Systematic identification of perioperative neurocognitive disorder related biomarkers in Alzheimer’s disease and development of machine learning-based diagnostic models
تدمج هذه الدراسة بين تحليل البيانات متعددة الأوميات، والتعلم الآلي، والتحقق التجريبي لتحديد ستة مؤشرات حيوية محفوظة تربط بين مرض الزهايمر والاضطراب المعرفي المحيط بالجراحة، مما أدى إلى تطوير مخطط اسمي تشخيصي واقتراح آليات مناعية-أيضية مشتركة وأهداف علاجية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعتبر الدماغ البشري عضواً معقداً يعتمد على إشارات كيميائية دقيقة للحفاظ على الذاكرة والتفكير. وعندما تتعثر هذه الإشارات، تكون النتيجة تدهوراً بطيئاً ومستمراً يُعرف بمرض الزهايمر، وهو حالة تؤثر حالياً على ملايين الأشخاص حول العالم. يتميز هذا المرض بتراكم البروتينات الضارة وحالة مزمنة من الالتهاب داخل الدماغ، مما يؤدي في النهاية إلى تلف الخلايا العصبية. ومن المثير للاهتمام أن نمطاً مشابهاً من المشكلات الإدراكية يمكن أن يحدث فجأة لدى كبار السن بعد خضوعهم لعملية جراحية. هذا الارتباك، الذي قد يكون مؤقتاً أو طويل الأمد، والذي يُسمى غالباً باضطراب الإدراك المحيط بالجراحة، يشترك في العديد من العلامات البيولوجية التحذيرية مع مرض الزهايمر. ولأن هذين الشرطين يبدوان وكأنهما يسيران في المسار البيولوجي نفسه، بدأ الباحثون يتساءلون عما إذا كانت القرائن الجزيئية الموجودة في أحدهما يمكن أن تساعد في تشخيص أو علاج الآخر.
لقد شرع فريق من العلماء في جامعة تشينغداو في الصين في استكشاف هذا الارتباط من خلال البحث عن تواقيع جينية مشتركة بين مرض الزهايمر والتغيرات الإدراكية التي تلي الجراحة. بدأوا بجمع كميات هائلة من البيانات الجينية من دراسات سابقة، مع التركيز على الحصين، وهو جزء من الدماغ حيوي للذاكرة. وباستخدام برامج حاسوبية قوية، قارنوا النشاط الجيني في الأدمغة المصابة بالزهايمر مقابل الأدمغة السليمة. سمحت هذه العملية بتصفية آلاف الجينات للعثور على الجينات المحددة التي كانت تتصرف بشكل مختلف. ثم قاموا بمطابقة هذه النتائج مع الجينات المعروفة بضلوعها في المشكلات الإدراكية ما بعد الجراحة، مما قلص بحثهم إلى مجموعة محددة مكونة من 167 جيناً ظهرت في كلا السياقين.
ولفهم هذه المجموعة الكبيرة، بنى الباحثون خريطة رقمية لكيفية تفاعل هذه الجينات مع بعضها البعض، تماماً مثل رسم شبكة من الأصدقاء الذين يعرفون بعضهم البعض. وضمن هذه الشبكة، حددوا اللاعبين الأكثر مركزية وتأثيراً. ثم طبقوا نوعاً من الذكاء الاصطناعي، يُعرف بخوارزمية التعلم الآلي، لاختبار أي من هذه الجينات كانت الأكثر موثوقية في التمييز بين الدماغ السليم والدماغ المصاب بالزهايمر. وقد قلصت عملية الفحص الحاسوبي هذه القائمة إلى عشرة مرشحين رئيسيين. وللتأكد من أن هذه النتائج لم تكن مجرد صدفة ناتجة عن مجموعة بيانات واحدة، اختبر الفريق هذه الجينات العشرة في مجموعة ثانية مستقلة من بيانات المرضى. وأكدت هذه الجولة الثانية من الاختبار أن ستة من الجينات أظهرت باستمرار نفس الأنماط: بعضها كان أعلى بكثير لدى مرضى الزهايمر، بينما كان البعض الآخر أقل بكثير. وقد تم تأكيد هذه الجينات الستة — RB1 وPARK7 وGLO1 وENO2 وMDH2 وTUBB — كعلامات بيولوجية قوية.
