Wissenschaftler haben mithilfe künstlicher Intelligenz herausgefunden, dass das biologische Alter einzelner Organe stark variiert. Durch die Analyse von über 25.000 Gewebeaufnahmen entwickelten Forscher des CeMM-Forschungszentrums und der Universität Wien sogenannte Gewebeuhren, die tiefgreifende architektonische Veränderungen des Gewebes beim Altern sichtbar machen.
Der menschliche Körper altert keineswegs gleichmäßig. Während einige Körperregionen biologisch jung bleiben, schreitet der Alterungsprozess in anderen Organen deutlich schneller voran. Herz, Lunge, Niere oder die Bauchspeicheldrüse können daher ein völlig unterschiedliches biologisches Alter aufweisen, wie eine im Fachjournal Nature Medicine veröffentlichte Studie zeigt.
Künstliche Intelligenz liest das biologische Alter aus Gewebeschnitten
Um diese Unterschiede im Gewebe präzise zu erfassen, analysierte ein Forschungsteam des österreichischen CeMM-Forschungszentrums für Molekulare Medizin und der Universität Wien mehr als 25.000 Gewebeaufnahmen von insgesamt 983 Menschen. Die Wissenschaftler werteten dabei 40 verschiedene Gewebetypen aus 29 unterschiedlichen Organen aus. Basierend auf diesen Daten entwickelten sie mithilfe von Deep Learning sogenannte Gewebeuhren, die das tatsächliche Alter eines Menschen allein anhand der Gewebestruktur schätzen können.
Im Durchschnitt verschätzte sich das KI-Modell bei der Schätzung des kalendarischen Alters um knapp fünf Jahre. Gerade diese Abweichungen erwachen jedoch das Interesse der Forscher: Zeigte ein Gewebe im Modell eine deutlich höhere Alterung als die betreffende Person im realen Leben, traten in diesen Proben vermehrt krankhafte Veränderungen sowie Zusammenhänge mit chronischen Erkrankungen auf. Durch die Kombination von histologischen Bildern mit künstlicher Intelligenz können wir Muster der biologischen Alterung erkennen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, und beginnen zu verstehen, wie sich das Altern in den verschiedenen Körperregionen unterschiedlich vollzieht
, wird Ernesto Abila, einer der Erstautoren der Untersuchung, von WELT zitiert.
Architektonische Umgestaltung statt reiner Molekülveränderung
Die Untersuchung macht deutlich, dass der Alterungsprozess weit über einzelne Moleküle hinausgeht. Über mehrere Organe hinweg beobachteten die Forscher strukturelle Veränderungen wie Gewebeschwund, Fibrose sowie eine erkennbare Abnahme kleiner Blutgefäße. Das Altern zeigt sich demnach unmittelbar in der Architektur des Gewebes selbst.
Unsere Organe speichern ein bemerkenswert detailliertes Bild des Alterungsprozesses
, erklärte André Rendeiro, Forscher am CeMM, gegenüber WELT. Ergänzend betonten die Wissenschaftler, dass sich das Altern als architektonische Umgestaltung begreifen lässt. Bestimmte Organe durchlaufen dabei spezifische Phasen schneller Alterung. So fanden die Forscher bei Lunge, Niere, Bauchspeicheldrüse und Nebenniere bereits zwischen dem 20. und 40. Lebensjahr Zeitfenster mit beschleunigten Alterungsprozessen, während sich bei der Gebärmutter eine deutliche Veränderung rund um die Menopause zeigte.
Zusammenhänge mit chronischen Krankheiten und dem Organabbau
Die Gewebeanalysen offenbarten zudem klare Muster bei vorliegenden Erkrankungen. So ging Typ-2-Diabetes mit einer stärkeren Alterung der Bauchspeicheldrüse einher, während chronische Atemwegserkrankungen vor allem die Lunge veränderten. Bei Alzheimer-Patienten zeigten sich die stärksten Alterungssignale im Gehirn, und Morbus Crohn hinterließ in verschiedenen Bereichen des Magen-Darm-Trakts alternde Spuren.
Diese organbezogenen Veränderungen spiegeln auch den generellen Funktionsverlust wider, den der Körper im Laufe des Lebens erfährt. Wie die medizinische Fachliteratur beschreibt, verlieren alle vitalen Organe ab dem Alter von 30 Jahren kontinuierlich an Leistungsreserve – im Schnitt etwa ein Prozent pro Jahr laut der medizinischen Enzyklopädie MedlinePlus. Dieser schleichende Abbau betrifft Zellen, die an Elastizität verlieren, sowie Bindegewebe, das im Alter steifer wird und Organe sowie Blutgefäße starrer macht.
Ausblick auf blutbasierte Organanalysen
Um den Weg für klinische Anwendungen zu ebnen, verknüpfte das Forschungsteam die histologischen Gewebedaten mit Genaktivitäten im Blut. Daraus entstanden erste Modelle, die künftig über eine einfache Blutprobe Rückschlüsse auf den Alterungszustand einzelner Organe erlauben sollen, ohne dafür invasiv Gewebe entnehmen zu müssen.
Bislang wurden diese Modelle allerdings vor allem an bereits erkrankten Menschen erprobt. Ob sich künftige Krankheiten dadurch im Vorfeld erkennen lassen, bevor sie klinisch ausbrechen, müssen erst noch langfristige Langzeitstudien zeigen.
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