Близо 35 процента от американците се считат за затлъстели - диагноза, която стана толкова често срещана, Американската медицинска асоциация я признава за хронично заболяване. Докато диагнозата е еднаква за всички, лечението варира; това, което работи за един човек, обикновено не работи за друг. В отговор изследователи от целия UNC обединиха усилията си за справяне с този постоянно нарастващ проблем.
Признавайки многобройните рискове за здравето, с които се сблъскват след получаване на диагнози за затлъстяване, двама приятели решават, че ще работят заедно, за да станат по-здрави. Те разработват режим на упражнения и променят диетата си. Те си изпращат взаимно насърчителни съобщения и подготвят храна за екип. Те спят повече и се приспособяват към новия си начин на живот. След няколко седмици резултатите започват да се показват на скалата. И двамата са загубили пет килограма.
След това минава още един месец. Този път при претегляне един човек е отслабнал с 10 килограма. Но другият остава заседнал в пет - и разочарован. Това е позната история: Хората на една и съща диета, изпълнявайки едни и същи тренировки, изпитват различни резултати. Какво дава?
„Това не е просто въпрос на енергиен баланс“, казва Пени Гордън-Ларсен по отношение на приема и калориите на калории. „И светът се приближи до затлъстяването от уравнението на енергийния баланс - не признаването на това колко сложно е затлъстяването и факта, че няма един път към затлъстяването.“
Пени Гордън-Ларсен е главният изследовател на проекта Obesity Hub. (снимка Меган Мей)
Гордън-Ларсен, изследовател на UNC за затлъстяване, вярва, че има много повече игра, когато става въпрос за увеличаване и загуба на тегло. Освен храненето и физическите упражнения, факторите на околната среда, поведението и генетиката играят роля. Всеки човек е уникален и изисква различен подход за отслабване. Това е така, защото има не само едно „затлъстяване“, а много различни видове - нещо, наречено хетерогенност.
Това прави затлъстяването сложно, жалко нещо, тъй като това е национална здравна криза - 93,3 милиона възрастни в САЩ са с наднормено тегло, според Центровете за контрол на заболяванията. Това е почти една трета от населението. И защо Гордън-Ларсен е принуден да се справи с този проблем.
Благодарение на нова програма за финансиране в UNC, наречена „Творчески центрове“, тя организира екип от над 30 изследователи в 20 академични отдела, от хранене до здравословно поведение и дори наука за данни. И това е точната цел на финансирането. Програмата поддържа "центрове" или екипи от различни учени, обхващащи множество дисциплини, които се обединяват, за да решат основните обществени предизвикателства.
„Толкова съм благодарен на вицеканцлера по научните изследвания Тери Магнусън, който имаше идеята да отпусне голям грант, който насърчава иновациите и науката на екипите“, казва Гордън-Ларсен. „Това са трудни теми за намиране на пилотни средства. Никога не бихме могли да подходим към този проблем, използвайки толкова иновативен подход, без този механизъм. "
Тази подкрепа позволява на Гордън-Ларсен и нейния екип да се движат широко и бързо. В рамките на центъра за творчество на екипа - наречен „Хетерогенност в центъра за творчество на затлъстяването: трансдисциплинарни подходи за прецизни изследвания и лечение“ - те провеждат генетични, биологични и екологични изследвания при хора и мишки, а също така разработват персонализиран здравен тракер и анализ на данни и приложение за визуализация.
„Работата в толкова много различни дисциплини включва много разговори“, посочва Гордън-Ларсен. „Всеки учен трябва да научи за области на науката, за които не знае нищо. Така че клиничните изследователи научават за проектите за мишки, изследователите на популацията научават за проектите по компютърни науки и обратно. Но това време е добре изразходвано - повишава качеството на работата на всеки и улеснява ускоряването на откриването. "
Разкриване на генетични връзки
Поставете двама души на една и съща диета и те ще получат различни резултати - поне това казват данните. Проблемът с гледането само на хората, според Гордън-Ларсен, е, че не можете да ги поставите в лаборатория и да контролирате напълно какво ядат за дълги периоди от време. Докато този вид проучване не може да бъде завършено с големи проби от хора, то може да бъде с мишки.
