Сайт использует файлы cookie. Продолжая пользоваться нашим сайтом, вы соглашаетесь на использование нами ваших данных.
Узнать больше
Принять и продолжить
Открытый проект

Life Dynamics

Мы разрабатываем «умные» автоматизированные аквариумы с модельным организмом нового для биологии старения типа — маленькими ракообразным, дафниями. И предлагаем собирать с их помощью данные об эффективности геропротекторов. Проект подразумевает полную открытость и коллективную работу: собранная база знаний станет достоянием общественности. Научный руководитель проекта — Леонид Пешкин, Медицинская Школа Гарварда.
Наша установка позволит проводить большой объём исследований за короткий срок. Для нас также очень важна стандартизация протоколов и, как итог, воспроизводимость результатов. С помощью системы Life Dynamics станет возможным получить ценные данные в продлении жизни: уровни активности различных соединений, их комбинаций и схем приема.

В дальнейшем, обученные на полученных данных, нейросетевые модели позволят создать универсальный инструмент для виртуального скрининга препаратов на способность продлевать жизнь.

Все полученные данные будут собраны в единую открытую базу, и будут доступны международному сообществу.
Такая платформа ускорит открытие лекарств-мишеней для многих болезней человека, вызванных старением, таких как дегенеративные и метаболические нарушения. Легко также представить себе дальнейшее применение в области био-наблюдения и токсикологии. Также платформа окажет далеко идущее влияние на демократизацию исследований и предоставит новые инструменты обучения и распространения научных знаний.
Леонид Пешкин, автор проекта
Медицинская Школа Гарварда
Наша цель — проверить геропротекторы и их комбинации, а также сделать вклад в развитие автоматизированных экспериментов с животными.
Также важна социальная задача проекта — вовлечь в продление жизни большое количество людей и организаций, предоставив возможность удаленно проводить эксперименты.
Живые точки на графике
Дафнии специфически и очень активно двигаются в воде, что позволяет предсказывать действие тестируемой молекулы, а также регулярно производить автоматизированный подсчёт и трекинг организмов.
На видео — дафнии в аквариуме и их периодические характерные «прыжки».

У этих животных наблюдается фототаксис — движение на свет. Когда верх аквариума подсвечивается, дафнии начинают двигаться вверх. Здесь мы видим молодые особи, в процессе старения же световой сигнал начинает игнорироваться. Причина данного явления пока не ясна (не видят? нет сил плыть?).
Мы уже научились считать дафний автоматически. Следующий этап — реализация трекинга организмов, определение скоростей движения, состояния здоровья и биовозраста, проверка модели предсказания активности вещества по сериям видео. Всё это позволит сократить сроки проверки вещества в несколько раз.
Чем хороши дафнии?
Хорошо изученные пресноводные ракообразные, широко используемые в токсикологических испытаниях из-за их проницаемости для малых молекул.
Экономят нам время
Дафнии в среднем живут всего 60 дней. Более того, есть шанс сократить продолжительность эксперимента еще больше за счет внедрения наших новых подходов к анализу данных. Но чтобы с уверенностью говорить о точности такого метода, необходимо провести несколько предварительных исследований.
Экономят нам деньги
В литровом аквариуме можно с комфортом разместить 100 дафний. Для сравнения, в таком же объёме мы бы разместили всего одну рыбку. К тому же, дафниям достаточно очень низких концентраций исследуемого вещества (что актуально для проверки дорогостоящих препаратов, к которым, как правило будут относиться новые наработки). Толпа дешёвых самих по себе дафний в слабом растворе и компактных условиях — всё это делает работу очень экономичной.
Удобно дозировать препарат
Так как мы точно знаем объём аквариума, то можем контролировать концентрацию препарата в исследовании. Мы также можем контролировать время воздействия препарата на дафний. При работе же с червями и мухами такого уровня контроля нет. К тому же, на червях используют концентрации, превышающие физиологичные для человека дозы в 100 раз. Мухи в основном едят как ларва, и контролировать количество попавших в них лекарства невозможно.
Есть полная информация по геному
Размер генома дафнии сравнительно небольшой — всего 250 Mb (250 миллионов пар оснований). Среди всех организмов, включая человека, он входит в пятерку самых качественно секвенированных и собранных геномов. Что делает возможным не только проверку веществ и комбинаций, но и различные варианты генного редактирования и транскриптомного анализ.
Удобные особенности
Клональные. Много потомков. Прозрачные. Видимые макрофаги.
Модель старения
Во-первых, дафнии тоже стареют (вероятность их смерти с возрастом растёт). Во-вторых, как минимум один механизм, связанный со старением, у дафний пересекается с другими модельными организмами и даже, вероятно, с человеком: умеренное сокращение калорий продлевает им жизнь.
Удобно оценивать результат эксперимента
Нам достаточно наблюдать за фенотипом дафний, а именно, за характером их движения (нет необходимости вскрывать их и измерять показатели химически). Это даёт возможности для автоматизации (при помощи видео камер и распознавания образов) и масштабирования: множество аквариумов в руках совершенно разных команд.
... а ещё
Ещё это новая идея, новый модельный организм для исследований старения. Такое ещё не пробовали. Организм, который как нельзя лучше подходит для быстрой проверки множества препаратов и их комбинаций — одной из первостепенных задач в продлении жизни человека.
Трансляция в клиническую практику
Перенос результата на человека
Дафния имеет множество генов и типов клеток, гомологичных человеку. В отличие от тех же червей c.elegans, у дафний всё же есть внутренние органы, а отдельные ткани этих органов под микроскопом визуально неотличимы от, к примеру, мышиных. Дафнии реагирует на лекарства, применяемые для людей.

