KI enthüllt die molekularen Auswirkungen der Menopause auf das Fortpflanzungssystem

Durch die KI-gestützte Analyse von Tausenden von Gewebebildern und Genexpressionen zeigt der erste umfassende Atlas des weiblichen Fortpflanzungssystems, dass Organe im Zuge der Menopause tiefgreifende und ungleichmäßige Veränderungen durchlaufen, statt eines einheitlichen Rückgangs.

Obwohl die Menopause die Hälfte der Weltbevölkerung betrifft, wurde sie historisch gesehen sowohl in der biomedizinischen Forschung als auch in der klinischen Praxis zu wenig erforscht und verstanden. Mit der steigenden Lebenserwartung nimmt die Zahl postmenopausaler Frauen jedoch stetig zu, und laut WHO machten Frauen über 50 im Jahr 2021 bereits 26 Prozent der Weltbevölkerung aus.

Die Auswirkungen der Menopause reichen weit über das Fortpflanzungssystem hinaus und sind mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-, Stoffwechsel-, neurodegenerative und Knochenerkrankungen verbunden. Dennoch haben nur wenige Studien eingehend untersucht, wie sich dieser Prozess auf das weibliche Fortpflanzungssystem als Ganzes, jenseits der Eierstöcke, auswirkt.

In diesem Zusammenhang präsentiert eine neue Studie des Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), veröffentlicht in „Nature Aging“, den ersten umfassenden Atlas der Alterung des weiblichen Fortpflanzungssystems und bietet damit eine neue Perspektive auf die Auswirkungen dieses Prozesses auf die Gesundheit.

KI analysiert Gewebebilder und Proben

Durch die Integration von 1112 Gewebebildern aus 659 Proben von 304 Frauen im Alter zwischen 20 und 70 Jahren und die Analyse der Expression tausender Gene rekonstruierte die Studie den Alterungsprozess in mehreren Fortpflanzungsorganen: Gebärmutter, Eierstock, Vagina, Gebärmutterhals, Brust und Eileiter.

Mithilfe der hohen Bildklassifizierungskapazität künstlicher Intelligenz und der Supercomputer-Ressourcen von MareNostrum 5 nutzten die Forscher Techniken wie Deep Learning, um sowohl sichtbare Veränderungen im Gewebe als auch die mit der Alterung verbundenen molekularen Prozesse in den einzelnen Organen zu identifizieren.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Alterung der Organe nicht einheitlich oder linear verläuft: Während Eierstock und Vagina eine fortschreitende Alterung aufweisen, die Jahre vor der Menopause beginnt, erfährt die Gebärmutter um diesen Zeitpunkt herum deutlich abruptere Veränderungen.

Die Analyse zeigt außerdem, dass nicht nur Organe selbst, sondern auch die Gewebe innerhalb desselben Organs, wie beispielsweise die Schleimhaut oder die Gebärmuttermuskulatur, unterschiedlich altern. Diese Gewebe reagieren besonders empfindlich auf Veränderungen im Zusammenhang mit den Wechseljahren.

„Bisher betrachteten wir die Wechseljahre vor allem als Ende der ovariellen Reproduktionsfunktion. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass sie einen Wendepunkt darstellt, der andere Organe und Gewebe des Fortpflanzungssystems tiefgreifend umstrukturiert und es uns ermöglicht, die Gene und molekularen Prozesse zu identifizieren, die diesen Veränderungen zugrunde liegen könnten“, erklärt Marta Melé, Leiterin der Arbeitsgruppe Transkriptomik und Funktionelle Genomik am BSC und Studienleiterin.

Hin zu nicht-invasiver Überwachung

Die Studie identifizierte zudem molekulare Signale im Zusammenhang mit dem Altern, die im Blut nachweisbar sind. Dazu wurden Blutplasmaproben von 21.441 Frauen analysiert. Diese Biomarker würden die nicht-invasive Überwachung des Zustands der Fortpflanzungsorgane und die frühzeitige Erkennung von Risiken im Zusammenhang mit den Wechseljahren, wie beispielsweise Uterus- oder Vaginalprolaps oder anderen Komplikationen, ermöglichen. Darüber hinaus könnten sie ohne Biopsie nachgewiesen werden, was eine zugänglichere und weniger invasive Nachsorge ermöglicht.

„Wir haben nicht nur die molekularen Veränderungen identifiziert, die der Alterung dieser Organe zugrunde liegen, sondern auch festgestellt, dass sie im Blut nachweisbar sind. Dies eröffnet neue klinische Anwendungsmöglichkeiten“, ergänzte Oleksandra Soldatkina, Erstautorin der Studie und Forscherin am BSC.

Angesichts der steigenden Lebenserwartung ist das Verständnis der Alterungsprozesse des Fortpflanzungssystems entscheidend für die Verbesserung von Prävention, Diagnose und Behandlung zahlreicher damit verbundener Erkrankungen. Diese Studie stellt einen wichtigen Schritt zu einem umfassenderen Verständnis der weiblichen Alterung dar und legt den Grundstein für eine präzisere und gerechtere Medizin im Bereich der Frauengesundheit.

(lj/BIERMANN)

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