未來(lái)20年的健康“劇本”，AI已經(jīng)幫你擬好了… | 新聞串燒

設(shè)置星標(biāo) 關(guān)注，從此你的世界多點(diǎn)科學(xué)~

內(nèi)容提要

1. 人工智能新進(jìn)展 |一款經(jīng)過(guò)40萬(wàn)人數(shù)據(jù)訓(xùn)練的AI模型，能基于用戶的健康相關(guān)信息輸入，預(yù)測(cè)其在未來(lái)漫長(zhǎng)人生里遭遇上千種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)另取190萬(wàn)人健康數(shù)據(jù)用于檢測(cè)模型的可靠性，結(jié)果證明其預(yù)測(cè)精確度極高。

2. 抗衰老機(jī)制新發(fā)現(xiàn) |科學(xué)家通過(guò)對(duì)細(xì)胞的觀察與人體實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)免疫抑制劑雷帕霉素能防止免疫細(xì)胞的DNA損傷，并以此發(fā)揮抗衰老效用。

3. 3D打印和組織再生 |3D生物打印領(lǐng)域涌現(xiàn)兩項(xiàng)新技術(shù)。它們可用于打印富含任意形狀血管的活皮膚，這一進(jìn)展成為皮膚再生及其臨床應(yīng)用的關(guān)鍵突破。

AI“算病師”能算出你未來(lái)20年要得啥病…

如果有這樣一款A(yù)I工具，你告訴它你的病歷、習(xí)性和體檢數(shù)據(jù)，然后它就能預(yù)測(cè)你未來(lái)(可遠(yuǎn)至數(shù)十年后的那種)遭遇上千種疾病的風(fēng)險(xiǎn)各為多少，你會(huì)樂(lè)于直面這份生成式AI健康預(yù)報(bào)嗎？

過(guò)去幾年間，學(xué)界開(kāi)發(fā)出多種基于人工智能的工具用以預(yù)測(cè)個(gè)體罹患特定病癥的風(fēng)險(xiǎn)，不過(guò)它們大多只能評(píng)估單一疾病風(fēng)險(xiǎn)，若病人想獲得全面評(píng)估，醫(yī)護(hù)人員必須運(yùn)行幾十個(gè)不同模型。

德國(guó)癌癥研究中心的數(shù)據(jù)科學(xué)家莫里茨·格爾斯通(Moritz Gerstung)致力于開(kāi)發(fā)多疾病建模技術(shù)，用一個(gè)大語(yǔ)言模型(LLM)預(yù)警成百上千種風(fēng)險(xiǎn)。

他與同事的最新成果，Delphi-2M模型，于9月17日登上《自然》雜志。只要用戶輸入自己的綜合健康檔案和生活方式信息，Delphi-2M即可估計(jì)未來(lái)20年內(nèi)發(fā)生癌癥、皮膚病及免疫系統(tǒng)疾病等問(wèn)題的可能性。

雖然模型僅基于英國(guó)生物樣本庫(kù)單一數(shù)據(jù)集的40萬(wàn)人數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，但它的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度得到了丹麥國(guó)家患者登記庫(kù)的跨國(guó)認(rèn)可。這一國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)追蹤了近半個(gè)世紀(jì)丹麥的住院記錄，給Delphi-2M提供了190萬(wàn)人的健康數(shù)據(jù)用于檢驗(yàn)。

測(cè)試結(jié)果表明，模型對(duì)丹麥登記庫(kù)人群的預(yù)測(cè)精度僅略低于對(duì)英國(guó)生物樣本庫(kù)的——可以認(rèn)為Delphi-2M是通用而可靠的。

技術(shù)上，格爾斯通團(tuán)隊(duì)改良了大語(yǔ)言模型GPT(全稱“生成式預(yù)訓(xùn)練轉(zhuǎn)換器”)。作為ChatGPT等聊天機(jī)器人的核心，GPT被用戶提問(wèn)后，能基于原先經(jīng)受的海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，生成統(tǒng)計(jì)學(xué)上“最正確”的結(jié)果。

