Nano-bloemen Versnellen Mitochondriale Overdracht en Helpen Cellen Energie te Herstellen

Binnen het domein van de regeneratieve geneeskunde hebben onderzoekers van de afdeling Biomedische Technologie aan de Texas A&M University een vernieuwende methode ontwikkeld. Deze aanpak maakt gebruik van nanomaterialen om de natuurlijke overdracht van mitochondriën tussen cellen significant te verbeteren. De bevindingen, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), richten zich op het inzetten van microscopisch kleine, bloemvormige deeltjes, vervaardigd uit molybdeendisulfide (MoS₂). Deze deeltjes transformeren stamcellen in zogenaamde 'mitochondriale biofabrieken'. Dit baanbrekende werk staat onder leiding van professor Akhilesh K. Gaharwar, waarbij promovendus John Sukar de hoofdauteur van de studie is.

Het hart van deze techniek ligt in het gebruik van MoS₂-nanobloemen die specifieke atomaire defecten vertonen. Zodra deze deeltjes door de cellen worden opgenomen, zetten ze de paden voor mitochondriale biogenese in werking. Dit gebeurt door de SIRT1/PGC‑1α-as in de donerende cellen te stimuleren. Het directe gevolg is een verdubbeling van de mitochondriënproductie en een toename van het mitochondriale DNA in deze donoren. Professor Gaharwar benadrukt dat deze methode gezonde cellen effectief 'leert' om hun energievoorraden te delen, zonder dat hiervoor genetische modificatie of het gebruik van farmaceutische middelen nodig is. Dit laatste aspect is een doorslaggevend voordeel voor toekomstige klinische toepassingen.

De kwantitatieve gegevens die in het onderzoek worden gepresenteerd, wijzen uit dat de efficiëntie van de mitochondriale overdracht in aanwezigheid van de nanobloemen vele malen hoger ligt dan bij de spontane uitwisseling tussen cellen. Deze verhoogde overdracht resulteert in een aanzienlijke verbetering van zowel de ademhalingscapaciteit als de productie van adenosinetrifosfaat (ATP) in de ontvangende cellen onder fysiologische omstandigheden. In laboratoriummodellen van cellulaire schade bleek de versterkte mitochondriale overdracht cruciaal: het herstelde de ATP-productie en verhoogde de overlevingskansen van de aangetaste cellen aanzienlijk.

Deze technologische doorbraak is van vitaal belang voor de behandeling van aandoeningen die geassocieerd worden met mitochondriale achteruitgang. Denk hierbij aan het verouderingsproces zelf, maar ook aan ernstige aandoeningen zoals cardiomyopathie en neurodegeneratieve stoornissen zoals de ziekte van Alzheimer. Momenteel bevindt het onderzoek zich nog in de preklinische, in vitro fase, waarbij het principe is bewezen. De onderzoekers moeten nu nog de precieze therapeutische regimes en de optimale frequentie van mogelijke behandelingen vaststellen. Molybdeendisulfide, een tweedimensionale anorganische verbinding, wordt al langer onder de loep genomen in de biomedische wetenschappen vanwege zijn vermogen om reactieve zuurstofspecies (ROS) te moduleren en zijn biocompatibiliteit. Dit bevestigt dat het nanomateriaal actief deelneemt aan cellulaire processen en niet slechts een passieve drager is.

De onderzoeksgroep van professor Gaharwar heeft eerder al de stimulatie van mitochondriale functies aangetoond door middel van atoomvacatures in nanobloemen. Dit werd gedocumenteerd in een publicatie in Nature Communications in september 2024. De huidige studie wordt gefinancierd door diverse instanties, waaronder de National Institutes of Health en het Amerikaanse Ministerie van Defensie. Dit wijst op een brede maatschappelijke en militaire interesse in deze vorm van organeltherapie, die de potentie heeft om de geneeskunde een flinke stap vooruit te helpen.