在德克萨斯农工大学AgriLife研究中心，一项新的脑科学分支正在分子尺度上“绽放”——那就是“纳米花”。
发表在《生物化学杂志》（The Journal of Biological Chemistry）上的一项研究表明，这种金属材质、花朵形状的纳米粒子——“纳米花”，可以通过促进线粒体的健康和更新来保护和修复脑细胞。线粒体是负责产生细胞所需能量的分子机器。
这些发现表明了一种治疗神经系统疾病的新方法——这种方法针对帕金森病和阿尔茨海默病等疾病的潜在机制，而非仅仅缓解症状。
该研究由德克萨斯农工大学农业与生命科学学院（Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences）生物化学与生物物理学系（Department of Biochemistry and Biophysics）博士生Charles Mitchell和研究专家Mikhail Matveyenka共同完成。研究是在Dmitry Kurouski博士的实验室中进行的，Kurouski博士是德克萨斯农工大学AgriLife“通过农业促进健康研究所”（Institute for Advancing Health through Agriculture）的研究员，也是该项目的指导者。
“这些纳米花在显微镜下看起来很美，但它们在细胞内部的作用更加令人印象深刻，”Kurouski说。“通过改善脑细胞的健康，它们帮助应对了长期以来难以在治疗上取得突破的神经退行性疾病的关键驱动因素。”
线粒体与大脑健康的核心
线粒体通常被称为“细胞的动力工厂”，负责将食物转化为身体可以使用的能量。然而，像任何能量系统一样，它们在运作过程中也会产生一些副产物，包括升高的活性氧（ROS）——如果管理不当，这些不稳定的分子可能会损害细胞。
为了评估纳米花的治疗潜力，专攻神经退行性疾病研究的Kurouski团队测试了两种纳米花对神经元以及被称为星形胶质细胞的脑支持细胞的影响。治疗24小时后，他们观察到活性氧水平显著下降，同时线粒体的完整性和数量也有所改善。
“如果我们能够保护或恢复线粒体的健康，那么我们就不只是在治疗症状——我们是在解决损伤的根本原因。”
Dmitry Kurouski
生物化学与生物物理学系副教授
“即使在健康的细胞中，一些氧化应激也是正常的，”Kurouski说。“但纳米花似乎能微调线粒体的表现，最终将这些有毒副产物的水平降低到几乎为零。”
由于大脑健康与线粒体功能紧密相关，Kurouski认为保护脑细胞中的线粒体可以在疾病造成的损害后显著改善大脑功能，尤其是像帕金森病和阿尔茨海默病这样的疾病。
研究扩展至细胞培养之外
在观察到单细胞中的效果后，研究人员接下来在模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中评估了纳米花的作用，这种线虫是神经科学研究中常用的模型生物。
用其中一种纳米花处理的线虫比未处理的同类存活时间延长了数天——它们的典型寿命约为18天。经过处理的线虫在早期生命阶段的死亡率也较低，这进一步表明了纳米花的神经保护潜力。
展望未来，Kurouski计划在更复杂的动物模型中进行毒性和分布研究——这是临床试验前的关键步骤。
神经治疗的新路径
尽管已有数十年的研究，有效的神经保护药物仍然难以找到。大多数神经退行性疾病的治疗都集中在缓解症状，而不是解决细胞损伤的根本原因。然而，Kurouski认为，通过直接靶向线粒体健康和氧化应激，纳米花可能提供一种创新的治疗方法。
他的团队最近与德克萨斯农工大学创新中心（Texas A&M Innovation）合作，为纳米花在神经保护治疗中的应用提交了专利申请，并计划在准备进一步研究时与德克萨斯农工大学医学院（Texas A&M College of Medicine）合作，探索其在中风、脊髓损伤和神经退行性疾病治疗中的效果。
“我们认为这可能成为一种新的治疗类别，”Kurouski说。“我们希望确保它安全、有效，并有明确的作用机制。但根据我们目前的观察，纳米花具有巨大的潜力。”
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