改良后的模型整合了年齡、性別、體重指數(shù)及吸煙飲酒等健康相關(guān)習(xí)慣參數(shù)，能根據(jù)患者既往病史預(yù)測(cè)其罹患1258種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)大多數(shù)疾病，它的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度都達(dá)到或超越了現(xiàn)有單病種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的表現(xiàn)；相比那些使用生物標(biāo)志物(人體內(nèi)特定分子或化合物水平)來(lái)預(yù)測(cè)多種疾病風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，Delphi-2M的性能也更優(yōu)越。

此外，對(duì)于進(jìn)展模式有規(guī)律可循的疾病，如某些癌癥，Delphi-2M最擅長(zhǎng)測(cè)算其未來(lái)軌跡。

有同行如此評(píng)價(jià)Delphi-2M：它一次性給這么多種疾病建模的能力令人驚嘆，它可以生成完整的未來(lái)健康軌跡。

資料來(lái)源：

雷帕霉素似乎能延長(zhǎng)人類壽命

免疫抑制藥物雷帕霉素最初旨在幫助器官移植受者抑制免疫排斥，其作用機(jī)制是阻斷細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，即mTOR蛋白質(zhì)。

示意圖中的雷帕霉素(紅色)正阻斷mTOR蛋白(藍(lán)色)

低劑量的雷帕霉素已被證明可延長(zhǎng)果蠅和小鼠等動(dòng)物的壽命，原因似乎是它能干預(yù)那些導(dǎo)致衰老表征的生物學(xué)過(guò)程，例如炎癥反應(yīng)、細(xì)胞衰損以及為細(xì)胞供能的線粒體功能減退。

最近，牛津大學(xué)林恩·考克斯(Lynne Cox)等人發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素似乎還能阻止人體免疫細(xì)胞的DNA損傷。DNA損傷是免疫系統(tǒng)衰老的主要驅(qū)動(dòng)因素，而免疫系統(tǒng)老化會(huì)加速整個(gè)機(jī)體的衰老。

根據(jù)考克斯與同事8月發(fā)布的預(yù)印本文章，他們?cè)谟美着撩顾靥幚砣梭wT細(xì)胞(一種抵抗感染的白細(xì)胞)時(shí)發(fā)現(xiàn)了上述現(xiàn)象。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)不只設(shè)計(jì)讓T細(xì)胞面對(duì)雷帕霉素，還有引發(fā)DNA損傷的抗生素博萊霉素(Zeocin)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較于僅接觸博萊霉素的細(xì)胞，雷帕霉素暴露可減少細(xì)胞的DNA損傷，并將細(xì)胞的存活率提升至3倍水平。

研究團(tuán)隊(duì)表示：無(wú)論是在誘導(dǎo)DNA損傷前、損傷過(guò)程中還是損傷后，只要使用雷帕霉素，它的保護(hù)機(jī)制總會(huì)奏效。而且保護(hù)效應(yīng)來(lái)得很快，似乎在4小時(shí)內(nèi)就影響到DNA損傷應(yīng)答機(jī)制和DNA病變積累情況——這種迅速或許也佐證了雷帕霉素通過(guò)直接干預(yù)DNA損傷來(lái)為細(xì)胞增添生機(jī)。

考克斯等人還針對(duì)9名年齡在50歲至80歲間的男性志愿者展開(kāi)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。參與者被要求每日服用1毫克雷帕霉素或安慰劑，8周后接受血液檢測(cè)。

測(cè)試結(jié)果顯示，服用雷帕霉素者的T細(xì)胞DNA損傷更少；兩組志愿者的白細(xì)胞總數(shù)均未下降，這意味著雷帕霉素不會(huì)對(duì)免疫功能產(chǎn)生負(fù)面影響。考克斯強(qiáng)調(diào)：“我們已證實(shí)它在低劑量下無(wú)害，這點(diǎn)至關(guān)重要。”