Една от най-големите силни страни на UNC е неговата програма Collaborative Cross, „осемпосочно кръстосване на различни щамове мишки, което отразява типа генетична хетерогенност, присъща на човешката популация“, казва Стивън Хърстинг, диетолог и биохимик на UNC.
Като част от центъра за затлъстяване, Хърстинг използва тези мишки и безпородни мишки, друга генетично разнообразна група мишки, за да разбере как една диета въздейства на множество субекти. Съвсем наскоро той прекара 12 седмици, наблюдавайки наддаване на тегло при мишки, хранени с висококалорична диета, и след това продължи да вижда как тези цифри се променят в продължение на осем седмици при по-нискокалоричен режим.
Резултатите съвпадат с прогнозите в човешкото здраве.
„Някои мишки напълняха много с режима на затлъстяване, предизвикан от диетата, а след това, когато преминахме към отслабване, някои от мишките, които спечелиха много, поддържаха теглото си, докато други го отслабваха“, казва Хърстинг. „Дори имахме няколко, които напълняха с нискокалоричната диета.“
Чрез тези наблюдения Хърстинг търси нови генетични обяснения за тези разлики в наддаването и загубата на тегло. Той също така изследва как промените в микробиома - общността от микроорганизми като бактерии и гъбички, които живеят във всяко човешко същество - влияят на тези реакции. Със сътрудници в популацията изследват част от центъра, те ще сравнят микробиома, свързан с увеличаване на теглото при мишките, с този при хората.
Само с няколкостотин мишки Хърстинг и неговата лаборатория могат да избират генетичните основи зад този проблем. „Надяваме се да предоставим нова информация на човешката страна, като същевременно използваме данни от човешките изследвания на нашия център, за да потвърдим какво правим с мишките“, казва той. „Аз съм голям фен на тази връзка между животни и хора. Ускорява темпото ни и се вписва добре в това, което моята лаборатория винаги се опитва - свързва човешките изследвания с механистичните изследвания. "
Проследяване на променливите
MyFitnessPal. Бегач. Fitbit. Ами ако има приложение с комбинираната функционалност на тези популярни програми за мониторинг на здравето, но то се свързва и с интелигентна везна и в крайна сметка предоставя рецепта за отслабване? Професор по здравословно поведение Cue Дебора Тейт.
„Нашето приложение говори с много устройства“, казва тя. Наречен mPWR - Мобилно персонализирано изследване на теглото - той се синхронизира с интелигентна везна на пациента, устройство за проследяване на упражнения, приложение за диета и в крайна сметка глюкозен монитор.
В момента Тейт и нейният екип разработват приложението по начин, който ще позволи на хората да следват различни диети, препоръки за честотата на хранене и подходи за упражнения. Дългосрочната цел е да се предскаже кой ще се справи най-добре със специфична комбинация от подходи.
mPWR не само проследява теглото, диетата, упражненията и нивата на глюкозата - той включва и насърчителни съобщения, когато участниците се придържат към целите си.
„Когато комбинирате всички тези фактори заедно, може да имате диетичен подход А с модел на хранене Б и подход А“, обяснява тя. „Това може да работи добре за вас, но за мен това е диета Б с режим на хранене А и упражнение А.“ Генетичните, микробните и поведенческите фактори, които предсказват коя диета работи най-добре за кой човек, се сравняват с резултатите от данните за мишките и човешката популация, които също са част от центъра.
Тейт започва да изследва дигитална интервенция за отслабване в началото на 2000-те. Сега, когато повечето хора използват мобилни телефони с достъп до интернет, има смисъл да предоставят тази информация на пациента чрез тази платформа, казва тя. „Има сегмент от населението, наречен зависим от смартфона, което означава, че те нямат интернет никъде, освен на своя смартфон. Искаме мобилните устройства да дават възможност на пациентите, така че те да имат най-потенциално ефективния подход на една ръка разстояние. "
Докато Тейт и сътрудниците приключват процеса на разработване на приложения, те се надяват да наемат пациенти за пробване тази есен. В продължение на три месеца те ще проследяват напредъка на потребителите на приложението. Първите няколко седмици ще включват измисляне на кои модели работят най-добре за всеки индивид, последвано от изчерпателна рецепта, която пациентът ще се придържа за останалата част от експеримента. Те също така ще събират биологични данни за генетични, метаболомични и микробиомни анализи в съгласие с проучванията на мишката на центъра и изследванията върху хора.
