Суперкомп'ютери допомогли розкрити природу прееклампсії

Щороку прееклампсія, небезпечне ускладнення вагітності, вражає майже одну з двадцяти п'яти майбутніх матерів у Сполучених Штатах. Це захворювання виникає раптово після двадцятого тижня вагітності та може призвести до небезпечно високого артеріального тиску, передчасних пологів і довготривалих проблем зі здоров'ям як для матері, так і для дитини. Незважаючи на серйозність цього стану, основні причини прееклампсії залишаються недостатньо вивченими, а варіанти лікування обмежені.

Наразі єдиним ефективним лікуванням прееклампсії є дострокове розродження з видаленням плаценти, що часто призводить до передчасних пологів і пов'язаних з ними ризиків для здоров'я дитини. Хоча дослідники знають, що плацента відіграє центральну роль у розвитку захворювання, точні причини її дисфункції залишаються неясними. Цей брак розуміння ускладнює прогнозування, профілактику або ефективне лікування прееклампсії.

Дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго вирішують ці проблеми за допомогою обчислювальних ресурсів, підтримуваних Національним науковим фондом. Команда використала передові обчислювальні системи, такі як суперкомп'ютер Expanse Суперкомп'ютерного центру Сан-Дієго, для проведення масштабного аналізу РНК-секвенування з метою порівняння плацентарних тканин здорових і прееклампсійних вагітностей. Вони обробили терабайти даних секвенування нового покоління для ідентифікації генів, які поводяться по-різному при цьому захворюванні.

Expanse також дозволив команді розробити модельну систему прееклампсії з використанням індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, що дає змогу вченим відтворювати захворювання в лабораторії та спостерігати, як стресові умови, такі як низький рівень кисню, впливають на розвиток плаценти. Відтворюючи ці аномальні умови, команда ідентифікувала біологічні шляхи, такі як запалення та порушення росту кровоносних судин, які відіграють критичну роль у виникненні прееклампсії.

Ці проривні відкриття змінюють уявлення вчених про це захворювання. Вивчивши понад тисячу сімсот плацент, з яких більше трьохсот від пацієнток з прееклампсією, дослідники виявили, що прееклампсія не є єдиним розладом, а являє собою сукупність підтипів з різними основними причинами. Деякі з них пов'язані з материнським кровотоком, інші з розвитком судин плода або дисфункцією імунної системи.

Моделі з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин тепер використовуються для подальшого дослідження цих підтипів, прокладаючи шлях до персоналізованих маркерів виявлення та цільового лікування. Дослідницька команда також готується до майбутнього високопродуктивного скринінгу ліків для тестування терапій для кожного підтипу з використанням їхніх лабораторно вирощених плацентарних моделей.

Більш широкі наслідки цього дослідження є глибокими. Раннє виявлення прееклампсії може запобігти ускладненням, врятувати життя, зменшити кількість дорогих передчасних пологів і покращити результати для здоров'я матерів і немовлят. Це дослідження також створює потужну нову платформу для вивчення інших розладів вагітності, пов'язаних з плацентою.

Дослідження стало можливим завдяки виділенню суперкомп'ютерних ресурсів від проекту Національного наукового фонду з екстремальних наукових і інженерних відкриттів, який поступився місцем програмі координаційної екосистеми передової кіберінфраструктури Національного наукового фонду. Ця національна система координації та підтримки кіберінфраструктури з'єднує дослідницьку спільноту з передовими обчислювальними ресурсами та ресурсами даних, підтримуваними програмою передових обчислювальних систем і послуг Національного наукового фонду.