AI mapa miševa otkriva: gojaznost remeti senzorne nerve lica i izaziva sistemsku upalu

Nova studija koristi AI platformu MouseMapper za sveobuhvatno mapiranje nerava i imunih ćelija kroz celo telo prozirnih miševa i otkriva neočekivane posledice gojaznosti—posebno oštećenje senzornog infraorbitalnog nerva lica i raširene upalne žarišne tačke.

Kako je studija izvedena

Tim pod vođstvom prof. Ali Ertürk-a iz Helmholtz Munchen i LMU razvio je MouseMapper, duboko-učni okvir koji može da skenira netaknute, prozirne miševe pomoću light-sheet fluorescence mikroskopije i automatski mapira nerve, imune ćelije i 31 organ/tip tkiva. Za segmentaciju nerava model je iskoristio prenos učenja iz prethodnog foundation modela VesselFM, što je ubrzalo razvoj i poboljšalo tačnost.

Direct visualization of nerves and macrophages in obesity at the whole-body scale. (CREDIT: Nature)

Glavni nalazi

Nervni sistem: Kod miševa hranjenih visokomasnom ishranom tokom 16–18 nedelja zabeleženo je opšte smanjenje gustine nerava, iako je ukupan broj voxela nerava ostao približno isti (povećanje volumena tkiva smanjilo je gustinu inervacije). Najdramatičnije promene primećene su u infraorbitalnom nervu (trigeminalni sistem) — broj nervnih završetaka pao je za 60,7%, dok su broj ivica i čvorova opali za ~57–58%, bez značajne promene debljine glavnog nervnog snopa.

Funkcija: Oštećenja su povezana sa funkcionalnim deficitom: gojazni miševi su pokazali slabiji odgovor u testovima stimulacije brkova, što ukazuje da strukturalne promene prate i senzornu disfunkciju.

Mice that underwent vDISCO clearing, light-sheet imaging and 3D reconstruction were analysed using MouseMapper. (CREDIT: Nature)

Proteomika: Prostorna proteomika trigeminalnih ganglija otkrila je >6.000 proteina po uzorku, od kojih je 230 bilo diferencijalno regulisano (67 up, 163 down). Promene su uključivale puteve vezane za regulaciju aktin citoskeleta, RHO GTPaze, vođenje aksona, komplement i koagulaciju, ERBB i sphingolipid signalizaciju. Neki SERPIN-A proteini su bili downregulisani, a potvrđeni su i signali poput smanjene ekspresije SERPINA1 i povećane ekspresije SEPTIN7.

Translacija na ljude: Proteomski profili post-mortem trigeminalnih ganglija ljudi sa BMI <25 i >30 pokazali su slične promene u putevima vezanim za vođenje aksona i regulaciju citoskeleta, što ukazuje da molekularni potpis nije ograničen na mišji model.

Representative heads of chow and HFD-fed mice showing Uchl1-eGFP+ nerves and AI-based segmentation of these nerves. (CREDIT: Nature)

Imuni odgovori kroz telo: MouseMapper je takođe identifikovao rasprostranjene Cd68-pozitivne imune klastere, posebno u jetri i visceralnom masnom tkivu. Istraživači su razvrstali klastere po veličini; veći agregati (>60 ćelija) porasli su u više tkiva (subkutano i visceralno masno tkivo, mišići, stomak, nadbubrežne žlezde, Peyer-ove ploče i drugo), a u visceralnom tkivu klasteri su često perivaskularno organizovani i bliski T ćelijama i NK ćelijama.

Tehnička ograničenja i resursi

Standardna celotelo imaging konfiguracija ne može uvek da razluči najtanje aksonske niti i subćelijske strukture. Metoda visoke rezolucije (4x) znatno smanjuje vreme akvizicije (sa ~2 nedelje na ~20 sati), ali povećava obim podataka — do ~50 TB po mišu— i može zahtevati dodatno fino podešavanje za različite modalitete snimanja.

3D representation of ventral light-sheet fluorescence microscopy scan of a wildtype mouse (n=1) that was antibody labelled with the pan-nerve marker UCHL1 and a sensory nerve marker (CGRP). (CREDIT: Nature)

Zašto je ovo važno

Studija pokazuje da gojaznost menja više od depoa masti: remeti organizaciju nerava, menja imunsku arhitekturu tkiva i utiče na molekularne puteve povezane sa neurodegeneracijom i upalom. MouseMapper omogućava pronalaženje takvih žarišta kroz celo telo, što može ubrzati otkriće novih biomarkera i terapeutskih meta u stanja koja su sistemska, poput gojaznosti, dijabetesa, karcinoma i neurodegenerativnih bolesti.

Rad je objavljen u časopisu Nature.