新方法可阻止或逆转细胞能量产生衰退
德克萨斯A&M大学 2025年11月22日
德克萨斯A&M大学的生物医学研究人员可能已经发现了一种方法，可以阻止甚至逆转细胞能量产生的衰退——这一发现可能在医学领域产生革命性影响。
阿基莱什·K·加哈瓦尔(Akhilesh K. Gaharwar)博士和博士生约翰·苏卡尔(John Soukar)，以及生物医学工程系的其他研究人员，开发了一种新方法，可以为受损细胞提供新的线粒体，将能量输出恢复到先前水平，并显著提高细胞健康。
线粒体功能衰退与衰老、心脏病和神经退行性疾病相关。增强身体自然替换磨损线粒体的能力可能对抗所有这些疾病。
当人类细胞衰老或因阿尔茨海默病等退行性疾病或接触化疗药物等有害物质而受损时，它们开始丧失产生能量的能力。罪魁祸首是线粒体数量的减少——线粒体是细胞内类似器官的小结构，负责产生细胞使用的大部分能量。从脑细胞到肌细胞，随着线粒体数量下降，细胞健康也随之下降，直到它们无法再执行其功能。
这项发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的研究使用了显微花状粒子（称为"纳米花"）和干细胞的组合。在这些纳米花存在的情况下，干细胞产生的线粒体数量是正常情况下的两倍。当这些增强的干细胞被放置在受损或衰老细胞附近时，它们会将多余的线粒体转移到受伤的邻近细胞。
有了新的线粒体，先前受损的细胞恢复了能量生产和功能。这些恢复活力的细胞显示出能量水平的恢复，并抵抗细胞死亡，即使在接触化疗药物等有害物质后也是如此。
"我们已经训练健康细胞与较弱的细胞分享它们的备用电池。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。"
阿基莱什·K·加哈瓦尔博士，德克萨斯A&M大学生物医学工程教授
虽然细胞自然交换一些线粒体，但经过纳米花增强的干细胞（被昵称为"线粒体生物工厂"）转移的线粒体数量是未经处理的细胞的两到四倍。
论文主要作者苏卡尔说："效率的数倍提高超出了我们的期望。这就像给旧电子设备一个新的电池组。我们不是扔掉它们，而是将健康细胞中的充满电的电池插入患病细胞中。"
存在其他增加细胞中线粒体数量的方法，但它们有明显的缺点。药物需要频繁、重复的剂量，因为它们由较小的分子组成，这些分子会迅速从细胞中消除。较大的纳米粒子（直径约为100纳米）留在细胞内，并在更大程度上继续促进线粒体的生成。这意味着基于该技术创建的疗法可能只需要每月给药一次。
加哈瓦尔说："这是利用自身生物机制为衰老组织充电的早期但令人兴奋的一步。如果我们能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一些影响。"
这些纳米粒子本身由二硫化钼(molybdenum disulfide)制成，这是一种无机化合物，在微观尺度上能够保持许多可能的二维形态。加哈瓦尔实验室是少数探索二硫化钼生物医学应用的团队之一。
干细胞的治疗潜力一直是组织再生领域前沿研究的热点。使用纳米花来增强干细胞可能是使这些细胞在它们所做的工作中变得更好的下一步。
该方法的一个主要优势是其潜在的多功能性。虽然这种方法尚未得到充分探索，但原则上，它可以治疗全身组织的功能丧失。
苏卡尔说："你可以将这些细胞放在患者的任何地方。因此，对于心肌病(cardiomyopathy)，你可以直接治疗心肌细胞——将干细胞直接放入或靠近心脏。如果你患有肌营养不良症，你可以将它们直接注射到肌肉中。就其能够用于各种广泛的情况而言，这是相当有希望的，而这只是个开始。我们可以永远研究下去，每天发现新的事物和新的疾病治疗方法。"
这项研究获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、韦尔奇基金会(Welch Foundation)、国防部(Department of Defense)和德克萨斯癌症预防与研究中心(Cancer Prevention and Research Institute of Texas)的资助。德克萨斯A&M大学校长卓越基金(President's Excellence Fund)和德克萨斯A&M健康科学中心Seedling Grant提供了额外支持。该研究的其他关键合作者包括德克萨斯A&M大学的研究人员Irtisha Singh博士、Vishal Gohil博士和Feng Zhao博士。
来源：
德克萨斯A&M大学
参考文献：
Soukar, J., et al. (2025). 纳米材料诱导的线粒体生物发生增强了细胞间线粒体转移效率。美国国家科学院院刊。doi: 10.1073/pnas.2505237122。
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