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

Smart Tanks

Smart Tanks или «Умные аквариумы» от Леонида Пешкина — это предложение коллективно собрать данные об эффективности «геропротекторов» на маленьких ракообразных — дафниях — в специальных типовых аквариумах. Проект подразумевает полную открытость и коллективную работу: собранная база знаний станет достоянием общественности.
Берём животное (дафния), берём аквариум (стандартизированный и автоматизированный, чтобы у всех команд исследования — и всех дафний — условия были одинаковыми), кормим дафний препаратами с потенциалом к продлению жизни (в одном аквариуме одна интервенция или комбинация интервенций) и наблюдаем за поведением зверей.

Дафнии в аквариуме ведут себя очень специфически — по их поведению можно предположить, работает ли препарат. Собираем данные, заносим всё в единую базу.

Повторяем всё множество раз во множестве экспериментов силами множества энтузиастов, разбросанных по всему миру (таков план) — и вуаля, мы с вами наконец собрали качественные стандартизированные воспроизводимые не бессмысленные данные в биологии старения.
Дафнии
Покупаем дафний в любом зоомагазине (со временем в проекте, если это будет необходимо, также появится возможность доставки стандартной линии).
Аквариумы
Из подручных материалов, соблюдая чёткие инструкции, собираем один или несколько аквариумов и инфраструктуру к ним. Помещаем колонии зверей в аквариумы.
Геропротекторы
Кормим колонии геропротекторами. Или сажаем на диету. Или проявляем фантазию и предлагаем собственную интервенцию. Один аквариум — одно вмешательство. Наблюдаем.
База данных
Если включить дафниям свет, они к нему плывут. По тому, как плывут, мы можем оценить их самочувствие. Это если грубо. Оценили — записали в общую базу данных.

Живые точки на графике
На видео — пример того, как дафнии танцуют в аквариуме. В отсутствие раздражителей они двигаются по своей сложной траектории условно на месте. Light On — вверху загорается свет — и звери плывут к нему. Здесь пример молодых особей, старые и немощные игнорируют световой сигнал (не видят? не хотят плыть? это предстоит выяснить).
Здесь важно научиться автоматически считать дафний, отличать самцов от самок, научиться оценивать не только скорость их движения, но и множество других нюансов. Но сам факт того, что у нас есть очень удобный визуальный маркер, позволяет автоматизировать, а значит, и масштабировать проект при помощи «компьютерного зрения».

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
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 30 дней. Это удобно. Более того, для каждой интервенции есть шанс сократить срок эксперимента до 2–4 часов: кормить препаратом в повышенной дозировке и сразу наблюдать за динамикой поведения. Но для того, чтобы с уверенностью говорить о точности второго подхода, необходимо провести ряд 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.
Удобные особенности
Клональные. Много потомков. Прозрачные. Видимые макрофаги.
Есть полная информация по геному
Небольшой геном размером 250Mb секвенирован и доступен для редактирования с помощью CRISPR.
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 процесса (при помощи видео камер и распознавания образов) и для масштабирования проекта: множество аквариумов в руках совершенно разных команд.
Удобно дозировать препарат
Исследования лекарств 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. Всех этих проблем нет с дафниями.
... 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 тестируем?
В литературе описано около 1500 статистически значимых результатов продления жизни с использованием более 560 различных препаратов у животных 30 видов, в основном червей и мух. Соответственно, есть база данных DrugAge — список потенциальных геропротекторов (то есть веществ, способных замедлить процессы старения). Всю эту базу данных необходимо перепроверить.

С этого списка мы предлагаем начать. Но всегда можно его расширить: добавить новые наработки по препаратам. Добавить и не препараты вовсе, а, к примеру, режимы питания.
Рассчитываем ли мы с помощью дафний найти средство, продлевающее жизнь человеку? И да, и нет. Цель в итоге именно такая, да. Но не всё так просто. Едва ли в процессе тестирования мы с ходу найдём «лекарство от старости». План примерно такой:

1. Перепроверяем DrugAge. Так как большинство данных там некачественные (основаны на невоспроизводимых исследованиях, не единообразны и т.д.), скорее всего список из 500 препаратов значительно сократится. Отделяем зёрна от плевел. Параллельно смотрим новые препараты и не только препараты.

2. Получаем качественные единообразные данные. Делаем разметку. На них наконец-то можно будет натравить ИИ. Посмотрим, что из этого выйдет.

