Nano-Fiori: Una Strategia Rivoluzionaria per Potenziare il Trasferimento Mitocondriale e il Ripristino Energetico Cellulare

Nel panorama della medicina rigenerativa è emersa una novità significativa grazie ai ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso la Texas A&M University. Questi scienziati hanno ideato un metodo innovativo che sfrutta nanomateriali per incrementare drasticamente il trasferimento naturale di mitocondri tra le cellule. La ricerca, dettagliata nelle pubblicazioni dei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), si concentra sull'utilizzo di particelle microscopiche a forma di fiore, create a partire da disolfuro di molibdeno (MoS₂). Queste strutture trasformano le cellule staminali in vere e proprie biofabbriche di mitocondri. La direzione di questo progetto è affidata al Professor Akhilesh K. Gaharwar, con lo studente laureato John Sukar in qualità di autore principale dello studio.

Il fulcro di questa metodologia risiede nell'impiego di questi nano-fiori di MoS₂ che presentano difetti atomici intenzionali. Una volta che le cellule assorbono queste particelle, si innescano specifici percorsi di biogenesi mitocondriale, attivando l'asse SIRT1/PGC‑1α all'interno delle cellule donatrici. Il risultato diretto è un raddoppio della produzione di mitocondri e un aumento della quantità di DNA mitocondriale nelle cellule che li cedono. Il Professor Gaharwar sottolinea come questa tecnica riesca efficacemente a “istruire” le cellule sane a condividere le proprie riserve energetiche senza ricorrere né a manipolazioni genetiche né all'uso di farmaci. Questo rappresenta un vantaggio notevole per le future applicazioni cliniche.

I dati quantitativi emersi dallo studio dimostrano in modo inequivocabile che l'efficacia del trasferimento mitocondriale, quando i nano-fiori sono presenti, supera di diverse volte il normale scambio che avviene tra cellule. Questo potenziamento del trasferimento migliora sensibilmente sia la capacità respiratoria sia la produzione di adenosina trifosfato (ATP) nelle cellule riceventi, anche in condizioni fisiologiche. Nelle prove condotte su modelli di danno cellulare in laboratorio, l'incremento del trasferimento mitocondriale ha catalizzato il ripristino della produzione di ATP, portando a un aumento della sopravvivenza cellulare complessiva.

Questa scoperta assume un'importanza cruciale per il trattamento potenziale di patologie legate al declino mitocondriale. Parliamo di condizioni che vanno dai processi di invecchiamento naturale fino a condizioni più gravi come la cardiomiopatia e i disturbi neurodegenerativi, tra cui il morbo di Alzheimer. Attualmente, la ricerca si trova nella fase preclinica, specificamente in vitro, servendo come prova di concetto. Gli autori devono ancora definire con precisione i protocolli terapeutici reali e la frequenza ottimale delle somministrazioni. Il disolfuro di molibdeno, un composto inorganico bidimensionale, è già oggetto di intensa indagine in biomedicina per la sua capacità di modulare le specie reattive dell'ossigeno (ROS) e garantire la biocompatibilità, confermando che il nanomateriale partecipa attivamente ai processi cellulari anziché agire come mero veicolo passivo.

Il team del Professor Gaharwar aveva già precedentemente evidenziato la capacità di stimolare la funzione mitocondriale attraverso le vacanze atomiche presenti nei nano-fiori, come documentato in una pubblicazione su Nature Communications nel settembre 2024. Il sostegno finanziario per l'attuale progetto proviene da diverse fonti autorevoli, inclusi i National Institutes of Health e il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, indicando un ampio interesse istituzionale verso questa frontiera della terapia organellare.