Transfer mitochondriów między komórkami: nowy kierunek w medycynie regeneracyjnej

Mitochondria często określane są jako „centra energetyczne” komórek, jednak ich rola znacznie wybiega poza samą produkcję energii. Coraz więcej badań dowodzi, że mogą one przemieszczać się między komórkami, wspierając procesy naprawcze i przywracając prawidłowe funkcje metaboliczne. To zjawisko, znane jako transfer mitochondriów, otwiera zupełnie nowe drogi w medycynie regeneracyjnej – od terapii udaru i zawału, po choroby neurologiczne i mitochondrialne.

Czym jest przenoszenie mitochondriów między komórkami?

Po raz pierwszy przemieszczanie się mitochondriów między komórkami zaobserwowano już w latach 70. XX wieku w badaniach na drożdżach. Kilka lat później potwierdzono możliwość pobierania mitochondriów także przez komórki ssaków, a obecnie wiadomo już, że zjawisko to zachodzi u wielu organizmów – od drożdży i roślin, po kręgowce, w tym ludzi. Transfer mitochondriów jest zjawiskiem obserwowanym zarówno w warunkach fizjologicznych, jak i w przebiegu chorób, gdzie może odgrywać kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy tkankowej, regulacji odpowiedzi zapalnej, procesów metabolicznych i regeneracyjnych.

Jak definiuje się transfer mitochondriów?

Zgodnie z wypracowanym przez międzynarodowy zespół naukowców i opublikowanym w styczniu 2025 roku w czasopiśmie Nature Metabolism konsensusem, międzykomórkowy transfer mitochondriów (intercellular mitochondria transfer), nazywany też horyzontalnym transferem komórkowym (horizontal mitochondria transfer) to:

proces, w którym jedno lub więcej mitochondriów jest przenoszone z komórki donorowej do komórki akceptorowej. Termin ten oznacza, że komórka akceptorowa przejęła mitochondria pochodzące od komórki-dawcy, ale nie określa dalszego losu tych mitochondriów.

Jakie są mechanizmy transferu mitochondriów?

Dotychczas zidentyfikowano kilka głównych mechanizmów transferu mitochondriów są to:

• Nanorurki tunelowe (TNTs; tunnelling nanotubes) – cienkie struktury cytoplazmatyczne, które łączą dwie komórki umożliwiając między nimi bezpośrednie przekazywanie mitochondriów i innych organelli.
• Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe z mitochondriami (EV-Mito; extracellular vesicle-enclosed mitochondria) – komórka donorowa może wydzielać mitochondria do macierzy międzykomórkowej, skąd następnie są przechwytywane przez komórki akceptorowe. Ich grupy zamknięte w pęcherzykach zewnątrzkomórkowych, w zależności od rozmiaru, pochodzenia i składu, są określane jako egzosomy (30-100 nm średnicy), mikropęcherzyki (od 100 nm do 1 μm) lub ciała apoptyczne (1-2 μm).
• Wolne („nagie”) mitochondria – organelle mogą zostać wydzielone do macierzy międzykomórkowej także w formie wolnej, nie zamkniętej w pęcherzykach zewnątrzkomórkowych.
• Transfer przez koneksony (gap junction channel) – do przekazania mitochondriów wykorzystywany jest prąd jonowy w połączeniach szczelinowych łączących cytoplazmę dwóch osobnych komórek.

Do przeniesienia mitochondriów może dojść także w wyniku bezpośredniej fuzji komórek, prowadzącej do wymieszania się zawartości cytoplazmatycznej. Mechanizm ten wymyka się jednak z przedstawionej definicji transferu mitochondriów, ponieważ prowadzi do utworzenia pojedynczej komórki łączącej wszystkie komponenty komórkowe – brak jest jednoznacznego podziału na komórkę donorową i akceptorową.

Jakie znaczenie ma „mitochondrial transfer” dla zdrowia i leczenia chorób?

Transfer mitochondriów odgrywa istotną rolę w utrzymaniu homeostazy tkanek oraz prawidłowej reakcji organizmu na uszkodzenia. Umożliwia komórkom, znajdującym się w kryzysie metabolicznym, wznowienie produkcji energii, ogranicza stres oksydacyjny i wspiera procesy regeneracyjne. Odkrycie zjawiska „mitochondrial transfer” otworzyło nowe perspektywy terapeutyczne w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, urazów oraz rozwoju innowacyjnych terapii komórkowych.

