工程化 MoS? 納米花促進(jìn)細(xì)胞間線粒體轉(zhuǎn)移

工程化 MoS? 納米花助力干細(xì)胞捐贈更健康的線粒體，提升能量生產(chǎn)與細(xì)胞恢復(fù)。

德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員報告了一種誘導(dǎo)人類間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSCs）產(chǎn)生和捐贈更多線粒體的方法，這可能改善那些依賴進(jìn)口細(xì)胞器來恢復(fù)能量平衡的受損細(xì)胞的恢復(fù)。該研究發(fā)表在PNAS上，屬于日益增長的努力，旨在理解并最終操控細(xì)胞間線粒體轉(zhuǎn)移——一種自然發(fā)生但效率低下的過程，通過該過程細(xì)胞相互提供能量支持。

研究團(tuán)隊工程化了富含空位的二硫化鉬（MoS?）納米花，這些納米花一旦被干細(xì)胞吸收，就會刺激 SIRT1/PGC-1α 軸并導(dǎo)致線粒體生物發(fā)生。作者指出，這使供體 hMSCs 中的線粒體質(zhì)量增加了兩倍，并且在多個譜系（如平滑肌細(xì)胞和心肌母細(xì)胞）中，向受體細(xì)胞的轉(zhuǎn)移效率顯著提高。他們指出，問題在于“現(xiàn)有策略往往由于有效性有限和遞送挑戰(zhàn)而未能奏效”——他們的納米材料方法旨在規(guī)避這一困難 [1]。

Longevity.Technology：將間充質(zhì)干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬€粒體生物工廠”的概念聽起來像是來自未來小說的情節(jié)，但這項研究使其更接近于可行的轉(zhuǎn)化科學(xué)。增強(qiáng)細(xì)胞間線粒體轉(zhuǎn)移長期以來一直是一個誘人的想法——為掙扎的細(xì)胞提供新的能量生命——但這一過程在自然界中令人遺憾地低效。如果一種納米材料能夠誘導(dǎo)供體細(xì)胞以幾倍的速度生產(chǎn)和交付更健康的線粒體，我們可能正在見證一種超越傳統(tǒng)藥物范式的細(xì)胞器級治療的早期模板；畢竟，當(dāng)線粒體出現(xiàn)故障時，組織衰老迅速，恢復(fù)緩慢。然而，熱情應(yīng)當(dāng)受到研究背景的限制：這里的一切都是體外且經(jīng)過精確控制的，而納米材料，無論多么優(yōu)雅，在體內(nèi)的表現(xiàn)并不總是如此理想。

然而，令人感興趣的是，這項工作與長壽科學(xué)向修復(fù)細(xì)胞機(jī)制而非僅僅管理其衰退的更廣泛轉(zhuǎn)變相一致。線粒體功能障礙是與年齡相關(guān)的疾病中令人沮喪的比例的根源，但有意義的干預(yù)仍然稀缺；如果增強(qiáng)自然線粒體轉(zhuǎn)移能夠恢復(fù) ATP 生產(chǎn)、減輕氧化壓力，甚至拯救受到多柔比星損傷的心臟細(xì)胞，那么研究人員可能找到了一個有希望的突破口。現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是看看這種精確性是否能夠在復(fù)雜生物體的混亂中存活——生物分布、安全性和監(jiān)管審查以其不寬容的特性而聞名——但這一發(fā)展方向值得注意。以細(xì)胞器為中心的治療今天可能顯得有些深奧，但基因治療曾經(jīng)也是如此；長壽生物技術(shù)常常將昨日的好奇心轉(zhuǎn)變?yōu)槊魅盏钠脚_，而這種納米花促進(jìn)的線粒體復(fù)興或許也會成為其中之一。

參與這項工作的研究人員用非常通俗易懂的術(shù)語描述了這種方法。“我們已經(jīng)訓(xùn)練健康細(xì)胞與較弱的細(xì)胞分享它們的備用能量，”德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程教授阿基萊什·加哈爾瓦爾博士說。“通過增加供體細(xì)胞內(nèi)的線粒體數(shù)量，我們可以幫助衰老或受損的細(xì)胞恢復(fù)活力——無需任何基因修改或藥物[2].”