Проблема переноса результатов, полученных на лабораторных животных, не уникальна для дафний и является типовой для фарм индустрии в принципе. Любые доклинические исследования проводят на животных или клеточных культурах. Видов таких лабораторных животных множество. Например, геропротекторы часто проверяли на мухах, червях и мышах, и для всех этих животных встаёт аналогичный вопрос.

Более того, нам кажется, что у дафний здесь потенциально конкурентное преимущество (см. таблицу выше).

Кстати, есть отличная статья от Сары Константин Почему лекарства, работающие на мышах, не работают на людях.
Что уже сделано
Составлена инженерная схема модульной системы аквариумов и подобраны материалы;
Написан алгоритм компьютерного зрения, считающий количество дафний на видеозаписи с 10% интервалом;
Изучено питание дафний и их содержание в обычных условиях;
Разработана система нетоксичной склейки частей аквариумов;
Разработан пайплайн системы, предсказывающей действие геропротектора по логнитюдным данным со съёмок движущихся организмов;
Разработана оптимальная геометрия секции, где находятся дафнии. Что позволяет производить эффективную съемку движущихся организмов, очистку воды от потомства и трупов, а также аэрацию воды.
Два типа установки
Мы одновременно работаем над двумя типами установок: полноценной автоматизированной и упрощённой.
Автоматизированная
Полностью автоматизированная система с большим количеством кассет: пар контрольной и экспериментальной групп.

Здесь показана не только схема экспериментальной установки, но и система взаимодействия с пользователями для заказа исследований удалённо.
Упрощённая
Уже скоро вы сможете заказать не автоматизированную версию установки: она полностью подходит для проведения самостоятельных исследований.

В упрощённой системе отсутствует автоматизированная подача исследуемого вещества. Но здесь также присутствует автоматический трекинг и подсчёт особей.
В нашем проекте есть задачи как для биологов, так и для инженеров и программистов. Мы будем рады, если вы поддержите проект финансово или информационно, или в дальнейшем закажете проверку интересующей вас комбинации или отдельно взятых веществ.
Анастасия Великанова, руководитель проекта в России
Skoltech PhD student, Life Science
Срочные задачи
Для программистов
- Трекинг организмов
- Алгоритмы предсказания активности молекул
- Сетевая архитектура
- Приложение для заказа эксперимента удалённо
Для инженеров
- Разработка системы кормления фитопланктоном
- Компактизация системы
- Подбор оптимальных насосов
Для биологов
- Разработка протокола получения сухих яиц дафний
- Разработка протокола получения самцов
- Оптимизация разведения
- Проведение первых экспериментов в системе
Напишите нам
Мы будем рады ответить на любые вопросы