廣州，又一新技術取得突破性成果！

近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院聯合廣州醫科大學等多家單位，在國際學術期刊《細胞》上發表突破性研究成果。研究人員開發出一種全新的高效線粒體膠囊移植技術，通過將健康的線粒體“打包裝箱”到囊泡中，在國際上首次實現了向細胞和組織的安全高效“快遞”。

這項研究在再生醫學領域提出了新的“細胞器治療”策略，為眾多由線粒體功能障礙引起的難治性疾病開辟了全新的治療思路，有望顯著改善帕金森癥、利氏（Leigh）綜合征以及線粒體DNA缺失綜合征等疾病的癥狀。

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細胞里的“發電站”

我們的身體是由一個個細胞組成的，而線粒體就是細胞的“發電站”，它作為細胞的能量工廠和代謝中心，負責源源不斷地把養分轉化為生命活動所需的能量。同時，線粒體也是人體細胞中唯一具有基因組的細胞器，擁有獨立的DNA，在細胞生長、分化及衰老等生命過程中起著核心作用。

當線粒體發生基因突變，可能導致嚴重的線粒體遺傳病，這種疾病的全球人口發病率超過1/5000。通過在胚胎水平進行線粒體置換可以成功干預線粒體DNA突變遺傳病的代際傳播，但無法治療線粒體疾病患者本人。更重要的是，線粒體功能損傷是神經退行性疾病、代謝性疾病、心力衰竭等多種重大疾病的關鍵原因。

電鏡下的線粒體膠囊 來源：中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院

長期以來，面對線粒體疾病，醫生們只能“頭痛醫頭，腳痛醫腳”，對癥狀進行管理，卻無法從根本上修復出問題的線粒體。究其原因，就是因為線粒體不像心臟、腎臟等器官一般，可以通過移植來改善。

線粒體“衰竭”如何治療則一直是學界的難題。如果能夠高效地把線粒體移植到患者體內病變細胞或組織中，并保持其活性，就能治療因線粒體遺傳或缺陷而導致的重大疾病，讓衰老的器官也能再次煥發活力。

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“快遞”健康線粒體

重建健康的線粒體，移植或是有效的方法。而線粒體移植面臨的關鍵難題，是如何把線粒體高效導入細胞，并保持其活性。

研究團隊為了解決這一難題，開創性地利用紅細胞的細胞膜囊泡做成“快遞箱”，把健康線粒體包裹起來，做成直徑千分之一毫米的“線粒體快遞”。這些“快遞箱”不僅能在傳遞運輸中保護線粒體，還能像“通行證”一樣幫助它穿過細胞的防御系統，順利進入細胞內部，并與細胞自身線粒體融合，實現長期存活。

驗證實驗顯示，裸露線粒體的移植導入效率低于5%，而使用“線粒體膠囊”投遞效率極高，約80%的目標細胞成功“簽收”了供體線粒體。在功能驗證實驗中，“線粒體膠囊”挽救了線粒體DNA完全缺失的ρ0細胞，使其恢復了線粒體DNA編碼基因的轉錄，恢復線粒體膜電位以及有氧呼吸。

“線粒體膠囊”移植也成功降低了線粒體遺傳病患者細胞的線粒體DNA大片段缺失，以及MELAS綜合征患者細胞中的線粒體DNA點突變（m.3243A>G），患者細胞受損的有氧呼吸鏈復合物活性得到了恢復，細胞活力得到提升。

線粒體膠囊移植策略圖 來源：中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院

更關鍵的是，這些外來線粒體進入細胞后會主動融合，在細胞里“安家落戶”，持續發揮功能，補償細胞代謝障礙和功能缺陷。

研究團隊針對多種線粒體DNA突變患者細胞進行測試。這些細胞同時存在著健康線粒體和病變線粒體，就像“正常發電站”和“故障發電站”混合在一起。測試結果顯示，移植健康的線粒體成功“上崗”后，細胞內病變線粒體的比例顯著下降，瀕死的細胞能量代謝迅速恢復，基因缺陷被完美“代償”。

線粒體膠囊移植過程圖 來源：中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院

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修復“病細胞”有新法

基于以上技術突破，研究團隊構建了帕金森癥、利氏綜合征以及線粒體DNA缺失綜合征等多個疾病動物模型。

在帕金森癥小鼠模型中，將線粒體膠囊遞送至病變腦區后，有效阻止了神經元的持續死亡，恢復了腦區線粒體的正常功能，并顯著改善了模型小鼠的運動能力，使其幾乎恢復至正常水平。

在利氏綜合征小鼠模型中，“線粒體膠囊”移植顯著提升小鼠的運動能力，有效延長其壽命，恢復毛發生長。

在線粒體遺傳疾病小鼠模型中，“線粒體膠囊”移植能夠拯救肝細胞中線粒體DNA的耗竭，改善肝臟代謝功能。這一系列研究為神經退行性疾病、線粒體遺傳病等疾病的治療提出全新有效方案。

“線粒體膠囊”移植顯著緩解線粒體疾病和帕金森癥模型動物的功能障礙 來源：中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院

這項研究不僅建立了一套高效安全的線粒體移植技術體系，同時在再生醫學領域提出了新的“細胞器治療”策略。再生醫學的“細胞治療”是通過移植整個細胞來修復組織，而該團隊實現的“細胞器治療”技術作為先進生物治療技術前沿——直接移植細胞內的功能性“器官”來修復病變細胞。

這意味著，未來或許可以將健康的線粒體作為一種“藥物”，直接“投遞”到患者體內，修復病變組織和病變器官的功能，為眾多由線粒體功能障礙引起的難治性疾病開辟了全新的治療思路。

參考來源

廣東科技《中國科學家發明線粒體移植新技術，開辟重大疾病“細胞器治療”新策略》

https://mp.weixin.qq.com/s/Vn3OWehyeC2_pYNEbnmTlw?click_id=66

中科院之聲《高效又可靠！科學家破解線粒體移植難題 | 科技前線》

https://mp.weixin.qq.com/s/hyUiOW9u2DYG6vlf9d7oTg?click_id=67

中國科學院廣州健康院《Cell | 廣州健康院合作發明線粒體移植新技術，開創重大疾病的“細胞器治療”新策略》

https://mp.weixin.qq.com/s/7GvqfxtrKTqx-ozZSPw1FQ?click_id=68

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