها و پروتئین‌ها را که باعث قهوه‌ای شدن غذاها می‌شود، توصیف کرد.

  2. دهه ۱۹۸۰

    محققان پزشکی ثابت کردند که واکنش مایلارد در داخل بدن انسان رخ می‌دهد و محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs) را به پیری بافت مرتبط کردند.

  3. ۲۰۲۰

    هوش مصنوعی آلفافولد (AlphaFold) شرکت دیپ‌مایند با موفقیت ساختارهای سه‌بعدی تقریباً تمام پروتئین‌های شناخته‌شده را پیش‌بینی کرد و تحقیقات بیولوژیکی را متحول ساخت.

  4. آگوست ۲۰۲۶

    محققان داده‌هایی را منتشر کردند که نشان می‌دهد آنزیم CMLase طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی با موفقیت چندین دهه گلیکاسیون را از پوست و بافت شریانی انسان پاک می‌کند.

اصطلاحات کلیدی

محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs)
ترکیبات مضری که هنگام ترکیب پروتئین یا چربی با قند در جریان خون تشکیل می‌شوند و باعث سفت شدن و پیری بافت‌ها می‌شوند.
کلاژن
پروتئین ساختاری اولیه در بدن انسان، مسئول حفظ استحکام پوست، انعطاف‌پذیری مفاصل و خاصیت ارتجاعی شریان‌ها.
ماتریکس خارج سلولی
شبکه سه‌بعدی از پروتئین‌ها و مولکول‌ها که پشتیبانی ساختاری را برای سلول‌های بدن شما فراهم می‌کند.
تکامل هدایت‌شده
یک روش آزمایشگاهی که از انتخاب طبیعی تقلید می‌کند تا پروتئین‌ها یا آنزیم‌ها را به سمت یک عملکرد یا شکل مطلوب هدایت کند.
واکنش مایلارد
یک واکنش شیمیایی بین اسیدهای آمینه و قندهای کاهنده که طعم غذاهای قهوه‌ای شده را ایجاد می‌کند و به طور مشابه باعث پیری بافت‌های انسانی می‌شود.

پرسش‌های متداول

AGEs چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟

محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs) زمانی تشکیل می‌شوند که قندهای موجود در جریان خون شما به پروتئین‌ها و چربی‌ها متصل شوند. این فرآیند که توسط گرمای طبیعی بدن شما در طول دهه‌ها هدایت می‌شود، پیوندهای متقاطع سفتی ایجاد می‌کند که باعث می‌شود بافت‌ها خاصیت ارتجاعی خود را از دست بدهند.

آیا می‌توانم AGEs را از طریق رژیم غذایی خود کاهش دهم؟

بله. در حالی که نمی‌توانید این فرآیند را به طور کامل متوقف کنید، می‌توانید با مدیریت قند خون و کاهش مصرف غذاهای فرآوری‌شده یا سوخته، که حاوی سطوح بالایی از AGEs رژیمی هستند، آن را کُند کنید.

این آنزیم چه زمانی به عنوان یک درمان در دسترس خواهد بود؟

این آنزیم در حال حاضر در مرحله آزمایش‌های پیش‌بالینی است. محققان ابتدا باید ثابت کنند که می‌توان آن را با خیال راحت به بافت زنده انسان منتقل کرد بدون اینکه باعث واکنش ایمنی شود، پیش از آنکه آزمایش‌های بالینی انسانی آغاز شود.

آیا این آنزیم روی اندام‌هایی غیر از پوست نیز کار می‌کند؟

در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این آنزیم با موفقیت گلیکاسیون را در بافت شریانی مسن و پروتئین‌های عدسی چشم کاهش داد، که نشان می‌دهد می‌تواند در نهایت برای درمان بیماری‌های قلبی عروقی و آب مروارید استفاده شود.

منابع

پوشش منابع

8 منبع

3 دیدگاه شناسایی‌شده

محققان طول عمر 40%متخصصان پوست و زیبایی 35%زیست‌شناسان محتاط 25%
  1. [1]Nature Communicationsمحققان طول عمر

    Reversal of protein chemical aging by enzymatic deglycation

    مطالعه در Nature Communications
  2. [2]National Institutes of Healthمتخصصان پوست و زیبایی

    Advanced Glycation End Products and Aging

    مطالعه در National Institutes of Health
  3. [3]American Heart Associationزیست‌شناسان محتاط

    Advanced Glycation End Products and Vascular Stiffness

    مطالعه در American Heart Association
  4. [4]Revel Pharmaceuticalsمحققان طول عمر

    Revel Pharmaceuticals Announces Breakthrough in Enzymatic Deglycation

    مطالعه در Revel Pharmaceuticals
  5. [5]تیم سردبیری کوهستانمتخصصان پوست و زیبایی

    تحلیل تیم سردبیری کوهستان

    مطالعه در تیم سردبیری کوهستان
  6. [6]Scienceزیست‌شناسان محتاط

    AI-driven protein design platforms accelerate longevity research

    مطالعه در Science
  7. [7]Aging-USمحققان طول عمر

    Network-based approaches and AI in aging and rejuvenation

    مطالعه در Aging-US
  8. [8]Preprints.orgزیست‌شناسان محتاط

    The Extracellular Matrix Theory of Aging and De Novo Protein Design

    مطالعه در Preprints.org

نظرات

همیشه در جریان باشید

هر زاویه. هر روز.

دریافت سبک زندگی اخبار همراه با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، مستقیم در صندوق ورودی شما.