Nanokwiaty z MoS2 rewolucjonizują transfer mitochondriów, wspierając odnowę energetyczną komórek

W dziedzinie medycyny regeneracyjnej naukowcy z Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Teksańskiego A&M dokonali znaczącego postępu. Opracowali innowacyjną metodę, która wykorzystuje nanostruktury do radykalnego usprawnienia naturalnego procesu przenoszenia mitochondriów między komórkami. Wyniki tych przełomowych badań zostały opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).

Centralnym punktem tej pracy jest zastosowanie mikroskopijnych cząstek w kształcie kwiatów, wytworzonych z dwusiarczku molibdenu (MoS₂). Te „nanokwiaty” mają zdolność przekształcania komórek macierzystych w swoiste „biofabryki” mitochondriów. Kierownictwo naukowe nad projektem sprawuje profesor Akhilesh K. Gaharwar, a autorem wiodącym tego odkrycia jest doktorant John Sukar. To podejście otwiera nowe horyzonty w terapii komórkowej.

Kluczowym aspektem tej techniki jest wykorzystanie nanokwiatów MoS₂, które posiadają defekty atomowe. Po internalizacji przez komórki, te zmodyfikowane nanostruktury inicjują szlaki biogenezy mitochondriów. Działają one poprzez stymulację osi SIRT1/PGC‑1α w komórkach dawczych. Efektem tego jest podwojenie produkcji mitochondriów oraz wzrost ilości mitochondrialnego DNA w tychże komórkach. Jak podkreśla profesor Gaharwar, metoda ta skutecznie „uczy” zdrowe komórki dzielenia się swoimi zasobami energetycznymi. Co istotne, osiąga się to bez konieczności ingerencji genetycznej czy stosowania substancji farmakologicznych, co stanowi ogromną zaletę w kontekście potencjalnego zastosowania klinicznego.

Analiza ilościowa przeprowadzona w ramach badania wykazała, że efektywność transferu mitochondriów w obecności nanokwiatów jest wielokrotnie wyższa niż w przypadku naturalnej wymiany międzykomórkowej. To znaczące wzmocnienie transportu przekłada się na wyraźną poprawę zdolności oddechowej oraz zwiększoną produkcję adenozynotrifosforanu (ATP) w komórkach biorcach, nawet w warunkach fizjologicznych. W modelach laboratoryjnych uszkodzeń komórkowych, intensywniejszy transfer mitochondriów skutecznie przywracał produkcję ATP i podnosił wskaźniki przeżywalności komórek.

Omawiane osiągnięcie ma fundamentalne znaczenie dla przyszłego leczenia schorzeń związanych z dysfunkcją mitochondriów. Mowa tu o chorobach związanych z procesami starzenia, kardiomiopatii, a także schorzeniach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera. Obecnie projekt znajduje się na etapie przedklinicznym, stanowiąc dowód koncepcji in vitro. Naukowcy muszą jeszcze ustalić optymalne schematy terapeutyczne i częstotliwość ewentualnych zabiegów.

Dwusiarczek molibdenu, będący dwuwymiarowym związkiem nieorganicznym, cieszy się rosnącym zainteresowaniem w biomedycynie. Wynika to z jego zdolności do modulowania reaktywnych form tlenu (RFT) oraz zapewniania wysokiej biokompatybilności. Potwierdza to, że nanostruktura aktywnie uczestniczy w procesach komórkowych, a nie pełni jedynie roli pasywnego nośnika. To naprawdę nie lada osiągnięcie inżynierii materiałowej.

Zespół badawczy profesora Gaharwara już wcześniej prezentował możliwości stymulacji funkcji mitochondriów za pomocą defektów atomowych w nanokwiatach. Miało to miejsce we wrześniu 2024 roku, w publikacji zamieszczonej w czasopiśmie „Nature Communications”. Finansowanie obecnych prac pochodzi z różnych źródeł, w tym od Narodowych Instytutów Zdrowia oraz Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych. Świadczy to o szerokim spektrum zainteresowania tą innowacyjną formą terapii organellowej.