Pe măsură ce îmbătrânim sau când organismul este afectat de boli, celulele îşi pierd treptat din capacitatea de a produce energie. Cercetătorii caută soluţii pentru a preveni pierderea energiei la nivel celular, astfel încât ţesuturile să continue să funcţioneze normal.
O echipă de cercetători de la Universitatea Texas A&M a raportat că ar fi identificat o metodă de a revigora celulele obosite sau deteriorate, prin furnizarea unei noi rezerve de mitocondrii, structurile intracelulare care produc cea mai mare parte a energiei necesare vieţii celulare.
Potrivit autorilor, tehnica ar putea încetini sau chiar inversa pierderea producţiei de energie la nivel celular, cu posibile implicaţii pentru mai multe domenii ale medicinei.
Metoda, dezvoltată de dr. Akhilesh K. Gaharwar şi doctorandul John Soukar împreună cu colegi lor din cadrul Departamentului de Inginerie Biomedicală, constă în livrarea de mitocondrii noi către celulele afectate, readucând producţia de energie la niveluri anterioare şi îmbunătăţind semnificativ starea generală a celulelor.
Declinul mitocondriilor este implicat în îmbătrânire, în bolile cardiace şi în mai multe tulburări neurodegenerative. Pe măsură ce oamenii îmbătrânesc sau când celulele sunt afectate de boli precum boala Alzheimer ori de expuneri toxice, cum sunt unele medicamente chimioterapice, acestea îşi pierd treptat abilitatea de a genera energie. Acest declin este asociat cu reducerea numărului de mitocondrii din celule; în creier, inimă sau muşchi, mai puţine mitocondrii înseamnă celule care nu mai pot îndeplini funcţiile esenţiale.
Studiul, publicat recent în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS, a folosit particule microscopice cu formă de floare, denumite „nanoflori”, împreună cu celule stem. Când celulele stem au fost expuse acestor nanoflori, au produs aproximativ de două ori mai multe mitocondrii decât în mod obişnuit. Ulterior, atunci când celulele stem astfel „îmbunătăţite” au fost plasate în apropierea unor celule deteriorate sau îmbătrânite, ele au transferat mitocondriile suplimentare către celulele vecine aflate în dificultate.
După primirea noilor mitocondrii, celulele receptoare şi-au recuperat producţia de energie şi funcţia normală. De asemenea, au devenit mai rezistente la moarte celulară, chiar şi atunci când au fost expuse ulterior la agenţi nocivi, cum sunt medicamentele chimioterapice.
„Am antrenat celulele sănătoase să îşi împartă bateriile de rezervă cu cele mai slabe. Prin creşterea numărului de mitocondrii din celulele donatoare, putem ajuta celulele îmbătrânite sau deteriorate să-şi recapete vitalitatea, fără modificări genetice sau medicamente”, a explicat mecanismul dr. Gaharwar.
În mod natural, celulele fac schimb de cantităţi mici de mitocondrii, însă celulele stem tratate cu nanoflori, numite de autori „biofabrici mitocondriale”, au transmis de două până la patru ori mai multe mitocondrii decât celulele netratate.
„Creşterea de câteva ori a eficienţei a depăşit ceea ce speram. E ca şi cum ai oferi unui dispozitiv vechi un nou set de baterii. În loc să le aruncăm, conectăm baterii complet încărcate de la celule sănătoase la cele bolnave”, a adăugat Soukar, autorul principal al cercetării.
Celulele receptoare (verde) primesc mitocondrii noi (roşu) de la celulele donatoare sănătoase. Credit: Dr. Akhilesh K. Gaharwar, Universitatea Texas A&M
Autorii arată că există şi alte metode de creştere a mitocondriilor în celule, dar acestea au limitări. Abordările bazate pe medicamente folosesc molecule mici care sunt eliminate rapid din celule, necesitând administrări frecvente.
În schimb, nanoflorile sunt nanoparticule mai mari, de aproximativ 100 de nanometri în diametru, care rămân mai mult timp în interiorul celulelor şi continuă să stimuleze producţia mitocondrială. Astfel, tratamentele bazate pe această tehnologie ar putea necesita administrare doar o dată pe lună.
„Este un prim pas către reîncărcarea ţesuturilor îmbătrânite, folosind propriul lor mecanism biologic. Dacă acest sistem natural de transfer al energiei poate fi stimulat în siguranţă, ar putea ajuta într-o zi la încetinirea sau chiar inversarea unor efecte ale îmbătrânirii celulare”, a mai adăugat dr. Gaharwar.
Nanoflorile sunt compuse din disulfură de molibden, un material anorganic care poate forma structuri bidimensionale foarte mici. Doar câteva grupuri de cercetare, inclusiv laboratorul dr. Gaharwar, investighează utilizările biomedicale ale disulfurii de molibden. Potrivit autorilor, celulele stem sunt de mult timp un element central al cercetărilor privind repararea şi regenerarea ţesuturilor, iar îmbunătăţirea lor cu nanoflori ar putea creşte semnificativ eficienţa acestor terapii şi ar putea deschide posibilităţi noi pentru tratarea unei game largi de afecţiuni.
Un avantaj major al metodei este flexibilitatea sa. Deşi tehnica se află încă într-un stadiu incipient de dezvoltare, cercetătorii consideră că ar putea fi aplicată în viitor în multe tipuri de ţesuturi care şi-au pierdut funcţia.
„Poţi pune celulele oriunde în pacient, de exemplu, pentru cardiomiopatie, poţi trata direct celulele cardiace, plasând celulele stem direct în inimă sau în apropierea ei. Dacă ai distrofie musculară, le poţi injecta chiar în muşchi. E destul de promiţător în ceea ce priveşte utilizarea într-o gamă foarte largă de cazuri şi acesta e doar începutul”, a concluzionat John Soukar.
Imaginea microscopică arată cum nanoflorile (alb) ajută celulele sănătoase (galben) să livreze mitocondrii producătoare de energie (roşu) către celulele vecine. Nucleii sunt coloraţi în albastru. Credit: Dr. Akhilesh K. Gaharwar, Universitatea Texas A&M
