Biologisen iän ja stressinsietokyvyn määrittäminen hikianalyysin avulla

Kronologinen ikä kertoo vain vähän kehon todellisesta tilasta: kaksi samanikäistä ihmistä voivat erota toisistaan rajusti kestävyyden, riskien ja hoitovasteen suhteen. ETH Zürichin, Empan, Caltechin ja Baselin yliopistollisen sairaalan muodostama tiimi käynnistää AGE RESIST (AGE clock for RESIlience in SweaT) -projektin: tutkijat haluavat oppia, kuinka biologista ikää ja "resilienssiä" (stressin ja rasituksen vastustuskykyä) voidaan arvioida tarkasti ja helposti hien molekyyleistä, joita puettavat anturit keräävät jatkuvasti. Ajatuksena on muuttaa monimutkaiset laboratoriopaneelit käteväksi "ikäkelloksi" iholla, jotta lääketieteellisiä päätöksiä voidaan personoida ja hoidon sivuvaikutuksia vähentää. Projektia rahoittaa Sveitsin kansallinen tiedesäätiö (SNSF).

Tutkimuksen tausta

Kalenteri-ikä (kronologinen ikä) ennustaa huonosti kehon todellista tilaa – kestävyyttä, alttiutta sairauksille ja hoidon sietokykyä. Siksi biologiset ikä"kellot" ovat kehittyneet nopeasti viime vuosina. Monet niistä perustuvat kuitenkin kalliisiin laboratoriopaneeleihin (veri, "omiikka"), antavat tuloksia episodisesti eivätkä ole aina osoittaneet kliinistä lisäarvoa. Tätä taustaa vasten AGE RESIST -projekti (ETH Zürich, Empa, Caltech, University Hospital Basel) tarjoaa erilaisen tavan: etsiä uusia biomarkkereita hiestä ja lukea niitä jatkuvasti puettavilla antureilla, jotta voidaan arvioida paitsi "ikää" myös resilienssiä – stressinsietokykyä ja palautumisnopeutta. Tämä "kello"-lähestymistapa on suunniteltu työkaluksi hoidon personointiin: interventioiden intensiteetin valitsemiseksi potilaan todellisen fyysisen tilan mukaan ja siten sivuvaikutusten vähentämiseksi. Projektia rahoittaa Sveitsin kansallinen tiedesäätiö (SNSF).

Miksi hikoilla? Se tarjoaa kätevän ikkunan fysiologiaan: elektrolyytit, aineenvaihduntatuotteet, stressi- ja tulehdusmerkit, jotka voidaan mitata ilman neuloja ja reaaliajassa. Iholiitäntäalustat ovat kehittyneet dramaattisesti viime vuosina, ja niissä on joustavat sähkökemialliset laastarit, mikrofluidikeräimet ja usean tunnin anturit, jotka pystyvät seuraamaan analyyttien dynamiikkaa, ei vain staattisia arvoja. Tämä on tärkeää sietokyvyn kannalta: ei niinkään ennusteta absoluuttisia pitoisuuksia, vaan lämpöön/kuormitukseen reagoinnin profiilia ja "palautumiskäyrän" muotoa yhdessä sykkeen, hengityksen ja ydinlämpötilan kanssa.

AGE RESIST -hankkeessa tätä ideaa sovelletaan käytännössä: tiimi kehittää kannettavaa hikianturia, testaa prototyyppejä ilmastokammiossa ja yhdistää molekyylisignaaleja fysiologiaan (syke, hengitystiheys, ydinlämpötila jne.) ikä+resilienssi-mallin kouluttamiseksi. Hanketta johtaa Noé Brasier (ETH Zürich); Empan puolella Simon Annaheim vastaa sensoriikan osastosta. Odotettu tulos on klinikalle kätevä "ikäasteikko", joka auttaa suunnittelemaan hoitoa ja kuntoutusta fysiologisen iän eikä passi-iän perusteella.

Konteksti on laajempi kuin yksi projekti: klassiset "kellot" – epigeneettiset, transkriptoottiset, proteomiset – kehittyvät nopeasti, mutta vuosina 2024–2025 niiden rajoituksista ja "uudelleenkalibroinnista" (riippuvuus verisolujen koostumuksesta, mallien uudelleenkonfigurointi eri populaatioille, siirrettävyys klinikalle) keskustellaan aktiivisesti. Hiki-/puettavien "kellojen" idea, jota ehdotettiin ensimmäisen kerran systemaattisesti akateemisessa agendassa jo vuonna 2023, vain kuroo umpeen kuilua laboratoriobiomarkkereiden ja arkipäivän seurannan välillä: se pyrkii kuvaamaan ikääntymisen dynaamista puolta – järjestelmän kykyä reagoida haasteeseen ja toipua.

Miten se toimii

Tutkijat kehittävät kannettavaa hikianturia, joka lukee samanaikaisesti uusia molekyylibiomarkkereita ja yhdistää ne fysiologisiin parametreihin (syke, hengitystiheys, ydinlämpötila jne.). Simon Annaheimin mukaan Biomimetic Membranes and Textiles (Empa) -laboratoriosta ihoantureiden tarkkuus mahdollistaa jatkuvan ja luotettavan tiedon saamisen kehon tilasta. Tiimi testaa prototyyppejä ilmastokammiossa, jossa lämpöä ja kuormitusta voidaan annostella. Näiden datavirtojen perusteella koulutetaan "kellokoneisto"-algoritmi, joka yhdistää kuormituksen sietokyvyn ja palautumisen biologiseen ikään ja resilienssiin.