3. В целом, с ИИ или без, мы рассчитываем найти несколько убедительно работающих молекул. А с их помощью уже лучше понять молекулярные пути и то, какие препараты нам в итоге нужно будет разработать.
Проект с дафниями — это в первую очередь фундаментальные исследования. Это создание базового датасета, без которого биологии старения крайне сложно сдвинуться с места.
Отлично! Хочу завести дафний. Как это сделать? Дайте мне инструкции.
Инструкции будут. Именно такой у нас план. Но сейчас проект на стадии некоторых технических доработок. Хорошая новость в том, что мы не предлагаем вам сидеть и ждать, пока мы (никогда?) сами всё доделаем.
То есть можно помочь?
Именно так. Есть ясный список задач, и мы будем очень рады помощи волонтёров.
Задачи для волонтёров
Для биологов и программистов
Добиться стабильности микробиома среды
Бактериальная среда маленьких аквариумов очень нестабильна и варьируется от одной ёмкости к другой. Что, разумеется, сильно сказывается на здоровье зверей и результатах экспериментов. Поэтому очень важно научиться заселять аквариумы стандартизованной микросредой.
Подробнее
Научиться вычислять каждую конкретную дафнию
Так как в пределе нам интересно предсказывать продолжительность жизни на индивидуальном уровне (согласитесь, это пригодится для людей), то нужна система идентификации и «паспортов» особей (придумать цветной штамм, скармливать металлическую метку, RFID?).
Подробнее
Научиться замораживать и размораживать дафний
Большинство (>50%) размороженных дафний должны оставаться живыми и репродуктивными. Экспериментировать можно, например, с трегалозой и DMSO, а также с режимами крионирования и разморозки.
Подробнее
Разработать аудио тест
В эксперименте предусмотрен световой тест, но также нужно научиться определённым образом воздействовать на дафний при помощи звука. Дополнительные данные по фенотипу могут оказаться очень информативными.
Подробнее
Разработать автоматизированный инкубатор для выращивания водорослей
Систему, в которой из фильтрованной воды и минерального удобрения получается стабильная монокультура для выращивания водорослей в условиях искусственного освещения.
Подробнее
Научиться автоматически считать популяцию
Command-line executable script which takes 1 min long video of a flat tank with animals and outputs an estimate of how many animals are alive (moving) and the confidence intervals - e.g. 87 animals with 90% CI of [83; 115].
Подробнее
Разработать трекер движения
Отслеживать движение до 100 животных в 1-минутном видео-ролике. CR + ML.
Подробнее
Научиться автоматически определять пол
Определять пол дафний (мужской/женский) по внешнему виду и паттерну движения. CR + ML.
Подробнее
Почему мы говорим, что в биологии старения не хватает качественных данных?
Их не хватает в принципе. Так как проводится мало исследований. Препараты, которые давным давно нужно было бы проверить, не проверяются (по многим причинам, по этическим, экономическим), эксперименты не проводятся. Количество лабораторий, занимающихся старением, несоразмерно мало сложности задачи и объёму работы, которую необходимо провести.
Плюс есть проблема невоспроизводимости: многие исследования в биологии и медицине не вызывают доверия, так как их результаты не получается повторить. А был ли мальчик, как говорится?

Но в первую очередь — данных не хватает для того, чтобы полноценно подключить к поиску лекарства от старости так называемый искусственный интеллект. Все успехи ИИ, которые мы наблюдаем сегодня (распознавание образов, речи и прочего) основаны на том, что для всего этого были большие и качественные массивы данных. Было, на чём обучать нейронную сеть. В биологии такого массива данных нет. С чем мы и хотим разобраться.
Об авторе проекта
Наш ответ
О лаборатории в Гарварде
Наш ответ
Какие препараты уже протестировали в рамках данного проекта
As a pilot drug study we have collected data on control and calorie restriction as well as exposure to ethanol and detected dose- dependent alterations of motion and reaction to stimuli. Additionally, we ran a pilot 10-dose study of a diabetic drug reported to extend life in other species - metformin. This taught us how to handle drugs in Daphnia. Our metformin results show small life extension which is dose-specific, consistent with what is known in other species. Importantly it also shows behavioral alterations as shown on the right.

Specifically in this project, we conjecture that drugs affecting healthspan and lifespan at moderate doses have dramatic behavioral effects at high doses, allowing for quick efficient proxy measurements in screening. This suggests a way of efficient screening for drugs – screen for behavioral effect as a screen over hundreds of drugs. Compare to known drugs and focus further on a few drugs which stand out.
Другие аналогичные проекты по тестированию препаратов
В рамках программы «интервенционных испытаний" (ITP в NIH) на сегодня испробованы сотни лекарств в различных дозах и продолжительности курса на животных. Как правило измеряли просто продолжительность жизни и оказалось что около 5% всех биоактивных соединений слегка увеличивают продолжительность жизни беспозвоночных [1].
Массив размеченных данных для обучения нейронной сети
Да.
Что ещё почитать по теме?
  1. Lucanic M, Lithgow GJ, Alavez S. Pharmacological lifespan extension of invertebrates. Ageing Res Rev. 2013 Jan;12(1):445-58. doi: 10.1016/j.arr.2012.06.006. Epub 2012 Jul 6. Review. PubMed PMID: 22771382; PubMed Central PMCID: PMC3552093.
  2. Barardo,D., Thornton,D., Thoppil,H., Walsh,M., Sharifi,S., Ferreira,S., Anzic,A., Fernandes, M., Monteiro, P., Grum, T., Cordeiro, R., De-Souza, E.A., Budovsky, A., Araujo, N., Gruber, J., Petrascheck, M., Fraifeld, V.E., Zhavoronkov, A., Moskalev, A., de Magalhaes, J.P. (2017) "The DrugAge database of ageing-related drugs." 16:594-597. Aging Cell 16(3):594-597.
  3. NemaLife: A structured microfluidic culture device optimized for aging studies in crawling C. elegans Mizanur Rahman, Hunter Edwards, Nikolajs Birze, Rebecca Gabrilska, KendraP. Rumbaugh, Jerzy Blawzdz iewicz, Nathaniel J. Szewczyk, Monica Driscoll, Siva A. Vanapalli
    bioRxiv 675827; doi: https://doi.org/10.1101/675827
  4. Сара Константин, Почему лекарства, работающие на мышах, не работают на людях, 2018 (Eng).


Принять участие
Есть несколько вариантов
Включиться в работу, когда все инструкции будут готовы
Здесь нужно подождать. И записаться в лист ожидания.
Записаться
Финансовая помощь
Ниже вы можете оставить пожертвование. Вы также можете связаться с Леонидом напрямую.
Связаться
Поддержать проект Smart Tank
На корм дафниям и учёным
comments powered by HyperComments