ナノフラワーがミトコンドリア輸送を促進し、細胞のエネルギー回復を支援

再生医療の分野において、テキサスA&M大学の生物医学工学科の研究者らが、ナノ材料を活用して細胞間のミトコンドリア輸送を劇的に増強する新たなアプローチを開発しました。この成果は学術誌「米国科学アカデミー紀要（PNAS）」に掲載されており、硫化モリブデン（MoS₂）から作られた微細な花形粒子を利用し、幹細胞を「ミトコンドリア生体工場」へと変貌させることに焦点を当てています。本研究プロジェクトは、アーキレシュ・K・ガハルワール教授が指導し、大学院生のジョン・スカール氏が筆頭著者として名を連ねています。

この手法の核心となるのは、原子欠陥を持つMoS₂ナノフラワーの利用です。これらのナノフラワーが細胞に取り込まれると、ドナー細胞内のSIRT1/PGC-1α経路を活性化し、ミトコンドリア生合成の経路を起動させます。その結果、ドナー細胞内でのミトコンドリアの産生が倍増し、ミトコンドリアDNAの量も増加することが確認されました。ガハルワール教授によれば、この手法は、遺伝子改変や薬物投与を必要とせず、健康な細胞に自らのエネルギー源を分かち合うよう「教育」する効果があり、将来的な臨床応用において大きな利点となり得ます。

研究で示された定量的なデータは、ナノフラワーが存在する場合のミトコンドリア輸送効率が、細胞間の自然な交換を遥かに上回ることを明確に示しています。この輸送効率の向上が、レシピエント細胞の呼吸能とアデノシン三リン酸（ATP）産生を、生理的な条件下で著しく改善させました。さらに、細胞損傷の実験モデルにおいては、強化されたミトコンドリア輸送がATP産生の回復と細胞生存率の向上に寄与しました。

この技術革新は、老化プロセス、心筋症、さらにはアルツハイマー病といった神経変性疾患など、ミトコンドリア機能の低下に関連する病態の治療に極めて重要であると見なされています。現在、この研究は原理実証のための前臨床段階、すなわちin vitro（試験管内）での検討に留まっており、実際の治療プロトコルや適切な投与頻度については、今後確立される必要があります。二次元の無機化合物である硫化モリブデンは、活性酸素種（ROS）の調節能力や生体適合性から、生物医学分野で活発に研究されており、このナノ材料が単なる担体ではなく、細胞プロセスに積極的に関与していることを裏付けています。

ガハルワール教授の研究チームは、2024年9月に学術誌「Nature Communications」で発表した研究において、ナノフラワー内の原子空孔を利用してミトコンドリア機能を刺激できることを既に実証していました。今回の研究に対する資金提供は、米国国立衛生研究所（NIH）や米国国防総省（DoD）など複数の機関から得られており、このオルガネラ（細胞小器官）を標的とする治療法に対する広範な関心の高まりを示唆しています。