Органеллы митохондрии известны как энергетические центры клеток, преобразовывающие питательные вещества и кислород в полезную энергию. Однако нарушение этого процесса может иметь серьезные последствия для органов, особенно нуждающихся в большом количестве энергии, включая сердце и мозг. Замена поврежденных митохондрий их вариантами, взятыми из здоровых клеток, является перспективной, но пока еще экспериментальной терапией для терапии таких болезней. Однако новый прорыв шведских учёных приближает эту методику к клиническому применению. 

Трансплантация органов на клеточном уровне: Используя наношприц, исследователи извлекают митохондрии (синие) из живой клетки, чтобы пересадить  другую. (Illustration: Sean Kilian)

 

Инновационная терапия, известная как трансплантация митохондрий, стала центром данного исследования и показала себя в исследованиях на животных как способ омоложения тканей, пораженных митохондриальной дисфункцией. Метод предполагает пересадку тканей или введение здоровых митохондрий в поврежденные структуры, где они поглощаются клетками и способствуют их регенерации. В редких случаях этот метод использовался для лечения тяжелых пороков сердца у новорожденных. Однако такое клиническое применение остается крайне ограниченным.

Ученые из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали новый метод пересадки митохондрий, который, по их словам, обеспечивает высокую выживаемость клеток и гарантирует высокую эффективность. Прорыв основывается на технологии управления органеллами (отдельными структурами внутри клеток), которая появилась благодаря специально разработанному цилиндрическому наношприцу.

С помощью этого крошечного инструмента ученые смогли извлечь сферические органеллы здоровых клеток и поместить в клетки-реципиенты. Положение наношприца контролируется лазерным излучением от сканирующего атомно-силового микроскопа, а регуляторы давления регулируют поток, позволяя передавать невероятно малые объемы жидкости в пределах фемтолитра (или 10^-15 литра).

Такая процедура является малоинвазивной и не требует хирургического вмешательства. В рамках лабораторных испытаний было установлено, что пересаженные митохондрии имеют более чем 80-процентный уровень приживаемости. В большинстве случаев инъецированные митохондрии начинали сливаться с филаментной сетью реципиентной клетки уже через 20 минут после трансплантации. По утверждению ученых, полученные результаты свидетельствуют о том, что новая концепция уже достигла технической осуществимости.

"И донорские, и акцепторные клетки выжили после этой минимально инвазивной процедуры", - сказал Кристоф Гебеляйн, ведущий автор статьи.

Эта методика может быть использована для лечения больных органов, и возможно будет эффективна в области борьбы со старением, омолаживая стволовые клетки, которые с возрастом теряют метаболическую активность. Кроме того, ученые планируют использовать данную методику для изучения эндосимбиоза - эволюционного процесса, в ходе которого были сформированы клеточные митохондрии.

"Мы хотим понять процессы, которые регулируют взаимодействие различных клеточных механизмов, и надеемся разгадать, как эндосимбиозы развивались в течение эволюционного времени", - сказала руководитель исследования Джулия Ворхольт.

Исследование было опубликовано в журнале PLOS Biology.

 Пересадка митохондрий между живыми клетками

Источники: ETH Zurich,  PLOS Biology
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2022/03/a-new-dimension-in-transplantation.html
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001576