此外，她與同事都相信，解決免疫系統(tǒng)內(nèi)的DNA損傷問(wèn)題有望成為我們減緩整體衰老的一條路徑。雷帕霉素甚至可作為預(yù)防性干預(yù)，例如幫助宇航員抵御宇宙輻射的DNA損傷風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，有專家基于過(guò)往研究推測(cè)，雷帕霉素可能特別擅長(zhǎng)處理以DNA損傷為主要驅(qū)動(dòng)因素的衰老表現(xiàn)，如皮膚老化——它切實(shí)減少了人類皮膚的衰老標(biāo)志物。

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3D打印有血管的人造活皮膚

針對(duì)大面積燒傷，醫(yī)生通常選擇從患者身體其他部位移植表皮用于治療。但這種方法不僅導(dǎo)致顯著疤痕問(wèn)題，也難以幫助皮膚恢復(fù)原本的功能狀態(tài)，因?yàn)閭幹灰浦擦吮砥ぃ切┪挥诒砥は路健芎蜕窠?jīng)的真皮層無(wú)法再生——它不被視作正常的活體皮膚。

有科學(xué)家試圖以3D生物打印的方式構(gòu)建活皮膚并取得進(jìn)展。瑞典林雪平大學(xué)整形外科專家約翰·容克(Johan Junker)等人6月于《先進(jìn)醫(yī)療保健材料》(

Advanced Healthcare Materials

前者的核心在于一種名為“μInk”的生物墨水。其制備方式是將能產(chǎn)生膠原蛋白、彈性蛋白和透明質(zhì)酸等真皮成分的成纖維細(xì)胞，于微小海綿狀明膠顆粒表面培養(yǎng)，后封裝至透明質(zhì)酸凝膠中。通過(guò)3D打印機(jī)三維堆疊μInk墨水，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)任意構(gòu)建高密度細(xì)胞皮膚結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。

在小鼠移植實(shí)驗(yàn)中，容克等人證實(shí)該墨水制得的組織碎片內(nèi)部有活細(xì)胞生長(zhǎng)、分泌膠原蛋白并重建真皮組分。此外，移植物內(nèi)部還生長(zhǎng)出新血管，這意味著長(zhǎng)期組織固定的條件達(dá)成。

至于另一項(xiàng)“血管造型”技術(shù)，即所謂的游離懸浮水凝膠細(xì)絲重定向(REFRESH)，它能通過(guò)打印與排列98%含水量的水凝膠細(xì)絲，在人造組織中，靈活構(gòu)建各種形狀的血管。

血管是人造組織構(gòu)建的重中之重。無(wú)論培養(yǎng)多少細(xì)胞用以創(chuàng)建組織模型，若無(wú)血管，氧氣和養(yǎng)分便難以均勻輸送至所有細(xì)胞；而且隨著組織結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，缺乏血管會(huì)導(dǎo)致組織中心的細(xì)胞死亡。

采用REFRESH技術(shù)制成的水凝膠線

這些水凝膠細(xì)絲比普通凝膠材料堅(jiān)韌得多，即使被打結(jié)或編織，仍能保持形態(tài)；它們還具有形狀記憶特性，擠壓變形后可恢復(fù)原狀。而在特定酶作用下，植入組織的細(xì)絲會(huì)不留痕跡地分解，其原有位置留下細(xì)長(zhǎng)空腔，發(fā)揮“血管”作用。

結(jié)合μInk的3D打印與REFRESH血管造型，研究者可以將自由設(shè)計(jì)的血管網(wǎng)絡(luò)嵌入富含細(xì)胞的厚實(shí)人造皮膚，使氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)抵達(dá)每個(gè)角落。

容克等人希望未來(lái)能引入自動(dòng)化操作技術(shù)，設(shè)計(jì)在整個(gè)人造器官里高效延展血管網(wǎng)絡(luò)的方法。

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