Старение пластично: его можно замедлять. Но поиск лекарств упирается в долгие эксперименты. Обычные тесты на продолжительность жизни червей занимают недели. Рядом в архиве лежат работы о связи генов и болезней, о пептидах и антителах, но наша работа стоит на отшибе: она соединяет машинное зрение с фенотипическим скринингом. Мы ускоряем отбор кандидатов, используя простой признак — позу червя после стресса.
Червей выращивают до взрослой стадии, помещают по 25 штук в лунки 96-луночного планшета и на сутки добавляют лекарство. Затем планшет зажимают между медными блоками, нагретыми до 35°C, на 11 часов. Выживших фотографируют под микроскопом. Нейросеть Faster R-CNN находит червей, модель SAM 2 выделяет их силуэты, а классификатор оценивает вероятность выживания по форме: изогнутая поза — живой, прямая — мёртвый. Средняя вероятность по лунке даёт оценку выживаемости.
Нейросеть различает живых и мёртвых червей с точностью AUC 0.88. Оценка позы коррелирует с ручным подсчётом выживших (r=0.931). Из 2782 лекарств 130 прошли первичный отбор, 31 подтвердились при повторном тесте. 18 из них продлили жизнь червям, причём 14 ранее не были известны как геропротекторы. Шесть сильнейших препаратов увеличили продолжительность жизни более чем на 30%. Три из них — иcradipine, clemizole и piperacillin — снизили число стареющих клеток в культуре человеческих эндотелиальных клеток.
Работа отличается от соседей по архиву: те изучают гены, пептиды или отдельные механизмы, а здесь — целостный фенотипический скрининг с автоматическим считыванием. Впервые поза червя используется как быстрый и масштабируемый показатель жизнеспособности в лекарственном скрининге. Это открывает путь к массовому перебору соединений без дорогих красителей и ручного труда. Метод можно перенести на другие стрессовые тесты и модели болезней.
Метод легко масштабируется: узкое место — размер инкубатора и число медных блоков. При небольших вложениях можно тестировать тысячи соединений в неделю. Нейросеть можно дообучить для распознавания других поз, например паралича, чтобы искать лекарства от нейродегенеративных болезней. Возможен переход на полностью автоматические системы культивирования и визуализации.
Фармацевтический скрининг геропротекторов, исследования клеточного старения, разработка антивозрастной терапии.
Проверить отобранные препараты на мышах. Изучить механизмы их действия, особенно связь кальциевых каналов и старения.
Ключевая проблема геронтологии — как быстро и надёжно находить вещества, замедляющие старение. Наш метод снижает время скрининга с недель до двух дней и не требует сложного оборудования. Остаётся вопрос: насколько результаты на червях переносятся на млекопитающих. Мы частично отвечаем на него, показывая эффект на человеческих клетках.
Медные блоки, зажимающие планшет, устраняют «краевой эффект» — разницу в нагреве крайних и центральных лунок. Без них выживаемость в крайних лунках была бы ниже просто из-за неравномерного тепла.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.