За изпитанието Тейт се надява да привлече около 40 души от различни култури, възрасти и нива на глюкоза. „Опитваме се да поддържаме критериите възможно най-широки, за да получим смесица от генетика“, казва тя.
Пресяване на данните
Проект като Obesity Hub включва хиляди парчета данни. И тези данни изискват съхранение, организация и достъпност. За щастие Каролина вече има решение за такива неща - RENCI, подписващ изчислителен институт на UNC, който контролира киберинфраструктурата на науката за данни за изследователи.
За да осмисли всички данни на концентратора, Chris Bizon от RENCI ги включва в програма, наречена ROBOKOP. „В един толкова голям проект имате всички тези малки частици знания, но всички те са разпръснати на куп физически места“, обяснява той. „Това, което ROBOKOP прави, е да знае как да говори с тези различни източници на знания, да ги събере на едно място и да ги смаже всички заедно.“
Софтуерът създава така наречената графика на знанието, пътна карта, която показва как всички тези различни части от данни се свързват и позволява на потребителите да задават конкретни въпроси. Какви гени участват в това заболяване? Какви лекарства лекуват тези гени? Какви странични ефекти имат тези лекарства? ROBOKOP свързва тази верига от въпроси заедно, като предоставя на изследователите представа за това какви варианти водят до затлъстяване.
„Това ни позволява да интегрираме множество наблюдения заедно в една последователна история“, казва Бизон. Но този процес не е толкова прост, колкото би могъл да бъде, добавя той. Изследователите трябва да знаят какво търсят и да се „мушкат“. Ето защо той разработва алгоритми, които търсят вас.
„Взехте всички данни и ги комбинирахте - как можете да позволите на компютъра да ви каже какво е интересно?“ той пита. „Оттам започва забавлението.“
Предписване на решение
Комбинирайте всички доказателства от мишките, проучванията върху човешката популация и клиничното проучване - и тези изследователи трябва да направят крачки към препоръчване на индивидуални предписания за хората, които да управляват теглото си. Ако успее, Гордън-Ларсен вярва, че тази научна тактика на екипа обещава за лечение на заболявания, различни от затлъстяване.
„Затлъстяването е един пример за този подход“, казва тя. „Бихме могли да направим това, за да се справим с други сложни заболявания.“
Гордън-Ларсен също би се радвал да види учените в ранната кариера да се научат да си сътрудничат по този начин, докато преминават през обучението си. Въпреки че този тип проекти е труден за изпълнение, обяснява тя, той е забавен и ефективен.
„Това може да бъде модел за други видове сътрудници да извършват същия вид работа със собствени въпроси“, казва тя. „Би било чудесно да видим повече хора, обучени в преводачески, екипни науки, да водят този вид работа.“
За Obesity Hub крайната цел е да се комбинира приложението на Tate с приложението на Bizon и да се внедрят в клинични настройки през следващите 10 години. Екипът се стреми да лекува затлъстяването както с широта, така и с прецизност - не само определяйки специфичната чувствителност на пациента към затлъстяване и специфични лечения, но разработвайки инструменти, които им помагат при отслабване.
„Въпреки че светът се бори за намаляване на затлъстяването, той продължава да остава проблем във всички краища на света“, казва Гордън-Ларсен. „Надяваме се, че Центърът за затлъстяване може да помогне за промяната на това, като ни позволи да развиваме науката си по начин, който никога досега не сме били в състояние да направим.“
Пени Гордън-Ларсен е професор в катедрата по хранене и асоцииран декан за научни изследвания в UNC Gillings School of Global Public Health. Тя е и главният изследовател на хетерогенността в центъра за творчество на затлъстяването. Стивън Хърстинг е професор в катедрата по хранене към UNC Gillings School of Global Public Health, UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center и UNC Nutrition Research Institute. Дебора Тейт е професор в катедрата за здравословно поведение и катедра по хранене в UNC Gillings School of Global Public Health. Тя е и директор на комуникацията на училището за здравни приложения и интервенции. Крис Бизон е директор по аналитика и наука за данни в RENCI.