Nanokvětiny zvyšují přenos mitochondrií a omlazují poškozené buňky
Vědci z Texas A&M (Texas A&M) přišli s novou metodou, jak přimět lidské mezenchymální kmenové buňky (hMSCs), aby produkovaly a darovaly více mitochondrií. Tento objev by mohl potenciálně zlepšit regeneraci poškozených buněk, které potřebují nové organely k obnovení své energetické rovnováhy. Práce, publikovaná v časopise PNAS, se zabývá mezibuněčným přenosem mitochondrií – přirozeným, ale dosud neefektivním procesem, při kterém si buňky navzájem pomáhají s energií.
Tým vyvinul nanokvětiny z disulfidu molybdenu (MoS₂) bohaté na atomové vady. Tyto nanokvětiny, jakmile jsou pohlceny kmenovými buňkami, stimulují osu SIRT1/PGC-1α a spouští tzv. mitochondriální biogenezi (tvorbu nových mitochondrií). . Podle autorů to vede ke dvojnásobnému zvýšení mitochondriální hmoty v dárcovských hMSCs a podstatnému nárůstu efektivity přenosu do příjemcových buněk, včetně buněk hladkého svalstva a kardiomyoblastů (buňky srdečního svalu).
Vědci upozorňují, že stávající strategie často selhávají kvůli omezené účinnosti a problémům s doručením, což se jejich nanomateriálový přístup snaží obejít [1].
Od estetiky k organelové terapii
Proměna mezenchymálních kmenových buněk na „mitochondriální bio-továrny“ zní jako vědeckofantastický román, ale tato studie ji posouvá blíže k aplikovatelné vědě. Zesílení mezibuněčného přenosu mitochondrií je lákavá myšlenka – způsob, jak dodat strádajícím buňkám novou energetickou jiskru – avšak v přírodě je tento proces značně neúčinný.
Pokud dokáže nanomateriál přimět dárcovské buňky k produkci a předávání zdravějších mitochondrií v několikanásobně vyšší míře, jsme možná svědky raného konceptu terapií na úrovni organel, které obcházejí tradiční lékové přístupy. Dysfunkce mitochondrií je totiž jádrem značné části onemocnění souvisejících se stárnutím.
Dr. Akhilesh Gaharwar, profesor biomedicínského inženýrství na Texas A&M, popsal přístup velmi srozumitelně: „Vyškolili jsme zdravé buňky, aby sdílely své náhradní baterie se slabšími. Zvýšením počtu mitochondrií uvnitř dárcovských buněk můžeme stárnoucím nebo poškozeným buňkám pomoci získat zpět jejich vitalitu – bez jakékoli genetické modifikace nebo léků“ [2].
Doktorand John Soukar dodává: „Několikanásobný nárůst účinnosti byl víc, než v co jsme mohli doufat. Je to jako dát starému elektronickému zařízení nový bateriový balíček. Místo abychom je vyhodili, připojujeme plně nabité baterie ze zdravých buněk do nemocných“ [2].
Jak nanokvětiny fungují
Autoři uvádí, že nanokvětiny MoS₂ s atomovými defekty snižují množství intracelulárních reaktivních forem kyslíku (ROS) a aktivují dráhy mitochondriální biogeneze, což vede ke zvýšení počtu kopií mitochondriální DNA (mtDNA) v hMSCs i dalších typech buněk [1]. Nanokvětiny se dostávají do buněk hlavně pomocí endocytózy zprostředkované klatrinem.
Klíčové je, že nanokvětiny neprokazovaly toxicitu pro buňky při použitých koncentracích a udržely potenciál mitochondriální membrány.
Zvýšený přenos a záchrana buněk
Po zesílení biogeneze mitochondrií vědci ukázali, že dárcovské buňky ošetřené nanokvětinami MoS₂ přenesly svůj zvýšený mitochondriální náklad do sousedních buněk prostřednictvím tunelovacích nanotrubiček (tunneling nanotubes). . Zobrazování živých buněk zachytilo, jak se mitochondrie dostávají do příjemcových buněk během několika hodin. Míra přenosu se zvýšila dvou- až čtyřnásobně v závislosti na typu buňky.
Příjemcové buňky po přijetí mitochondrií vykazovaly vyšší hladiny ATP, lepší respirační kapacitu a snížení oxidačního stresu. V modelech poškození, například u kardiomyoblastů poškozených doxorubicinem (chemoterapeutický lék), buňky léčené „MitoFactory“ (název daný ošetřeným buňkám) prokázaly výrazně vyšší přežití. Autoři poznamenali, že „zvýšený přenos mitochondrií může účinně zmírnit apoptózu závislou na mitochondriích“ [1].
Platforma pro regenerativní medicínu
Kromě systémů in vitro (ve zkumavce) studie naznačuje, že nanokvětiny MoS₂ by mohly sloužit dvojí roli: jako prostředek pro předkondicionování dárcovských buněk v buněčných terapiích a potenciálně jako platforma pro cílenou nanoterapií. Autoři zdůrazňují potřebu hodnocení in vivo (v živém organismu), zejména pokud jde o biodistribuci, bezpečnost a funkční integraci.
Přestože je cesta od buněčných kultur ke klinické praxi dlouhá, tento směr, zaměřený na opravu energetické kompetence poškozených buněk pomocí nanomateriálů, představuje slibný krok pro medicínu dlouhověkosti a regenerativní medicínu.