Исследователи в области биомедицины из Texas A&M University сообщили о потенциальном прорыве в борьбе с клеточным старением. Им удалось обнаружить способ, который позволяет остановить или даже обратить вспять потерю клеточной энергии, неизбежно возникающую при повреждении тканей и с возрастом. Если результаты дальнейших исследований подтвердят первоначальные данные, это открытие может привести к кардинальным изменениям в подходах к терапии множества заболеваний в современной медицине.
Доктор Ахилеш К. Гахарвар и аспирант Джон Сукар совместно с коллегами разработали уникальную методику, обеспечивающую поврежденные клетки новыми митохондриями. Восполняя запас этих микроскопических производителей энергии, ученые смогли вернуть энергетическую отдачу клеток к прежним уровням и значительно улучшить их общее состояние. Угасание функций митохондрий традиционно связывают со старением, сердечными заболеваниями и рядом нейродегенеративных расстройств. Стратегия, усиливающая естественную способность организма заменять изношенные органеллы, теоретически способна помочь в решении всех этих проблем одновременно.
По мере старения человеческих клеток или их повреждения вследствие дегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, а также из-за воздействия вредных агентов, например химиотерапии, способность генерировать энергию неуклонно снижается. Ключевой причиной этого процесса является сокращение числа митохондрий – небольших органоподобных структур, обеспечивающих большую часть потребляемой клеткой энергии. Будь то ткани мозга, сердечная мышца или другие органы, дефицит митохондрий приводит к ослаблению клеток, которые со временем теряют способность выполнять свои жизненно важные функции.
Исследование, опубликованное в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, описывает объединение микроскопических частиц в форме цветка, называемых «наноцветками», со стволовыми клетками. При воздействии этих наночастиц стволовые клетки начинали производить примерно в два раза больше митохондрий, чем обычно. Когда такие усиленные стволовые клетки помещали рядом с поврежденными или стареющими образцами, они передавали свои лишние митохондрии соседним ослабленным клеткам.
Получив приток новых митохондрий, ранее поврежденные клетки смогли восстановить выработку энергии и нормальную активность. Эти обновленные клетки не только продемонстрировали улучшение энергетических показателей, но и стали более устойчивыми к гибели, даже при последующем воздействии разрушительных методов лечения, таких как химиотерапия. Профессор биомедицинской инженерии Ахилеш К. Гахарвар отметил, что они фактически обучили здоровые клетки делиться своими запасными «батарейками» с более слабыми соседями. По его словам, увеличивая количество митохондрий внутри клеток-доноров, можно помочь стареющим или поврежденным тканям восстановить жизненные силы без использования генетической модификации или лекарственных препаратов.
Хотя клетки от природы способны обмениваться небольшим количеством митохондрий, стволовые клетки, обработанные «наноцветками», передавали от двух до четырех раз больше органелл по сравнению с необработанными образцами. Команда исследователей называет такие клетки митохондриальными биофабриками. Ведущий автор статьи Джон Сукар подчеркнул, что многократное увеличение эффективности превзошло их ожидания. Он сравнил этот процесс с заменой старого аккумулятора в электронном устройстве: вместо того чтобы выбрасывать технику, ученые подключают полностью заряженные батареи от здоровых клеток к больным.
Ранее исследователи предпринимали попытки увеличить число митохондрий внутри клеток иными способами, однако эти подходы часто сопровождались компромиссами. Методы, основанные на лекарствах, полагаются на малые молекулы, которые довольно быстро покидают клетки, из-за чего пациентам могут требоваться частые и повторные процедуры для поддержания эффекта. В отличие от них, более крупные наночастицы, диаметр которых составляет около 100 нанометров, остаются внутри клетки и продолжают стимулировать производство митохондрий более эффективно. В результате терапия, основанная на технологии «наноцветков», может требовать введения препарата лишь раз в месяц.
Доктор Гахарвар назвал это ранним, но волнующим шагом к «подзарядке» стареющих тканей с использованием их собственных биологических механизмов. Безопасное усиление этой естественной системы обмена энергией однажды может помочь замедлить или даже обратить вспять некоторые эффекты клеточного старения. Сами «наноцветки» изготовлены из дисульфида молибдена – неорганического соединения, способного принимать множество различных двухмерных форм в очень малых масштабах. Лаборатория Гахарвара входит в небольшое число исследовательских групп, изучающих возможности применения дисульфида молибдена в биомедицинских целях.
Стволовые клетки уже играют центральную роль в передовых работах по восстановлению и регенерации тканей. Использование наночастиц для повышения производительности стволовых клеток может стать важным этапом в повышении эффективности будущих методов лечения. Одним из наиболее многообещающих аспектов данной техники является ее гибкость. Хотя метод все еще находится на ранних стадиях и требует масштабного тестирования, теоретически его можно использовать для лечения потери функций в самых разных тканях организма.
Джон Сукар пояснил, что клетки можно поместить в любую точку организма пациента. Например, при кардиомиопатии можно лечить клетки сердца напрямую, вводя стволовые клетки непосредственно в орган или рядом с ним. В случае мышечной дистрофии возможна инъекция прямо в мышцу. Ученые считают методику весьма перспективной с точки зрения широты применения, отмечая, что это только начало пути, который может привести к созданию новых методов лечения заболеваний.
