Como suelen decir los investigadores e investigadoras del campo de la inmunología del envejecimiento, el sistema inmunitario es, de alguna forma, la piedra filosofal de la longevidad: controla la velocidad a la que envejecemos al ser capaz de acelerar o retrasar la inflamación crónica (inflammaging) que se da de forma natural conforme cumplimos años. 

“El sistema inmunitario tiene influencia en todos los órganos y circuitos del organismo. Cuando el sistema inmunitario se deteriora, aumenta la inflamación y se deteriora todo el organismo. En cambio, si conseguimos mantener joven el sistema inmunitario, es más fácil llevar una vida libre de enfermedad”, explica Maria Carolina Florian, investigadora principal del programa de Envejecimiento de células madre del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL).

Esto último, mantenerlo joven y en forma, puede estar más cerca gracias a una novedosa investigación liderada por el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), el Barcelona Supercomputing Center (BSC) y el Instituto de Salud Global de Barcelona (ISGlobal), que ha permitido desarrollar una herramienta basada en inteligencia artificial (ChromAgeNet) que permite identificar patrones asociados al envejecimiento en imágenes de microscopía de células madre del sistema inmunitario (hematopoyéticas) de ratones. Lo hace mediante el análisis de la organización tridimensional de la cromatina, el material formado principalmente por ADN y proteínas que se encuentra en el núcleo celular, que empaqueta el ADN y regula qué genes están activos, determinando en última instancia la identidad y la función de la célula.

“Sabemos que las células envejecen, pero esos cambios a nivel de la estructura de la cromatina son muy sutiles y no se ven a simple vista en las imágenes de microscopía. Sin embargo, entrenando un modelo de deep learning hemos conseguido desarrollar una tecnología que permite diferenciar, a través de estas imágenes, células madre procedentes de ratones jóvenes y envejecidos.”, explica a La Vanguardia Paula Petrone, investigadora principal del grupo de investigación Digital Health Unit del Barcelona Supercomputing Center–Centro Nacional de Supercomputación (BSC).

Para desarrollar el modelo, el equipo investigador analizó las imágenes tridimensionales de núcleos de células madre hematopoyéticas de ratón, teñidos con DAPI, una técnica sencilla y ampliamente utilizada para visualizar el ADN. Basándose en la apariencia del núcleo, el modelo logró clasificar correctamente, en promedio, alrededor del 68% de las células como procedentes de ratones jóvenes o envejecidos.

Para Maria Carolina Florian, directora de la investigación, lo más importante de la herramienta desarrollada no es solo que distinga con gran fiabilidad una célula joven de otra envejecida, sino que ha permitido entender a los investigadores dónde está concretamente la diferencia entre una y otra.

En ese sentido, el análisis de las imágenes realizado por la inteligencia artificial permitió detectar cambios en las células envejecidas en la periferia del núcleo, así como en la cromatina, el conjunto de ADN y proteínas que se encuentran en el núcleo de las células. “En los ratones jóvenes, la cromatina presenta patrones de organización más definidos. Con la edad, parte de esa organización se va perdiendo y aumenta la heterogeneidad, algo que podemos medir, por ejemplo, como un aumento de la entropía en las imágenes. Metafóricamente, podríamos decir que no ganamos vejez, sino que vamos perdiendo parte de los patrones que caracterizan a la juventud”, apunta Paula Petrone.

Aunque los resultados, publicados hoy en la revista científica Aging Cell, se han obtenido en roedores, Maria Carolina Florian se muestra muy optimista de la aplicabilidad de la herramienta ChromAgeNet en humanos. “No es un problema de imposibilidad técnica para hacerlo, simplemente es una cuestión de tiempo”, sostiene la profesora investigadora ICREA, que ya se encuentra en la búsqueda de financiación para poner en marcha un ensayo que abriría la puerta al desarrollo de nuevos fármacos para revertir el envejecimiento celular.

En el estudio, de hecho, el equipo de trabajo también exploró el potencial de ChromAgeNet como herramienta de cribado de tratamientos capaces de modificar características asociadas al envejecimiento. Como prueba de concepto, el modelo se aplicó a células madre hematopoyéticas envejecidas que fueron tratadas con diferentes fármacos epigenéticos para evaluar si estos tratamientos producían cambios en la organización de la cromatina compatibles con un estado más joven.

Los resultados obtenidos, explica Florian, demostrarían que estos fármacos tienen potencial para mejorar el funcionamiento de las células madre y, con ello, el de todo el sistema inmunitario de los roedores, lo que en última instancia tiene una repercusión sobre la salud y la calidad de vida. “Diferentes laboratorios del mundo han demostrado que el envejecimiento es reversible. Y esto que proponemos nosotras es una posibilidad en ese sentido, es posible ralentizar el envejecimiento no solo con el fin de prolongar la vida, sino de vivir mejor”, argumenta. No obstante, los investigadores señalan que serán necesarios estudios adicionales para determinar si los cambios detectados por ChromAgeNet se traducen también en una mejora funcional de las células.

Las investigadoras destacan que ChromAgeNet puede convertirse en una especie de “biomarcador digital” para medir la juventud que se una a otros ya utilizados, como los denominados relojes epigenéticos, que estiman la edad biológica a partir de determinados cambios químicos en el ADN, entre ellos los relacionados con la metilación. “Ahora podemos distinguir patrones asociados a células jóvenes y envejecidas de ratón. El siguiente paso es estudiar si con esta información podemos desarrollar un biomarcador digital del envejecimiento y aplicar esta tecnología a células humanas”, explica Paula Petrone.

El hecho de que, para el análisis de las células se haya utilizado DAPI, un colorante fluorescente azul de bajo coste, junto con el reducido número de parámetros del modelo, facilita, según sus autoras, su posible aplicación en flujos de trabajo de microscopía de alto rendimiento, lo que permitiría analizar grandes cantidades de muestras, estudiar un elevado número de potenciales fármacos y acelerar la identificación de candidatos para estrategias de rejuvenecimiento celular.

“Nosotras hemos demostrado que podemos identificar el envejecimiento de las células y hemos comprobado que podemos mejorar su estado en roedores. Ahora creemos que es posible trasladar esta tecnología de ratones a humanos para desarrollar fármacos para rejuvenecer las células madre inmunitarias de las personas mayores. Somos optimistas en ese sentido”, concluye Maria Carolina Florian.