Митохондрии в наших клетках естественным образом изнашиваются с возрастом — их становится меньше, они теряют эффективность. Когда эти микроскопические электростанции перестают работать на полную мощность, начинают развиваться заболевания многих органов — от сердца до мозга. Исследователи под руководством биомедицинского инженера Акилеша Гахарвара использовали наночастицы из дисульфида молибдена, названные наноцветами за их характерную форму. Эти крошечные структуры с множеством пор действуют как губки, поглощая разрушительные активные формы кислорода в тканях.
Ученые открыли способ «перезаряжать» стареющие клетки человека
Ученые из Техасского университета A&M разработали метод «перезарядки» стареющих клеток человека за счет увеличения числа митохондрий — внутриклеточных энергетических станций. Специальные наночастицы в форме цветов заставляют здоровые стволовые клетки производить больше митохондрий и делиться ими с поврежденными соседями, возвращая тем самым жизнеспособность изношенным тканям.
Стволовая клетка с туннельными нанотрубками. Ruslanas Baranauskas/Science Photo Library/Getty Images
Митохондрии — это небольшие органеллы внутри клеток, которые превращают питательные вещества в молекулы АТФ — универсальную энергетическую валюту организма. У митохондрий есть собственная ДНК, отдельная от ядерной, что связано с их эволюционным происхождением от древних бактерий. С возрастом митохондриальная ДНК накапливает повреждения, а сами органеллы теряют способность эффективно производить энергию. Это приводит к накоплению поврежденных митохондрий и развитию возрастных заболеваний. Стволовые клетки обладают уникальной способностью передавать свои митохондрии другим клеткам через специальные туннельные структуры, что делает их естественными донорами клеточных батареек.
Удаление этих агрессивных молекул запускает экспрессию генов, которые резко увеличивают производство митохондрий в стволовых клетках. «Мы научили здоровые клетки делиться своими запасными батарейками с более слабыми, — объясняет Гахарвар. — Увеличивая число митохондрий внутри клеток-доноров, мы можем помочь стареющим или поврежденным клеткам восстановить жизнеспособность — без какой-либо генетической модификации или лекарств». Работа опубликована в журнале PNAS.
Поделись митохондрией
Перезарядка клеток в присутствии наноцветов
Стволовые клетки от природы способны передавать митохондрии другим клеткам, но в этих экспериментах у них оказалось гораздо больше возможностей для обмена, чем обычно. Такой транспорт происходит через туннельные нанотрубки — это тонкие мембранные мостики между клетками диаметром 50-200 нанометров, которые могут тянуться на расстояния в десятки микрон.
Исследователи зафиксировали, что в эксперименте митохондрий передавалось примерно в два раза больше, чем в норме. В гладкомышечных клетках сердца их число увеличивалось в три-четыре раза. В сердечных клетках, поврежденных химиотерапией, выживаемость обработанных клеток значительно возросла.
Туннельные межклеточные нанотрубки.
Метод может применяться для омоложения клеток в любой части тела, например, в мышцах при мышечной дистрофии. «Это довольно перспективно с точки зрения применения в самых разных случаях, и это только начало», — говорит генетик Джон Сукар, соавтор работы.
Исследователи признают, что находятся на ранней стадии разработки. Следующий шаг — испытания на животных и людях, которые покажут, куда лучше имплантировать стволовые клетки и какие дозы безопасны. «Это ранний, но важный шаг к перезарядке стареющих тканей с использованием их собственных биологических механизмов», — отмечает Гахарвар.