Odkrycie mechanizmów międzykomórkowego transferu mitochondriów otworzyło w medycynie regeneracyjnej nowe ścieżki rozwoju. Naukowcy poszukują nowych metod na wzmocnienie i ukierunkowanie tego procesu, a jedną z nich może być wykorzystanie nanomateriałów. W opublikowanej w sierpniu 2025 pracy Nanomaterial-induced mitochondrial biogenesis enhances intercellular mitochondrial transfer efficiency naukowcy z Teksasu opisują możliwości wykorzystania nanomateriałów wykonanych z disiarczku molibdenu (MoS2) w poprawie efektywności transferu mitochondriów w komórkach.
Dlaczego chcemy przenosić mitochondria?
Międzykomórkowy transfer elektronów (IME – intracellular mitochondrial transfer) to jeden z kluczowych mechanizmów odpowiadających za naprawę tkanek i regenerację komórek. Zdrowe, w pełni sprawne mitochondria są przenoszone do uszkodzonych komórek o zwiększonym zapotrzebowaniu energetycznym w celu poprawy oddychania komórkowego, produkcji ATP i redukcji stresu oksydacyjnego. Mechanizm ten ma duży potencjał terapeutyczny rozpatrywany przede wszystkim w medycynie regeneracyjnej – obszarach takich jak neuroprotekcja, gojenie ran, wsparcie serca po udarze lub zawale. Niestety, póki co rozwijane metody jego pobudzania charakteryzują się niską efektywnością i trudnościami w aplikacji.
Co proponują autorzy?
Autorzy artykułu wychodzą z założenia, że jednym z ograniczeń dla efektywności IME jest ograniczona liczba dostępnych dla tego procesu funkcjonalnych mitochondriów. Proponują więc wykorzystanie nanokwiatów (nanoflowers) disiarczku molibdenu (MoS2) jako aktywatora biogenezy mitochondriów – narzędzia pozwalającego na przekształcenie mezenchymalnych komórek macierzystych (hMSCs) w „biofabryki” mitochondriów. Zwiększona produkcja, a co za tym idzie pula, mitochondriów miałaby prowadzić do ich zwiększonej dostępności dla innych komórek – nadmiar mitochondriów mógłby być oddawany innym komórkom bez uszczerbku dla dawcy.
Działanie proponowanych materiałów opiera się przede wszystkim na:
- Obniżaniu poziomu reaktywnych form tlenu (ROS)
- Stabilizacji środowiska wewnątrzkomórkowego
- Aktywacji szlaków odpowiedzialnych za biogenezę mitochondriów
Czy to działa?
Przeprowadzone na liniach komórkowych eksperymenty potwierdziły słuszność hipotezy naukowców. Wprowadzenie nanokwiatów MoS2 do komórek hMSCs obserwowano istotne zwiększenie masy mitochondrialnej, bez odnotowania efektów toksycznych, zwiększonej odpowiedzi stresowej czy indukcji apoptozy. Komórki te dużo chętniej też dzieliły się wyprodukowanymi mitochondriami z innymi – zaobserwowano między innymi transfer mitochondriów do komórek mięśniowych, fibroblastów serca i komórek mięśni gładkich. Po integracji z siecią mitochondrialną komórek biorczych, mitochondria pochodzące z „biofabryk” zwiększały ich zdolność do oddychania komórkowego, produkcji ATP i przywracały równowagę redoks.
Jakie to może mieć znaczenie kliniczne?
Zaproponowany przez autorów system zmienia dotychczasowy sposób myślenia o terapiach mitochondrialnych – zamiast dostarczać mitochondria z zewnątrz lub wprowadzać modyfikacje genów, naukowcy proponują metodę na wzmocnienie naturalnych mechanizmów naprawczych komórek, obejmujących pobudzenie produkcji mitochondriów i ich transferu międzykomórkowego.
Przedstawione wyniki badań in vitro wciąż wymagają dalszych prac pozwalających na ocenę możliwości ich przeniesienia na żywe organizmy oraz zaimplementowania w lekach i systemach terapeutycznych. Otwierają jednak nowe, obiecujące kierunki rozwoju dla medycyny regeneracyjnej.
Badanie: J. Soukar, K.A. Singh, A. Aviles, S. Hargett, H. Kaur, S. Foster, S. Roy, F. Zhao, V.M. Gohil, I. Singh, & A.K. Gaharwar, Nanomaterial-induced mitochondrial biogenesis enhances intercellular mitochondrial transfer efficiency, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (43) e2505237122, https://doi.org/10.1073/pnas.2505237122 (2025).