Исследователи из Мюнхенского университета имени Гельмгольца, Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана и нескольких партнерских учреждений создали систему искусственного интеллекта, способную отображать связанные с заболеванием изменения на клеточном уровне по всему организму мыши. Используя новую платформу, известную как MouseMapper, команда обнаружила широко распространенное воспаление и ранее неизвестные повреждения нервов, связанные с ожирением.
В ходе исследования также были выявлены схожие молекулярные закономерности в тканях человека, что позволяет предположить, что важные аспекты повреждения нервов, связанного с ожирением, могут наблюдаться как у мышей, так и у людей. Для решения этой задачи исследовательская группа под руководством профессора Али Эртюрка, директора Института биологического интеллекта в Мюнхенском университете имени Гельмгольца и профессора Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана, разработала платформу искусственного интеллекта, которая использует алгоритмы глубокого обучения на основе базовых моделей для анализа огромных массивов данных изображений всего тела.
Система способна автоматически идентифицировать и сегментировать 31 тип органов и тканей, а также картировать нервные и иммунные клетки по всему телу. Это позволяет исследователям изучать, как заболевания одновременно поражают множество систем органов у здоровых мышей. Для создания карт тела исследователи сначала пометили нервные и иммунные клетки мышей флуоресцентными маркерами, светящимися под микроскопом. Затем они использовали методы просветления тканей, чтобы сделать мышей прозрачными, сохранив при этом флуоресцентные сигналы, что позволило ученым заглянуть глубоко внутрь тела, не разрезая ткани.Затем команда использовала передовую световую микроскопию для получения подробных трехмерных изображений целых мышей. В результате были получены огромные массивы данных, содержащие десятки миллионов клеточных структур из органов и тканей по всему телу. Затем программа MouseMapper автоматически проанализировала изображения, выявив анатомические области, нервные сети и скопления иммунных клеток по всему телу животных. Этот подход позволил исследователям точно определить места воспаления и повреждения тканей в таких органах, как жировая ткань, мышцы, печень и периферические нервы.
Чтобы изучить, как ожирение изменяет организм, исследователи кормили мышей диетой с высоким содержанием жиров, которая вызывала ожирение и метаболические проблемы, аналогичные тем, которые наблюдаются у людей. Программа MouseMapper обнаружила широко распространенные изменения в организации иммунных клеток и нервных структурах по всему телу. Одно из самых неожиданных открытий касалось тройничного нерва, основного лицевого нерва, отвечающего за лицевую чувствительность и некоторые двигательные функции. У мышей с ожирением наблюдалось значительное уменьшение количества ветвей и нервных окончаний в этих сенсорных нервах, что указывает на нарушение их нервной функции. Поведенческие тесты подтвердили этот вывод, показав, что мыши с ожирением были менее восприимчивы к сенсорной стимуляции по сравнению с худыми мышами. Затем исследователи сосредоточились на тройничном ганглионе, который содержит тела клеток лицевых сенсорных нейронов. С помощью пространственного протеомного анализа они выявили молекулярные изменения, связанные с воспалением и ремоделированием нервов. Важно отметить, что многие из тех же молекулярных признаков были обнаружены и в тканях тройничного нерва у людей с ожирением. Это позволяет предположить, что изменения в нервной системе, наблюдаемые у мышей, могут происходить и у людей.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature .
