Наноцветы усиливают перенос митохондрий и помогают клеткам восстанавливать энергию

В области регенеративной медицины исследователи из Департамента биомедицинской инженерии Техасского университета A&M разработали подход, использующий наноматериалы для значительного усиления естественного переноса митохондрий между клетками. Работа, опубликованная в журнале «Труды Национальной академии наук» (PNAS), фокусируется на использовании микроскопических частиц в форме цветка, изготовленных из дисульфида молибдена (MoS₂), для превращения стволовых клеток в «митохондриальные биофабрики». Этим направлением руководит профессор Ахилеш К. Гахарвар, а аспирант Джон Сукар является ведущим автором исследования.

Ключевым элементом методики является использование наноцветов MoS₂ с атомными дефектами. После поглощения клетками эти наноцветы активируют пути биогенеза митохондрий, стимулируя ось SIRT1/PGC‑1α в донорских клетках. Это приводит к удвоению производства митохондрий и увеличению количества митохондриальной ДНК в донорских клетках. По словам профессора Гахарвара, данный метод эффективно «обучает» здоровые клетки делиться своими энергетическими запасами без необходимости применения генетической модификации или фармакологических препаратов, что может стать существенным преимуществом для потенциального клинического применения.

Количественные данные, представленные в исследовании, показывают, что эффективность переноса митохондрий в присутствии наноцветов в несколько раз превышает естественный обмен между клетками. Такое усиление переноса значительно улучшает дыхательную способность и производство аденозинтрифосфата (АТФ) в клетках‑реципиентах в физиологических условиях. В лабораторных моделях клеточного повреждения усиленный перенос митохондрий способствовал восстановлению продукции АТФ и повышению выживаемости клеток.

Данная разработка имеет критическое значение для потенциального лечения патологий, связанных с митохондриальным упадком, включая процессы старения, кардиомиопатию и нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера. В настоящее время исследование находится на доклинической, in vitro стадии как доказательство принципа, и авторам ещё предстоит определить реальные терапевтические схемы и частоту возможных процедур. Дисульфид молибдена, двумерное неорганическое соединение, активно изучается в биомедицине за его способность модулировать активные формы кислорода (АФК) и обеспечивать биосовместимость, что подтверждает: наноматериал участвует в клеточных процессах, а не просто служит пассивным носителем.

Исследовательская группа Гахарвара ранее уже демонстрировала стимуляцию функции митохондрий с помощью атомных вакансий в наноцветах в работе, опубликованной в журнале «Nature Communications» в сентябре 2024 года. Финансирование текущей работы осуществляется из различных источников, включая Национальные институты здравоохранения и Министерство обороны США, что свидетельствует о широкой заинтересованности в этом направлении органеллярной терапии.