Ketkä ovat projektin takana ja mitä se muuttaa?

Aloittajana on tri Noé Brazier (ETH Zürich, Translationaalisen lääketieteen instituutti); projektiin osallistuu kliinisiä, sensorisia ja materiaalitieteen asiantuntijoita ETH:n, Empan, Caltechin ja Baselin sairaaloista. Jos ”kello” osoittaa toistettavuutta ja ennustearvoa, sitä voidaan käyttää hoidon ja kuntoutuksen intensiteetin valitsemiseen ”fysiologisen” iän perusteella passin sijaan – onkologiasta ja kardiologiasta ortopediaan ja geriatriaan. Ihannetapauksessa tämä vähentää ”ylihoitoa”, sivuvaikutuksia ja menetettyjä mahdollisuuksia oikea-aikaisiin interventioihin.

Vapaaehtoisten rekrytointi: Mitä osallistujat kokevat

Pilottitutkimuksen rekrytointi on parhaillaan käynnissä. Etsitään miehiä ja naisia, jotka ovat halukkaita liikkumaan noin tunnin ajan. Ikähaarukka on 44–54 tai 60–70 vuotta, painoindeksi alle 30 ja sujuva saksan tai englannin kielen taito. Osallistuminen maksaa: fyysisen kunnon arvioinnin (spiroergometria), biologisen iän arvioinnin, verikokeiden tulokset ja 200 CHF:n korvauksen (sisältäen matkakulut). Tutkimuspaikka on Empa, St. Gallen. Toimenpiteeseen kuuluu kolme käyntiä (yhteensä noin 6 tuntia): seulonta; pääkäynti, jossa tehdään pyöräilyharjoitusta miedolla lämmityksellä ja tauoilla (hikeä mitataan ja parametrit tallennetaan ei-invasiivisilla antureilla); lopuksi lyhyt käynti, jossa tarkistetaan "ytimen" lämpötilaa mittaavan anturikapselin poisto. Tiedot ovat luottamuksellisia; osallistujille ei luvata lääketieteellistä hyötyä.

Miksi hikoilla?

Hiki on "ikkuna" aineenvaihduntaan: se sisältää elektrolyyttejä, aineenvaihduntatuotteita, tulehdus- ja stressimerkkejä, joita voidaan mitata jatkuvasti ja ilman neuloja. Toisin kuin episodisissa verikokeissa, puettavista antureista tuleva hiki tarjoaa dynamiikkaa – miten keho reagoi ärsykkeeseen (lämpö, kuormitus) ja kuinka nopeasti se palautuu. "Ikäseurantaa" varten ei ole tärkeää vain se, "kuinka monta" molekyyliä kerrallaan on, vaan myös vasteprofiili: palautumiskäyrän amplitudi, nopeus ja muoto. Yhdessä sykkeen, hengityksen ja ydinlämpötilan kanssa tästä muodostuu digitaalinen "muotokuva" resilienssistä – avain yksilölliseen hoitoon.

Mitä tarkalleen ottaen mitataan ja miten sitä tulkitaan?

Pilottivaiheessa tiimi vertailee:

• Hien molekyylit: uusi joukko biologisen iän ja stressivasteen biomarkkereita.
• Fysiologia: Sydämen syke, hengitys, ydinlämpötila (niellyn sensorisen kapselin kautta), ihoparametrit.
• Kestävyys ja ”lämmönkestävyys”: lämpökontrolloitu pyöräily ja palautuminen.
  Tiedot liimataan sitten yhteen ikäkestävyysmalliksi, joka validoidaan eri ikäryhmissä ja toistoissa. Tavoitteena on kliinistä lisäarvoa tuova työkalu, jota lääkäreiden on helppo käyttää ja ymmärtää.

Missä tästä voi olla hyötyä huomenna

• Interventiosuunnittelu. Leikkausta tai tehohoitoa edeltävän ”fysiologisen” iän ja varauman arviointi riskin tarkemman annostelun varmistamiseksi.
• Kuntoutus ja urheilulääketiede. Seuraa vastustuskykyä ajan kuluessa, säädä kuormitusta ajan kuluessa ja seuraa ylikuormitusta.
• Geriatria ja krooniset sairaudet: Tunnista resilienssin "aukot" kauan ennen kliinisiä tapahtumia ja räätälöi hoito.

Lyhyesti - tärkeintä

• AGE RESIST etsii biologisen iän ja vastustuskyvyn biomarkkereita hiestä ja kouluttaa puettavia antureita "lukemaan" niitä jatkuvasti.
• Hanketta johtavat ETH Zürich, Empa, Caltech ja Baselin klinikat, ja sitä rahoittaa SNSF. Tavoitteena on ikäryhmittäin määritelty "kello" yksilöllistettyä lääketiedettä varten.
• Pilottivaiheessa - 3 käyntiä, kuormituksen sykli pehmeällä lämmöllä, sensorinen kapseli ydinlämpötilan mittaamiseen, kompensaatio 200 CHF.

Lähde: Empan sivu AGE RESIST -projektista.