1765332237
2025-12-10 01:55:00
Создавая наноматериалы, которые ускоряют биогенез митохондрий, исследователи показывают, как стволовые клетки могут стать мощными «митохондриальными биофабриками», предлагая новую стратегию восстановления клеточного энергетического сбоя в его источнике.
Изучать: Биогенез митохондрий, индуцированный наноматериалами, повышает эффективность межклеточного переноса митохондрий. Кредит изображения: Жюльен Тромер / Шаттерсток
Недавнее исследование в Труды Национальной академии наук изучили стратегию проверки концепции с использованием нового нанотерапевтического подхода к заболеваниям, связанным с митохондриальной дисфункцией.
Митохондриальная дисфункция и ограниченные методы лечения
Митохондрии — это органеллы, обнаруженные в большинстве эукариотических клеток, и их часто называют «электростанциями» клеток. Они производят аденозинтрифосфат (АТФ) посредством клеточного дыхания, обеспечивая топливо для клеточной деятельности. Митохондрии обладают двойной мембраной и собственной ДНК (мтДНК).
Правильная функция митохондрий жизненно важна для оптимального здоровья клеток, поскольку митохондрии поставляют энергию и участвуют в основных метаболических путях. Когда митохондрии не функционируют должным образом, они могут вызвать апоптоз и вызвать повреждение клеток, способствуя ряду заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, нейродегенеративные расстройства и различные врожденные нарушения метаболизма.
Менее четверти зарегистрированных клинических исследований митохондриальных заболеваний тестируют новые экспериментальные препараты. Из них только 10 достигли фазы III и только один завершен. Хотя некоторые экспериментальные методы лечения показали многообещающее облегчение симптомов, необходимы дальнейшие исследования для обнаружения молекул, воздействующих на функцию и образование митохондрий.
Межклеточный перенос митохондрий, особенно из мезенхимальных стволовых клеток (МСК), стал ключевым биологическим процессом, в котором клетки обмениваются митохондриями, чтобы уменьшить стресс и поддержать восстановление тканей. Эта стратегия может снизить нагрузку на мутантную мтДНК за счет изменения содержания мтДНК в клетках-реципиентах, а также восстановить клеточное дыхание и выживаемость за счет предоставления дополнительных компонентов, генерирующих энергию.
Исследователи наблюдали митохондриальный перенос in vitro и живой при различных физиологических и патологических состояниях. МСК считаются идеальными донорскими клетками для доставки здоровых митохондрий в больные клетки из-за их низких энергетических потребностей, простоты доступа из нескольких источников и практичности в обращении. Однако МСК демонстрируют ограниченную скорость митохондриальной транслокации, что ограничивает их терапевтический потенциал.
Перезарядка электростанции аккумулятора (дополнительное видео)Играть
Клетки-реципиенты (зеленые) получают новые митохондрии (красные) от здоровых донорских клеток. | Видео: предоставлено доктором Ахилешем К. Гахарваром.
Разработка наноцветов MoS₂ для ускорения биогенеза
Исследователи недавно разработали наноцветы MoS₂ с модификациями атомного масштаба для трансформации мезенхимальных стволовых клеток человека (hMSC) в митохондриальные биофабрики. Эти сконструированные наноцветы уникальным образом усиливают биогенез митохондрий, активируя ключевые регуляторы, включая PGC-1α и TFAM. Их вакансии атомного масштаба также позволяют им удалять внутриклеточные активные формы кислорода (АФК), что дополнительно стимулирует экспрессию митохондриальных генов. Этот инновационный подход устраняет ограничения обычных низкомолекулярных препаратов, которые часто имеют короткий период полураспада, быстро выводятся клетками и могут вызывать непреднамеренные токсические эффекты, а также демонстрируют более сильный митохондриальный биогенез, чем обычно используемые низкомолекулярные активаторы в протестированной экспериментальной системе.
Усиление митохондриального биогенеза с помощью SIRT1–PGC-1α
Исследователи исследовали, могут ли наноцветы MoS₂ усиливать биогенез митохондрий, активируя путь PGC-1α, центральный регулятор этого процесса. Механически этот путь запускается сиртуинами (SIRT) с доминирующей ролью SIRT1 или AMP-активируемой протеинкиназой (AMPK). Исследование обеспечивает более сильную экспериментальную поддержку SIRT1-зависимого механизма, чем участие AMPK. Было обнаружено, что наноцветы MoS₂ с атомными вакансиями модулируют АФК и стимулируют SIRT1, тем самым активируя PGC-1α и способствуя митохондриальному биогенезу и производству клеточной энергии. И маленькие, и большие наноцветы оказались эффективными; однако более мелкие требовали меньших концентраций и синтезировались быстрее, что подчеркивало их потенциал для терапевтического применения.
Наноцветы MoS₂ усиливают биогенез митохондрий в hMSC, увеличивая их способность отдавать митохондрии клеткам-реципиентам через туннельные нанотрубки (TNT). Этот подход может повысить эффективность митохондриального переноса и поддержать терапию митохондриальных заболеваний.
Усиление митохондриального переноса и клеточной энергетики
Транскриптомный анализ и усиление дыхания в гладкомышечных клетках (ГМК), совместно культивированных с чМСК, обработанными MoS2, показывают, что перенесенные митохондрии функциональны и активны в клетках-реципиентах. Чтобы проверить, могут ли эти митохондрии восстанавливать поврежденное клеточное дыхание, исследователи вызвали митохондриальную дисфункцию в клетках-реципиентах с помощью антимицина А, CCCP и доксорубицина, а затем измерили маркеры здоровья клеток. После лечения митохондриальный перенос улучшил здоровье митохондрий, восстановил выработку АТФ и снизил окислительный стресс в клетках-реципиентах. Эти результаты показывают, что усиленный митохондриальный перенос может помочь восстановить функцию митохондрий и сбалансировать окислительно-восстановительный гомеостаз.
Учитывая эту эффективность, исследователи исследовали, можно ли использовать митохондриальный перенос для лечения кардиотоксичности, вызванной антрациклинами. Они обнаружили, что перенос митохондрий из чМСК, обработанных MoS₂, улучшает функцию митохондрий и снижает гибель клеток в сердечных фибробластах, подвергшихся воздействию доксорубицина (DOX) (химиотерапевтического препарата), что предполагает многообещающий подход к защите сердца на клеточных моделях повреждений, вызванных химиотерапией.
Заключение: платформа наноматериалов для восстановления митохондрий
Сконструированные hMSC с наноцветками MoS₂ усиливают биогенез и перенос митохондрий, увеличивая содержание митохондрий и производство энергии в клетках-реципиентах. Усиленный перенос из чМСК, обработанных MoS₂, помогает восстанавливать повреждения митохондрий и смягчать повреждения клеток. В отличие от современных методов лечения, которые в основном устраняют симптомы, этот подход напрямую направлен на митохондриальную дисфункцию. Он предлагает потенциальную терапевтическую платформу на in vitro этап проверки концепции заболеваний, требующих восстановления митохондрий. Однако перед клиническим внедрением необходимы дальнейшие исследования для оценки долгосрочной безопасности, биораспределения и иммуногенности.
Ссылка на журнал:
- Сукар Дж. и др. (2025)Индуцированный наноматериалами биогенез митохондрий повышает эффективность межклеточного переноса митохондрий. Труды Национальной академии наук. 122(43), е2505237122. DOI: 10.1073/pnas.2505237122,
#Стволовые #клетки #обработанные #наноцветками #доставляют #более #здоровые #митохондрии #стрессированные #клетки
Продолжение темы