博士生約翰·蘇卡爾對此表示贊同，并提到實用性：“效率提升了好幾倍，超出了我們的預(yù)期。這就像給舊電子設(shè)備裝上新電池一樣。我們不是把它們?nèi)拥簦菍⒔】导?xì)胞中充滿電的電池插入到病變細(xì)胞中[2].”

長期影響仍然是推測性的，但研究團(tuán)隊對潛在的發(fā)展方向保持清醒的頭腦。“這是一個早期但令人興奮的步驟，旨在用自身的生物機(jī)制為衰老組織充電，”加哈爾瓦爾說。“如果我們能安全地增強(qiáng)這種自然的能量共享機(jī)制，它將來可能有助于減緩甚至逆轉(zhuǎn)細(xì)胞衰老的一些影響[2].”

納米花的工作原理

作者報告稱，具有原子缺陷的 MoS? 納米花能夠減少細(xì)胞內(nèi)的活性氧種，并激活線粒體生物生成途徑，從而在 hMSCs、平滑肌細(xì)胞和新生心臟成纖維細(xì)胞中增加 mtDNA 拷貝數(shù) [1]。無論是小顆粒（100 納米）還是大顆粒（250 納米），都表現(xiàn)出有效性，但較小的納米花在較低濃度下就能取得效果，這反映了它們更大的表面積和更高的催化活性。正如論文所指出的，“這些結(jié)果表明，具有原子空位的 MoS? 納米花通過調(diào)節(jié)細(xì)胞 ROS 水平和刺激 SIRT1 信號通路來激活 PGC-1α 通路” [1]。

值得注意的是，研究中使用的納米顆粒濃度似乎沒有影響細(xì)胞的活力，線粒體膜電位也得以維持。流式細(xì)胞術(shù)證實了有效的攝取，伴隨有克拉霉素介導(dǎo)的內(nèi)吞作用作為主要途徑。

增加線粒體轉(zhuǎn)移和細(xì)胞救助

在增強(qiáng)線粒體生物生成后，研究人員發(fā)現(xiàn)，用 MoS? 納米花處理的供體細(xì)胞通過隧道納米管將增加的線粒體轉(zhuǎn)移給鄰近細(xì)胞。活細(xì)胞成像顯示，線粒體在數(shù)小時內(nèi)進(jìn)入受體細(xì)胞，轉(zhuǎn)移率根據(jù)細(xì)胞類型增加了兩到四倍。最重要的是，載體納米顆粒并沒有轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，這樣影響就僅限于線粒體的交換。

接受細(xì)胞在攝取線粒體后 ATP 水平顯著提高，改善了呼吸能力并減少了氧化應(yīng)激。在損傷模型中，處理供體的線粒體轉(zhuǎn)移恢復(fù)了 ATP 生產(chǎn)，并減少了凋亡標(biāo)志物。在用多柔比星處理的心臟成纖維細(xì)胞中，經(jīng)過 MitoFactory 處理的細(xì)胞顯示出顯著更高的存活率，作者指出，“增強(qiáng)的線粒體轉(zhuǎn)移能夠有效減輕線粒體依賴的凋亡” [1].

再生醫(yī)學(xué)的平臺

除了所描述的 體外 系統(tǒng)外，研究表明 MoS? 納米花可以發(fā)揮雙重作用：作為細(xì)胞治療中供體細(xì)胞的預(yù)處理劑，并可能作為靶向納米治療的平臺。作者承認(rèn)需要對生物分布、保留和功能整合進(jìn)行 體內(nèi) 評估，并指出 MoS? 材料已經(jīng)在其他治療背景下進(jìn)入了臨床前研究。

未來可能的線索

在受損細(xì)胞中恢復(fù)能量功能是長壽醫(yī)學(xué)的一個重要目標(biāo)；然而，從培養(yǎng)細(xì)胞到臨床應(yīng)用的過程往往并不順利。納米材料促進(jìn)的線粒體復(fù)興可能代表了一步，朝著直接干預(yù)細(xì)胞器健康水平的治療邁進(jìn)——這一轉(zhuǎn)變承諾了精準(zhǔn)，但也需要謹(jǐn)慎管理。如果生物學(xué)在更復(fù)雜的系統(tǒng)中成立，該領(lǐng)域可能會發(fā)現(xiàn)一類新的工具，以支持那些隨著年齡增長和修復(fù)而對能量需求增加的組織。