Os pesquisadores mapearam 6.000 proteínas oculares e desenvolveram um “relógio proteômico” baseado em inteligência artificial para prever a idade. O estudo lança luz sobre o envelhecimento acelerado em certas doenças e identifica proteínas ligadas à doença de Parkinson, proporcionando um caminho para o diagnóstico precoce. Essas descobertas podem revolucionar a medicina de precisão e os métodos de ensaios clínicos.
Uma equipe de pesquisa mapeou quase 6.000 proteínas em diferentes tipos de células oculares, analisando pequenos colírios removidos rotineiramente durante a cirurgia. Num estudo recente publicado na revista Cell, os investigadores usaram modelos de inteligência artificial para criar um “relógio proteómico” a partir destes dados que pode prever a idade de pessoas saudáveis com base em assinaturas de proteínas.
O relógio mostra que doenças como a retinopatia diabética e a uveíte causam envelhecimento acelerado de tipos celulares específicos. Surpreendentemente, os investigadores também detectaram proteínas associadas à doença de Parkinson no fluido ocular, o que, segundo eles, pode fornecer uma forma de diagnosticar a doença de Parkinson mais cedo.
“O que é surpreendente sobre o olho é que podemos olhar para dentro e ver as doenças ocorrendo em tempo real”, disse o autor sênior Vinit Mahajan, cirurgião e professor de oftalmologia na Universidade de Stanford. “Nosso foco principal é correlacionar essas mudanças anatômicas com as mudanças que ocorrem no nível molecular no olho do paciente”.
O olho é um órgão difícil de coletar amostras em pacientes vivos porque, assim como o cérebro, não é renovável e a realização de uma biópsia de tecido causaria danos irreparáveis. Outro método é usar biópsia líquida – coletando uma amostra de fluido próximo às células ou tecidos em questão.
Embora as biópsias líquidas possam fornecer uma visão instantânea de quais proteínas estão presentes em uma área relevante, até o momento elas têm sido limitadas em sua capacidade de medir um grande número de proteínas em pequenos volumes de fluido, nem podem fornecer informações sobre quais células produzem quais proteínas, o que é importante para o diagnóstico e tratamento de doenças.
Mapeamento e descoberta avançada de proteínas
Para mapear as proteínas produzidas por diferentes tipos de células oculares, a equipe de Mahajan usou um método de alta resolução para caracterizar proteínas em 120 amostras de biópsia líquida retiradas do fluido ocular ou vítreo de pacientes submetidos a cirurgia ocular. No total, identificaram 5.953 proteínas, dez vezes o número identificado em estudos semelhantes anteriores. Usando uma ferramenta de software desenvolvida por eles chamada TEMPO, os pesquisadores conseguiram rastrear cada proteína até um tipo específico de célula.
Para estudar a relação entre doenças e envelhecimento molecular, os pesquisadores construíram um modelo de aprendizado de máquina de inteligência artificial que poderia prever a idade molecular do olho com base em um subconjunto de 26 proteínas. O modelo foi capaz de prever com precisão a idade dos olhos saudáveis, mas mostrou que a doença está associada ao envelhecimento molecular significativo. No caso da retinopatia diabética, o envelhecimento aumenta à medida que a doença progride, com pacientes com retinopatia diabética grave (proliferativa) envelhecendo até 30 anos mais rápido. Estes sinais de envelhecimento são por vezes observados antes que os pacientes desenvolvam sintomas clínicos da doença subjacente e persistem em pacientes que são tratados com sucesso.
Os pesquisadores também detectaram várias proteínas associadas à doença de Parkinson. Estas proteínas são frequentemente descobertas após a morte e não podem ser detectadas pelos métodos de diagnóstico atuais, o que é uma das razões pelas quais o diagnóstico da doença de Parkinson é tão difícil. Ao examinar o fluido ocular em busca desses marcadores, a doença de Parkinson pode ser diagnosticada mais cedo e monitorada para tratamento posterior.
Impacto e direções futuras
Os autores dizem que estes resultados sugerem que o envelhecimento pode ser específico de um órgão ou mesmo de uma célula, o que pode levar a avanços na medicina de precisão e no desenho de ensaios clínicos. “Essas descobertas sugerem que nossos órgãos envelhecem em ritmos diferentes”, disse o principal autor do estudo, Julian Wolf, oftalmologista da Universidade de Stanford. “O uso de medicamentos antienvelhecimento direcionados pode ser o próximo passo na medicina preventiva de precisão”.
“Se vamos usar terapias moleculares, devemos caracterizar as moléculas do corpo do paciente”, disse Mahajan. “Acho que reclassificar os pacientes com base em seus padrões moleculares e nas células afetadas poderia realmente melhorar os ensaios clínicos, a seleção e a eficácia dos medicamentos”.
Em seguida, os pesquisadores planejam caracterizar amostras de mais pacientes e de uma gama mais ampla de doenças oculares. Eles também dizem que seu método poderia ser usado para caracterizar outros tecidos de difícil amostragem. Por exemplo, biópsias líquidas do líquido cefalorraquidiano podem ser usadas para estudar ou diagnosticar o cérebro, o líquido sinovial pode ser usado para estudar as articulações e a urina pode ser usada para estudar os rins.