Egy méret nem felel meg mindnek

Az amerikaiak közel 35 százaléka elhízottnak tekinthető - ez a diagnózis olyan gyakorivá vált, amelyet az Amerikai Orvosi Szövetség krónikus betegségként ismer fel. Míg a diagnózis mindenki számára azonos, a kezelések eltérőek; ami az egyik embernél működik, általában nem a másiké. Válaszul az UNC-szerte dolgozó kutatók összefogtak ennek az egyre növekvő problémának a kezelésében.

Elismerve az elhízás diagnózisának megkapása után szembesülő többszörös egészségügyi kockázatokat, két barát úgy dönt, hogy együtt fognak működni az egészségesebbé válás érdekében. Kidolgozzák a testmozgás rendjét és megváltoztatják étrendjüket. Biztató üzeneteket küldenek egymásnak, és előkészítik a csapat étkezésének előkészítését. Többet alszanak és alkalmazkodnak új életmódjukhoz. Néhány hét múlva az eredmények a skálán kezdenek megjelenni. Mindketten lefogtak öt kilót.

Aztán eltelik még egy hónap. Ezúttal a mérlegelés során egy ember lefogyott 10 kilót. De a másik ötéves marad - és csalódott. Ez egy megszokott történet: Ugyanazon étrenddel rendelkező, ugyanazokat az edzéseket végző, eltérő eredményeket elérő emberek. Mi ad?

"Ez nem egyszerűen az energiamérleg kérdése" - mondja Penny Gordon-Larsen a kalóriabevitelre és -termelésre hivatkozva. "És a világ az elhízást az energiamérleg-egyenlet alapján közelítette meg - nem az elhízás összetettségének felismerése és az a tény, hogy az elhízáshoz nincs egyetlen út."

Penny Gordon-Larsen az Obesity Hub projekt fő kutatója. (fotó: Megan May)

Gordon-Larsen, az UNC elhízáskutatója úgy véli, sokkal több van a játékban, ha súlygyarapodásról és fogyásról van szó. Az evésen és a testmozgáson túl a környezeti tényezők, a viselkedés és a genetika is szerepet játszik. Minden ember egyedi és más megközelítést igényel a fogyáshoz. Ez azért van, mert nem csak egy „elhízás” létezik, hanem sokféle - ún. Heterogenitás.

Ez az elhízást trükkössé teszi, sajnálatos dolog, mivel országos egészségügyi válságról van szó - a Centers for Disease Control szerint 93,3 millió amerikai felnőtt elhízott. Ez a lakosság közel egyharmada. És miért hajtja Gordon-Larsent a probléma kezelésére.

Az UNC Creativity Hubs elnevezésű új finanszírozási programjának köszönhetően több mint 30 kutatóból álló csapatot szervezett 20 akadémiai részlegen, a táplálkozástól kezdve az egészségügyi magatartásig, sőt az adattudományig is. És ez a finanszírozás pontos célja. A program támogatja a „központokat” vagy különféle tudósokból álló csoportokat, amelyek több tudományterületen átívelnek, és összefognak, hogy megoldják a főbb társadalmi kihívásokat.

"Nagyon hálás vagyok a kutatásért felelős alkancellárnak, Terry Magnusonnak, akinek az volt az ötlete, hogy nagy támogatást nyújtson, amely ösztönzi az innovációt és a csapattudományt" - mondja Gordon-Larsen. „Ezek nehéz témák, amelyekre kísérleti alapokat lehet találni. Soha nem tudtunk volna ilyen innovatív megközelítéssel megközelíteni ezt a problémát e mechanizmus nélkül. ”

Ez a támogatás lehetővé teszi Gordon-Larsen és csapata széleskörű és gyors mozgását. A csapat kreativitási központján belül - az úgynevezett „Heterogenitás az elhízás kreativitási központjában: transzdiszciplináris megközelítések a precíziós kutatáshoz és kezeléshez” - genetikai, biológiai és környezeti kutatásokat végeznek embereken és egereken, valamint személyre szabott egészségügyi nyomkövetőt és adatelemzést, vizualizációs alkalmazás.

"A sokféle tudományterületen végzett munka sok beszélgetést tartalmaz" - mutat rá Gordon-Larsen. „Minden tudósnak meg kell tanulnia azokat a tudományterületeket, amelyekről semmit sem tudnak. Tehát a klinikai kutatók megismerik az egérprojekteket, a populációs kutatók az informatikai projekteket és fordítva. De ezt az időt jól eltöltötték - ez javítja mindenki munkájának minőségét és megkönnyíti a felfedezés gyorsítását. ”

Genetikai kapcsolatok feltárása

Tegyen két embert egy étrendre, és különböző eredményeket fognak elérni - legalábbis ezt mondják az adatok. Gordon-Larsen szerint az a probléma, hogy csak emberre tekintünk, az, hogy nem lehet őket laboratóriumi körülmények között elhelyezni, és hosszú időn keresztül teljesen ellenőrizni, hogy mit esznek. Bár ez a fajta vizsgálat nem végezhető el nagy embermintákkal, egerekkel.