ومع الحصول على هذه العلامات الست، أنشأ الباحثون أداة تشخيصية تسمى "النوماغرام" (nomogram). وهي عبارة عن مخطط بصري يجمع مستويات الجينات الستة جميعها لحساب احتمالية إصابة المريض بالزهايمر. وعندما اختبروا هذه الأداة، أثبتت دقة عالية، حيث حددت المرض بشكل صحيح في 85 بالمائة من الحالات في مجموعة التحقق الخاصة بهم. كما نظرت الدراسة بعمق فيما تفعله هذه الجينات فعلياً؛ حيث وجدوا أن هذه العلامات تشارك في الاستجابة المناعية للجسم وكيفية إدارة الخلايا للطاقة. فعلى سبيل المثال، ترتبط بعض الجينات بكيفية محاربة الدماغ للالتهاب، بينما يرتبط البعض الآخر بإنتاج الطاقة داخل الخلايا. وهذا يشير إلى أن الارتباك المشاهد بعد الجراحة وفقدان الذاكرة الناتج عن الزهايمر قد ينبعان كلاهما من انهيار في كيفية تعامل خلايا الدماغ مع الإجهاد والتهديدات المناعية.
ولرؤية ما إذا كانت هذه الأنماط الجينية تظل صحيحة في نظام حي، لجأ الفريق إلى نموذج فأر مصاب بالزهايمر. فحصوا أدمغة هذه الفئران وقاسوا مستويات الجينات الستة المحددة. جاءت النتائج مطابقة لما رأوه في البيانات البشرية: فقد ارتفع مستوى الجين RB1، بينما انخفضت مستويات PARK7 وENO2 وMDH2. ورغم أن التغيرات في الجينين الآخرين لم تكن ذات دلالة إحصائية في الفئران، إلا أن الاتجاه العام للتغيرات طابق النتائج البشرية، مما يشير إلى أن هذه العلامات هي سمة ثابتة للمرض عبر الأنواع المختلفة. وأخيراً، استخدم الباحثون قائمتهم المكونة من ستة جينات للبحث عن أدوية موجودة قد تستهدفها. واكتشفوا أن عدة مركبات معروفة، بما في ذلك الكركمين والنارينجين، يمكن أن تتفاعل مع هذه الجينات. وقد أظهرت هذه المواد نتائج واعدة في دراسات سابقة لتقليل التهاب الدماغ وتراكم البروتينات، مما يوفر مساراً محتملاً لعلاجات جديدة يمكن أن تساعد كلاً من مرضى ما بعد الجراحة ومرضى الزهايمر.
تخلص الدراسة إلى أن التغيرات الجزيئية التي تحدث بعد الجراحة ليست مجرد عرض جانبي مؤقت، بل هي مرتبطة بعمق بالآليات طويلة الأمد لمرض الزهايمر. ومن خلال تحديد هذه الجينات الستة المحددة، قدم الباحثون مجموعة جديدة من الأدوات التي يمكن أن تساعد الأطباء في تشخيص المرض في وقت مبكر وبدقة أكبر. وبينما لا يزال هذا العمل في مرحلة البحث ويتطلب المزيد من الاختبار قبل أن يمكن استخدامه في العيادات، فإنه يقدم رؤية واضحة لكيفية كون استجابة الدماغ للإجهاد والالتهاب هي الخيط المشترك الذي يربط بين الارتباك الحاد بعد الجراحة وفقدان الذاكرة المزمن. ويفتح هذا الاكتشاف الباب أمام علاجات مستقبلية يمكن أن تستهدف هذه المسارات المشتركة، مما قد يبطئ من تطور التدهور العصبي لدى المرضى الأكثر عرضة للخطر.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.