德克萨斯农工大学(Texas A&M University)的生物医学研究人员报告称，他们可能找到了一种方法，可以阻止甚至逆转因损伤和衰老而导致的细胞能量损失。如果未来的研究证实了这一结果，该发现可能会在医学领域改变多种疾病的治疗方法。
生物医学工程系的Akhilesh K. Gaharwar博士和博士生John Soukar，与同事们一起开发了一种向受损细胞提供新鲜线粒体的技术。通过补充这些微小的能量产生者，该方法可以将能量输出恢复到以前的水平，并大大提高细胞的整体健康状况。
线粒体功能衰退与衰老、心脏病和多种神经退行性疾病有关。一种增强身体自然替换磨损线粒体能力的策略，原则上可以帮助同时解决所有这些问题。
当人类细胞老化或受到阿尔茨海默病等退行性疾病或化疗药物等有害物质的伤害时，它们产生能量的能力会稳步下降。一个关键原因是线粒体数量的减少，线粒体是细胞内小的类器官结构，为细胞提供大部分使用的能量。无论是在脑组织、心肌还是其他器官中，线粒体的减少都会导致更弱、更不健康的细胞，最终无法再执行其基本功能。
纳米花将干细胞转变为线粒体供体
这项发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的研究，将被称为纳米花的微观花状颗粒与干细胞结合。当干细胞暴露于这些纳米花时，它们开始产生大约两倍于正常数量的线粒体。当这些增强的干细胞被放置在受损或衰老细胞旁边时，它们将额外的线粒体传递给这些邻近的受伤细胞。
一旦获得新线粒体，先前受损的细胞就能够恢复其能量产生和正常活动。这些恢复活力的细胞不仅显示出能量水平的改善，而且对细胞死亡的抵抗力也增强，即使后来暴露于化疗等破坏性治疗中。
"我们已经训练健康细胞与较弱的细胞共享它们的备用电池，"生物医学工程教授Gaharwar说，"通过增加供体细胞内部的线粒体数量，我们可以帮助衰老或受损细胞恢复活力——无需任何基因改造或药物。"
虽然细胞自然能够交换少量线粒体，但研究团队描述为"线粒体生物工厂"的纳米花处理的干细胞，比未经处理的干细胞转移的线粒体多两到四倍。
"效率的几倍增长超出了我们的预期，"论文主要作者Soukar说，"就像给旧电子设备一个新的电池组。我们不是把它们扔掉，而是将健康细胞中的充满电的电池插入到患病细胞中。"
使线粒体疗法持续更长时间
研究人员尝试了其他方法来增加细胞内部的线粒体数量，但这些方法通常伴随着权衡。基于药物的方法依赖于小分子，这些分子会相对快速地离开细胞，因此患者可能需要频繁重复治疗以维持效果。相比之下，较大的纳米颗粒(直径约100纳米)留在细胞内并继续更有效地刺激线粒体产生。因此，基于这种纳米花技术的疗法可能只需每月给药一次。
"这是使用自身生物机制为衰老组织充电的一个早期但令人兴奋的步骤，"Gaharwar说，"如果我们能够安全地增强这种自然的电力共享系统，它可能有一天有助于减缓甚至逆转细胞衰老的某些影响。"
二硫化钼纳米颗粒在生物医学中的应用
纳米花由二硫化钼制成，这是一种无机化合物，可以在非常小的尺度上形成许多不同的二维形状。Gaharwar实验室是少数几个研究二硫化钼如何用于生物医学目的的研究小组之一。
干细胞已经在组织修复和再生的尖端工作中发挥着核心作用。使用纳米花来提高干细胞的性能，可能标志着使这些细胞在未来疗法中更加有效的一步。
适用于多种组织的多功能方法
该技术最有希望的方面之一是它的灵活性。尽管该方法仍处于早期阶段，需要更多的测试，但理论上它可以用于治疗体内许多不同组织的功能丧失。
"你可以将细胞放在患者的任何地方，"Soukar说，"因此，对于心肌病，你可以直接治疗心脏细胞——将干细胞直接放入或靠近心脏。如果你患有肌营养不良症，可以将它们直接注射到肌肉中。在能够用于各种病例方面，它非常有前景，而这只是个开始。我们可以永远研究它，每天发现新事物和新的疾病治疗方法。"
该项目获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、Welch基金会、美国国防部(Department of Defense)和德克萨斯州癌症预防与研究所(Cancer Prevention and Research Institute of Texas)的资助。德克萨斯农工大学(Texas A&M University)校长卓越基金和德克萨斯农工健康科学中心育种计划(Seedling Grant)提供了额外支持。关键合作者包括德克萨斯农工大学的研究人员Irtisha Singh博士、Vishal Gohil博士和Feng Zhao博士。
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