Наноцветы омолаживают старые и повреждённые клетки человека, заменяя их митохондрии
Исследователи из Техасского университета A&M разработали метод, который может остановить или даже обратить вспять снижение выработки клеточной энергии. Это открытие может иметь революционные последствия для медицины.
Доктор Ахилеш К. Гахавар, аспирант Джон Соукар и их коллеги из Департамента биомедицинской инженерии создали новый способ снабжения повреждённых клеток новыми митохондриями. Это возвращает выработку энергии на прежний уровень и значительно улучшает здоровье клеток.
Снижение функции митохондрий связано со старением, болезнями сердца и нейродегенеративными расстройствами. Усиление естественной способности организма заменять изношенные митохондрии может бороться со всеми ними.
Как работают наноцветы и стволовые клетки
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, использовало комбинацию микроскопических частиц в форме цветов — наноцветов — и стволовых клеток. В присутствии наноцветов стволовые клетки производили в два раза больше митохондрий, чем обычно. Когда эти усиленные стволовые клетки помещали рядом с повреждёнными или стареющими клетками, они передавали свои избыточные митохондрии соседям.
Получив новые митохондрии, ранее повреждённые клетки восстанавливали выработку энергии и функции. Омоложённые клетки демонстрировали восстановленный уровень энергии и сопротивлялись гибели, даже после воздействия повреждающих агентов, таких как химиотерапевтические препараты.
«Мы обучили здоровые клетки делиться своими запасными батареями с более слабыми», — сказал Гахавар. — «Увеличивая количество митохондрий внутри клеток-доноров, мы можем помочь стареющим или повреждённым клеткам восстановить свою жизнеспособность — без какой-либо генетической модификации или лекарств».
Хотя клетки естественным образом обмениваются некоторым количеством митохондрий, стволовые клетки, усиленные наноцветами (получившие прозвище «митохондриальные биофабрики»), передавали в 2–4 раза больше митохондрий, чем необработанные.
«Увеличение эффективности в несколько раз превзошло наши самые смелые ожидания», — сказал Соукар, ведущий автор статьи. — «Это как дать старой электронике новый аккумулятор. Вместо того чтобы выбрасывать их, мы подключаем полностью заряженные батареи от здоровых клеток к больным».
Преимущества перед существующими методами терапии
Другие методы увеличения количества митохондрий в клетках имеют существенные недостатки. Лекарства требуют частого повторного приёма, так как состоят из небольших молекул, которые быстро выводятся из клеток. Более крупные наночастицы (диаметром примерно 100 нанометров) остаются в клетке и продолжают способствовать созданию митохондрий в большей степени. Это означает, что терапии, созданные на основе этой технологии, потенциально могут требовать введения только раз в месяц.
«Это ранний, но многообещающий шаг к перезарядке стареющих тканей с использованием их собственного биологического механизма», — сказал Гахавар. — «Если мы сможем безопасно усилить эту естественную систему обмена энергией, это однажды может помочь замедлить или даже обратить вспять некоторые эффекты клеточного старения».
Сами наночастицы сделаны из дисульфида молибдена — неорганического соединения, способного принимать множество возможных двумерных форм в микроскопическом масштабе. Лаборатория Гахавара — одна из немногих групп, исследующих биомедицинское применение дисульфида молибдена.
Потенциал для широкого медицинского применения
Терапевтический потенциал стволовых клеток был горячей точкой передовых исследований в области регенерации тканей. Использование наноцветов для усиления стволовых клеток может стать следующим шагом к тому, чтобы сделать эти клетки ещё более эффективными.
Одним из основных преимуществ является потенциальная универсальность метода. Хотя подход ещё не изучен полностью, в принципе, он мог бы лечить потерю функции в тканях по всему телу.
«Вы можете поместить клетки куда угодно в организме пациента», — сказал Соукар. — «Так, при кардиомиопатии вы можете лечить клетки сердца напрямую — помещая стволовые клетки прямо в сердце или рядом с ним. Если у вас мышечная дистрофия, вы можете ввести их прямо в мышцу. Это довольно многообещающе с точки зрения возможности использования для самых разных случаев, и это только начало. Мы могли бы работать над этим вечно и каждый день находить новые вещи и новые методы лечения болезней».