Ośrodkowy układ nerowowy

Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) należy do najbardziej wrażliwych na dysfunkcję mitochondriów ze względu na wyjątkowo wysokie zapotrzebowanie energetyczne neuronów i ich ograniczoną zdolność regeneracji. Transfer mitochondriów pełni w tym układzie funkcję ochronną i wzmacniającą. Jak wskazują naukowcy, komórki glejowe – zwłaszcza astrocyty i komórki progenitorowe – mogą przekazywać mitochondria do neuronów w warunkach stresu oksydacyjnego lub uszkodzeń. Proces ten wspiera przeżywalność neuronów, ogranicza akumulację reaktywnych form tlenu i sprzyja regeneracji zarówno po urazach i udarach, jak i w przebiegu chorób neurodegeneracyjnych.

Urazy serca i mięśni szkieletowych

Transfer mitochondriów odgrywa istotną rolę nie tylko w komórkach nerwowych, ale też innych tkankach wysokoenergetycznych, takich jak mięśnie szkieletowe i serce. Prawidłowa praca tych tkanek wymaga stałej produkcji energii w postaci ATP, a do tego niezbędne są sprawne i funkcjonujące mitochondria. Zaburzenie funkcji mitochondriów w mięśniach prowadzą do szybkiego upośledzenia ich pracy, a w przypadku serca do jego niewydolności. Transfer zdrowych mitochondriów umożliwia częściowe przywrócenie wydolności metabolicznej uszkodzonych kardiomiocytów i włókien mięśniowych, stabilizuje potencjał błonowy i zmniejsza akumulację wolnych rodników. Dzięki temu procesowi komórki serca i mięśni zyskują większą odporność na niedotlenienie oraz zdolność regeneracji po uszkodzeniach, co ma szczególne znaczenie w przypadku zawału serca czy urazów mięśniowych

Terapie eksperymentalne w onkologii i w chorobach rzadkich

Transfer mitochondriów nie zawsze jednak musi być zjawiskiem w pełni korzystnym, jednym z mniej jednoznacznych przykładów jest jego rola w onkologii. Z jednej strony, komórki nowotworowe mogą przejmować mitochondria od otaczających je fibroblastów czy komórek układu odpornościowego, co zwiększa ich zdolności metaboliczne, sprzyja oporności na leczenie i wspiera progresję guza. Z drugiej strony, badacze próbują wykorzystać ten mechanizm terapeutycznie – blokując niekorzystny transfer w celu osłabienia nowotworów lub dostarczając zdrowe mitochondria do komórek nowotworowych w celu zmiany ich metabolizmu na mniej agresywny.

Transfer mitochondriów jest także rozważany jako strategia kompensowania defektów bioenergetycznych w chorobach rzadkich, zwłaszcza mitochondrialnych i genetycznych. Dostarczanie funkcjonalnych mitochondriów do komórek pacjenta mogłoby uzupełnić niedobory energii i poprawić funkcjonowanie tkanek szczególnie wrażliwych, takich jak mięśnie, serce czy układ nerwowy. Choć metody te są na etapie badań eksperymentalnych, wskazują na potencjał wykorzystania transferu mitochondriów jako innowacyjnej formy terapii w obszarach, gdzie dotychczas brakuje skutecznych rozwiązań.

Potencjalne zastosowania w medycynie regeneracyjnej

Możliwości praktycznego zastosowania transferu mitochondriów w medycynie regeneracyjnej są badane w modelach in vitro, in vivo oraz pierwszych badaniach klinicznych. Eksperymentalne strategie zakładają zarówno stymulowanie naturalnego transferu (np. aktywację astrocytów), jak i podawanie izolowanych mitochondriów do tkanek.

Reklama

BactoFlor ® 10/20 Sprawdź

Adrenal-Intercell® Sprawdź

Magnesium-Intercell® 400 Sprawdź

Memoserin Sprawdź

B-Kompleks Intercell® Sprawdź

Neuro-Intercell® Sprawdź

QuinoMit® Q10 Fluid – Ubichinol MSE Sprawdź

Choroby neurodegeneracyjne

Potencjał transferu mitochondrialnego w terapii choroby Alzheimera obserwowano między innymi w badaniach na myszach. W jednym z nich wykazano, że podanie dożylne wyizolowanych, funkcjonalnie aktywnych ludzkich mitochondriów może skutecznie łagodzić objawy choroby. 14-dni po transplantacji mitochondriów zaobserwowano widoczną poprawę funkcji poznawczych, niemal do poziomu obserwowanego w grupie kontrolnej (zdrowe myszy), a także wyraźne ograniczenie utraty neuronów w hipokampie.

Inne badania w modelach zwierzęcych wykazały zdolność izolowanych mitochondriów do ochrony neuronów dopaminergicznych przed degeneracją w chorobie Parkinsona. Donosowe podanie mitochondriów szczurom z indukowanym uszkodzeniem istoty czarnej doprowadziło do istotnego zmniejszenia stresu oksydacyjnego oraz poprawy przeżywalności neuronów dopaminergicznych o ponad 60%. Towarzyszyła temu wyraźna poprawa funkcji motorycznych w porównaniu z grupami kontrolnymi.