Az UNC egyik legnagyobb erőssége a Collaborative Cross program, „a különböző egeretörzsek nyolcirányú keresztezése, amely tükrözi az emberi populációban rejlő genetikai heterogenitás típusát” - mondja Stephen Hursting, az UNC táplálkozási és biokémikusa.

Az Obesity Hub részeként Hursting ezeket az egereket és a sokféleségből kinőtt egereket, egy másik genetikailag sokféle egércsoportot használja fel annak megértésére, hogy egy diéta hogyan hat több alanyra. Legutóbb 12 hetet töltött a magas kalóriatartalmú étrendet fogyasztó egereknél a súlygyarapodás megfigyelésével, majd megismerte, hogyan változtak ezek a számok az alacsonyabb kalóriatartalmú kezelés nyolc hete alatt.

Az eredmények megegyeztek az emberi egészségre vonatkozó jóslatokkal.

"Néhány egér nagyon hízott az étrend által előidézett elhízási rendben, majd amikor átálltunk a fogyásra, a sokat hízó egerek egy része megtartotta testsúlyát, míg mások elvesztették" - mondja Hursting. "Még néhányan is híztak az alacsony kalóriatartalmú étrendben."

Ezekkel a megfigyelésekkel Hursting új genetikai magyarázatokat keres a súlygyarapodás és a fogyás különbségeire. Azt is vizsgálja, hogy a mikrobiómában bekövetkező változások - miként befolyásolják a minden emberben élő mikroorganizmusok - például baktériumok és gombák - közösségét ezek a válaszok. A populáció tanulmányozásában a hub egy részének munkatársaival összehasonlítani fogják az egerek súlygyarapodásával járó mikrobiómát az emberekével.

Pár száz egérrel Hursting és laboratóriuma kiválaszthatja a probléma mögött rejlő genetikai alapokat. "Reméljük, hogy új információkat hozhatunk az emberi oldalra, miközben központunk humán tanulmányainak adatait is felhasználjuk az egerekben végzett tevékenységek validálásához" - mondja. „Nagy rajongója vagyok ennek az állat-ember kapcsolatnak. Gyorsítja a tempónkat, és remekül illeszkedik ahhoz, amit laboratóriumom mindig megpróbál - összekapcsolni az emberi tanulmányokat a mechanisztikus kutatással. "

A változók követése

MyFitnessPal. Runkeeper. Fitbit. Mi lenne, ha létezne olyan alkalmazás, amely ezen népszerű egészségfigyelő programok együttes funkcionalitásával rendelkezik, de intelligens skálához is kapcsolódik, és végül súlycsökkentő receptet biztosít? Deborah Tate, az egészségügyi viselkedés professzora.

"Az alkalmazásunk sok eszközzel beszélget" - mondja. MPWR - Mobil személyre szabott súlykutatás - szinkronizálja a beteg intelligens skálájával, a testmozgás nyomkövető eszközével, az étrend-alkalmazással és végül a glükózmérővel.

Jelenleg Tate és csapata olyan módon fejlesztik az alkalmazást, hogy az emberek különböző étrendeket, étkezési gyakorisági ajánlásokat és testmozgási megközelítéseket kövessenek. Hosszú távú cél annak megjósolása, hogy ki jár a legjobban a megközelítések sajátos kombinációjával.

Az mPWR nemcsak a testsúlyt, az étrendet, a testmozgást és a glükózszintet követi nyomon - bátorító üzeneteket is tartalmaz, amikor a résztvevők kitartanak céljaik mellett.

"Ha ezeket a tényezőket kombinálja, akkor lehet egy A étrendi megközelítés, az étkezés mintázata B és az A testmozgás megközelítése" - magyarázza. "Lehet, hogy ez jól megy neked, de nekem ez a B diéta, az A étkezés mintájával és az A gyakorlással." Azokat a genetikai, mikrobiális és viselkedési tényezőket, amelyek megjósolják, melyik étrend melyik ember számára működik a legjobban, összehasonlítjuk az egerek és az emberi populáció adatainak eredményeivel, amelyek szintén a központ részét képezik.

Tate a 2000-es évek elején kezdte el kutatni a digitális fogyókúrás beavatkozást. Most, hogy a legtöbb ember mobiltelefon-hozzáférést használ az internethez, ésszerű ezt az információt a betegnek ezen a platformon keresztül megadni, mondja. „A lakosságnak van egy olyan része, amelyet okostelefon-függőnek neveznek, ami azt jelenti, hogy máshol nincs internet, csak az okostelefonjukon. Szeretnénk, ha a mobil eszközök felhatalmaznák a betegeket, ezért a kezük ügyében a lehető leghatékonyabb megközelítést alkalmazzák. ”

Amint Tate és munkatársai befejezik az alkalmazás-fejlesztési folyamatot, remélik, hogy ősszel betegeket toboroznak egy próbára. Három hónapig nyomon követik az alkalmazás felhasználói fejlődését. Az első hetekben kiderül, hogy mely minták működnek az egyes emberek számára a legjobban, majd átfogó receptet követ, amelyet a beteg a kísérlet hátralévő részében betart. Emellett biológiai adatokat is gyűjtenek a genetika, metabolomika és mikrobiom elemzések céljából, a hub egérrel és emberrel végzett vizsgálatokkal összhangban.

