Nuevo sistema de medición automatizado para evaluar la esperanza de vida saludable utilizando nematodos



Un grupo de investigación de la Universidad de Kumamoto (Japón) ha desarrollado un sistema de medición automatizado para evaluar la esperanza de vida saludable utilizando nematodos (C. elegans). Basado en diferencias cualitativas en la esperanza de vida, este sistema puede clasificar poblaciones de nematodos que son, en promedio, sanos y longevos, sanos y mueren prematuramente, y que viven con largos períodos de mala salud.

Dado que existen muchas similitudes entre los mecanismos que determinan la vida útil de C. elegans y humanos, los investigadores creen que este sistema facilitará el desarrollo de medicamentos y la búsqueda de alimentos que prolonguen la vida útil de los humanos.

El concepto de “esperanza de vida saludable” fue propuesto en el año 2000 por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y es un indicador importante para la salud de una población. Se refiere a la esperanza de vida media menos el período de vida dependiente de la atención médica o de enfermería continua. Sin embargo, no existe una comprensión científica clara de lo que constituye una vida útil saludable en animales o células experimentales. Además, aún no se ha establecido la tecnología para analizar objetiva y rápidamente los factores que inciden en la esperanza de vida saludable.

A pesar de ser un animal extremadamente simple, C. elegans tiene órganos diferenciados como nervios, músculos esqueléticos y un tracto digestivo, y se conservan muchos genes relacionados con animales mamíferos. Es muy útil para la investigación de vanguardia en campos como la genética y la biología molecular.

Sin embargo, mientras que el análisis de la vida útil de este nematodo proporciona una gran cantidad de información útil, los estudios previos sobre la vida útil tenían muchas limitaciones, incluyendo 1) sensibilidad a varios estímulos a temperatura ambiente, 2) un tiempo experimental prolongado requerido para las mediciones diarias, 3) una falta de objetividad debido a la tendencia a que los resultados dependan de la técnica experimental, y 4) el pequeño número de muestras que pueden procesarse al mismo tiempo lo hace inadecuado para la medición simultánea de muchas muestras.

Los investigadores intentaron resolver estos problemas mediante el desarrollo de un nuevo sistema de evaluación de la vida útil saludable que mantuvo las ventajas proporcionadas por los nematodos. Se centraron en determinar las condiciones óptimas en un sistema de imágenes de células vivas para medir automáticamente la supervivencia de los nematodos, como contar el número de nematodos en una muestra, la temperatura de incubación, el grosor del medio, las condiciones de alimentación, el intervalo de imágenes y el método de determinación de la supervivencia.

Esto se convirtió C. elegans Lifespan Auto-monitoring System (C-LAS), un sistema de medición de vida útil totalmente automatizado que puede medir de forma no invasiva una gran cantidad de muestras (actualmente hasta 36 muestras). C-LAS utiliza imágenes superpuestas de nematodos para identificar los que se mueven, lo que significa que están vivos, y los que no se mueven, lo que significa que están muertos.

A continuación, utilizando C-LAS para observar C. elegans, los investigadores encontraron que los nematodos pueden clasificarse en uno de tres posibles estados de comportamiento: un estado activo (vivo), un estado de supervivencia inactivo o un estado inactivo (muerto). Definieron el período de comportamiento activo como el “período de vida saludable” y establecieron un nuevo sistema que llamaron C. elegans Sistema de monitoreo automático Healthspan (C-HAS). Similar a C-LAS, C-HAS es un sistema automatizado de medición de salud y longevidad que puede distinguir entre nematodos vivos y muertos mediante la superposición de imágenes periódicas.

También es posible detectar cuando los nematodos están en un estado de supervivencia inactivo (vivos pero no saludables) cuando solo se superponen parcialmente entre las imágenes. Utilizando C-HAS, los investigadores pueden utilizar estos parámetros para análisis de minipoblaciones. Este tipo de análisis permite dividir los nematodos con el mismo trasfondo genético en cuatro grupos: los que tienen una vida media, los que son sanos y longevos, los que no son saludables y mueren prematuramente y los que tienen un largo período de fragilidad.

Los investigadores realizaron un análisis de minipoblaciones de la vida útil sana de los nematodos utilizando una combinación de C-HAS y análisis estadístico de nematodos comunes con el mismo trasfondo genético. Descubrieron que aproximadamente el 28% de la población tenía una esperanza de vida promedio, aproximadamente el 30% tenía una esperanza de vida larga y saludable, aproximadamente el 35% tenía una esperanza de vida saludable pero murió prematuramente y aproximadamente el 7% tenía un largo período de fragilidad.

También encontraron que la activación, ya sea genéticamente o mediante la administración del fármaco metformina, la proteína quinasa activada por AMP (AMPK), que está estrechamente relacionada con la esperanza de vida saludable, aumentó drásticamente la población con longevidad saludable y redujo la población con períodos prolongados. de fragilidad. Se cree que la metformina aumenta la esperanza de vida saludable en los seres humanos, y el presente estudio apoya esta idea. Actualmente, se están realizando ensayos clínicos para determinar su asociación con una longevidad saludable.

Puede ser un poco inesperado ver que los nematodos se utilizan para medir la esperanza de vida saludable, pero ya hemos utilizado C-HAS para identificar nuevos genes relacionados con la esperanza de vida saludable que antes se desconocían. Esta tecnología hace posible buscar fácilmente genes, medicamentos o alimentos que estén relacionados con, o incluso extiendan, la esperanza de vida humana saludable con una velocidad y precisión que no se podrían obtener cuando se utilizan animales de laboratorio. Esperamos que C-HAS se pueda utilizar para la investigación de descubrimiento de fármacos y en la búsqueda de alimentos saludables en el futuro. Actualmente estamos trabajando en el desarrollo de C-HAS-AI, que incorporará el aprendizaje profundo en C-HAS para impulsar el análisis automatizado “.

Tsuyoshi Shuto, líder del estudio, profesor asociado, Universidad de Kumamoto

Fuente:

Referencia de la revista:

Nakano, Y., et al. (2020) El análisis intrapoblación de la vida útil longitudinal en Caenorhabditis elegans identifica W09D10.4 como un nuevo factor de acortamiento de la vida útil asociado a AMPK. Revista de Ciencias Farmacéuticas. doi.org/10.1016/j.jphs.2020.12.004.

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