Badania nad potencjałem terapeutycznym transferu mitochondriów w leczeniu i profilaktyce chorób neurodegeneracyjnych obejmują także schorzenia takie jak stwardnienie rozsiane (MS), stwardnienie zanikowe boczne (ALS) czy choroba Huntingtona.

Terapie po udarach, w chorobach serca

Dobrze udokumentowane są także przykłady potencjalnego zastosowania transferu mitochondriów w terapiach po udarze mózgu oraz w chorobach serca.

Podawanie izolowanych mitochondriów bezpośrednio do mózgu po udarze prowadziło do poprawy funkcji behawioralnych i neuroprotekcji, w oparciu o mechanizmy podobne do tych obserwowanych w badaniach nad chorobami neurodegeneracyjnymi. W modelach mysich wykazano także, że astrocyty mogą spontanicznie przekazywać mitochondria do uszkodzonych neuronów po niedokrwieniu, co zwiększało ich przeżywalność i ograniczało rozległość zmian w tkance mózgowej.

Podobne podejście testowano w chorobach serca. W badaniach na zwierzętach dostarczenie świeżych mitochondriów do mięśnia sercowego po zawale skutkowało poprawą kurczliwości serca, ograniczeniem martwicy i przywróceniem prawidłowej produkcji ATP. Wstępne próby kliniczne wskazują, że transplantacja mitochondriów może być bezpieczna i potencjalnie skuteczna u pacjentów z ostrym uszkodzeniem serca, choć badania te pozostają na bardzo wczesnym etapie.

Naprawa tkanek, wspomaganie gojenia ran

Transfer mitochondriów wykazuje również korzystne działanie w procesach regeneracji tkanek i gojenia ran. W modelach zwierzęcych obserwowano, że komórki macierzyste mogą przekazywać mitochondria do fibroblastów i komórek nabłonka w obrębie rany, co przyspieszało proliferację komórek, zwiększało syntezę kolagenu i poprawiało angiogenezę. Zjawisko to pozwalało na szybsze zamykanie ran i ograniczenie powikłań związanych z przewlekłym stanem zapalnym. Wspieranie naturalnego transferu mitochondriów lub podawanie ich w postaci izolowanej stanowi zatem potencjalną strategię terapeutyczną w leczeniu ran trudno gojących się, owrzodzeń cukrzycowych czy rozległych oparzeń.

Ryzyka i wyzwania etyczne

Choć transfer i transplantacja mitochondriów otwierają nowe możliwości terapeutyczne, istotną kwestią pozostaje bezpieczeństwo stosowania tych metod w lecznictwie. Do głównych wyzwań należy trwała integracja mitochondriów w komórkach biorcy oraz ryzyko ich odrzutu immunologicznego. Pojawiają się także obawy dotyczące potencjalnego zaburzenia równowagi między genomem mitochondrialnym a jądrowym, co może prowadzić do dysfunkcji metabolicznych. Innym ważnym zagadnieniem jest kontrola jakości izolowanych mitochondriów – ocena i utrzymanie ich żywotności, zdolność do prawidłowej produkcji ATP i brak uszkodzeń oksydacyjnych decydują o skuteczności i bezpieczeństwie terapii.

Aspekty regulacyjne i etyczne

Wprowadzenie terapii opartych na transferze mitochondriów do praktyki klinicznej wiąże się z licznymi wyzwaniami regulacyjnymi i etycznymi. Nadal brakuje jednoznacznych wytycznych dotyczących kwalifikacji mitochondriów jako „produktów leczniczych” czy „terapii zaawansowanych”, co wpływa na proces dopuszczenia ich do badań klinicznych. W kontekście terapii u ludzi pojawiają się także kontrowersje etyczne, dotyczące np. użycia mitochondriów od dawców, kwestii zgody świadomej czy potencjalnych konsekwencji dla kolejnych pokoleń, w kontekście możliwego dziedziczenia chorób mitochondrialnych.

Podsumowanie i perspektywy

Dotychczasowe badania przedkliniczne i pierwsze próby kliniczne wskazują, że transfer mitochondriów może być obiecującą metodą w medycynie regeneracyjnej i leczeniu chorób związanych z dysfunkcją bioenergetyczną. Naukowcy wskazują na korzystny wpływ przeszczepu mitochondriów na przeżywalność komórek, regenerację tkanek i poprawę funkcji narządów. Wciąż są to jednak wyniki pojedynczych badań, w przeważającej mierze prowadzonych w modelach zwierzęcych – przed wprowadzeniem do praktyki klinicznej niezbędna jest dalsza ocena długoterminowych efektów terapii, jej bezpieczeństwa u ludzi oraz opracowanie ram prawnych i etycznych.