A tárgyaláshoz Tate 40 ember reményét vonzza a kultúrák, az életkor és a glükózszint között. "Megpróbáljuk a lehető legszélesebb körben tartani a kritériumokat, hogy a genetika keveréke legyen" - mondja.

Az adatok szitálása

Egy olyan projekt, mint az Obesity Hub, több ezer adatot tartalmaz. És ezek az adatok tárolást, rendszerezést és hozzáférhetőséget igényelnek. Szerencsére Carolinának már van megoldása ilyen dolgokra - a RENCI, az UNC aláírást kiszámító intézete, amely felügyeli a kutatók számára az adattudományi kiberinfrastruktúrát.

A hub összes adatának értelmezése érdekében a RENCI Chris Bizon a ROBOKOP nevű programba csatlakoztatja. "Egy ekkora projektben mindezen apró ismeretekkel rendelkezik, de mindannyian egy csomó fizikai helyen vannak szétszórva" - magyarázza. "A ROBOKOP azt tudja, hogyan kell beszélni azokkal a különféle tudásforrásokkal, egy helyre hozni őket, és összemosni őket."

A szoftver létrehoz egy úgynevezett tudásgráfot, egy ütemtervet, amely megmutatja, hogy ezek a különböző adatok hogyan kapcsolódnak egymáshoz, és lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy konkrét kérdéseket tegyenek fel. Milyen gének vesznek részt ebben a betegségben? Milyen gyógyszerek kezelik ezeket a géneket? Milyen mellékhatásai vannak ezeknek a gyógyszereknek? A ROBOKOP összekapcsolja ezt a kérdésláncot, és betekintést nyújt a kutatókba, hogy milyen változatok vezetnek elhízáshoz.

"Ez lehetővé teszi számunkra, hogy több megfigyelést egy koherens történetbe integráljunk" - mondja Bizon. De ez a folyamat nem olyan egyszerű, mint lehetne - teszi hozzá. A kutatóknak tudniuk kell, hogy mit keresnek, és "piszkálni". Ezért olyan algoritmusokat fejleszt, amelyek elvégzik az Ön keresését.

"Elfogadta az összes adatot és összevonta - hogyan engedheti meg, hogy a számítógép megmondja, mi érdekes?" kérdezi. "Itt kezdődik a móka."

Megoldás felírása

Kombinálja az egerek, az emberi populációs vizsgálatok és a klinikai vizsgálat összes bizonyítékát - és ezeknek a kutatóknak lépéseket kell tenniük az egyéni receptek ajánlásával az emberek számára a testsúlyuk kezelésére. Ha ez sikerrel jár, Gordon-Larsen úgy véli, hogy ez a csapattudományi taktika ígéretet tesz az elhízáson kívüli egyéb betegségek kezelésére is.

"Az elhízás az egyik példa erre a megközelítésre" - mondja. "Megtehetnénk ezt más összetett betegségek leküzdése érdekében."

Gordon-Larsen is szívesen látná, ha a pályakezdő kutatók megtanulnának ilyen módon együttműködni a képzés során. Bár ezt a fajta projektet nehéz megvalósítani, elmondja, szórakoztató és hatékony.

"Ez példaként szolgálhat más típusú munkatársak számára, hogy ezt a fajta munkát saját kérdéseikkel végezzék" - mondja. "Nagyon jó lenne látni, ha minél több fordított, csapattudományban képzett ember vezetné ezt a fajta munkát."

Az Obesity Hub esetében a végső cél Tate és Bizon alkalmazásainak összekapcsolása és klinikai körülmények között történő telepítése az elkövetkező 10 évben. A csapat arra törekszik, hogy az elhízást széleskörűen és pontosan kezelje - nemcsak meghatározza a beteg sajátos hajlamát az elhízásra és a specifikus kezelésekre, hanem olyan eszközöket is kifejleszt, amelyek segítenek a fogyásban.

"Míg a világ küzd az elhízás csökkentéséért, továbbra is probléma marad a világ minden sarkában" - mondja Gordon-Larsen. "Reméljük, hogy az Obesity Hub segíthet ezen változtatni, lehetővé téve számunkra a tudományunk továbbfejlesztését oly módon, amire még soha nem voltunk képesek."

Penny Gordon-Larsen a Táplálkozási Tanszék professzora és az UNC Gillings Globális Közegészségügyi Iskolájának tudományos dékánja. Az elhízás-kreativitás központjának heterogenitásának fő kutatója is. Stephen Hursting az UNC Gillings Globális Közegészségügyi Iskolája, az UNC Lineberger Átfogó Rákközpont és az UNC Táplálkozáskutató Intézetének táplálkozási tanszékének professzora. Deborah Tate az UNC Gillings Globális Közegészségügyi Iskolájának egészségügyi magatartás és táplálkozási tanszékének professzora. Az iskola egészségügyi alkalmazások és beavatkozások kommunikációs központjának igazgatója. Chris Bizon a RENCI elemzési és adattudományi igazgatója.