Биомедицинские исследователи из Техасского университета A&M, возможно, нашли способ остановить или даже обратить вспять снижение производства клеточной энергии — открытие, которое может иметь революционные последствия для медицины.
Доктор Ахилеш К. Гахарвар и аспирант Джон Сукар вместе с коллегами из Департамента биомедицинской инженерии разработали новый метод, позволяющий повреждённым клеткам получить новые митохондрии. Это возвращает выработку энергии к прежнему уровню и значительно улучшает состояние клеток.
Снижение количества митохондрий связано со старением, болезнями сердца и нейродегенеративными расстройствами. Повышение естественной способности организма заменять изношенные митохондрии может помочь в борьбе с этими заболеваниями.
Когда человеческие клетки стареют или повреждаются из-за дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, или воздействия вредных веществ, например химиотерапевтических препаратов, они теряют способность вырабатывать энергию. Виной тому — уменьшение количества митохондрий — небольших структур внутри клеток, ответственных за производство большей части энергии.
В присутствии наноцветов стволовые клетки вырабатывали вдвое больше митохондрий, чем обычно. Когда эти активированные стволовые клетки помещали рядом с повреждёнными или стареющими клетками, они передавали свои лишние митохондрии соседним клеткам.
Благодаря новым митохондриям ранее повреждённые клетки восстанавливали производство энергии и функции. Омоложенные клетки показали восстановленный уровень энергии и сопротивляемость гибели клеток даже после воздействия повреждающих агентов, таких как химиотерапевтические препараты.
«Мы научили здоровые клетки делиться своими запасными батареями с более слабыми», — сказал Гахарвар, профессор биомедицинской инженерии. «Увеличивая количество митохондрий внутри донорских клеток, мы можем помочь стареющим или повреждённым клеткам восстановить свою жизнеспособность — без каких-либо генетических модификаций или лекарств».
Наноцветы, усиленные стволовые клетки, прозванные «биофабриками митохондрий», передавали в два-четыре раза больше митохондрий, чем необработанные клетки.
«Многократное увеличение эффективности было больше, чем мы могли надеяться», — сказал Сукар, ведущий автор статьи. «Это как дать старой электронике новую батарейку. Вместо того чтобы выбрасывать их, мы подключаем полностью заряженные батарейки из здоровых клеток в больные».
Другие методы увеличения количества митохондрий в клетках существуют, но имеют значительные недостатки. Лекарства требуют частых повторных доз, потому что они состоят из небольших молекул, которые быстро выводятся из клеток. Более крупные наночастицы (диаметром около 100 нанометров) остаются в клетке и продолжают стимулировать создание митохондрий в большей степени. Это означает, что терапия, созданная на основе этой технологии, потенциально может потребоваться только ежемесячно.
«Это ранний, но захватывающий шаг к перезарядке стареющих тканей с использованием их собственных биологических механизмов», — сказал Гахарвар. «Если мы сможем безопасно усилить эту естественную систему обмена энергией, это однажды может помочь замедлить или даже обратить вспять некоторые последствия клеточного старения».
Наночастицы изготовлены из дисульфида молибдена, неорганического соединения, способного принимать множество возможных двумерных форм в микроскопическом масштабе. Лаборатория Гахарвара — одна из немногих, кто изучает биомедицинское применение дисульфида молибдена.
Терапевтический потенциал стволовых клеток был предметом передовых исследований в области регенерации тканей. Использование наноцветов для усиления стволовых клеток может стать следующим шагом в повышении эффективности этих клеток.
Одним из основных преимуществ является потенциальная универсальность метода. Хотя подход ещё предстоит полностью изучить, в принципе, он может лечить потерю функции в тканях по всему телу.
«Вы можете поместить клетки в любое место пациента», — сказал Сукар. «Так, при кардиомиопатии можно лечить сердечные клетки напрямую — помещая стволовые клетки непосредственно в сердце или рядом с ним. При мышечной дистрофии можно вводить их прямо в мышцу. Это довольно перспективно с точки зрения возможности использования в самых разных случаях».