Ученые оживляют погибающие клетки, вводя в них новые источники энергии

Фото из открытых источников

Здоровые митохондрии, которые можно направить в поврежденные клетки, могут помочь поврежденным нейронам выжить как в экспериментах на людях, так и на мышах. В результате получается нечто большее, чем просто общий подход к спасению, и разрабатываются планы лечения, которые могут быть направлены на конкретные клетки, находящиеся в состоянии дисфункции. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature.

В нервных клетках человека, глазной ткани и глазах мышей передаваемые энергетические единицы накапливаются внутри нужных клеток, а не распространяются случайным образом.

В Базельском институте молекулярной и клинической офтальмологии (IOB) Ботонд Роска и его коллеги показали, что сконструированные связывающие вещества могут обеспечивать избирательное поглощение.

Наиболее выраженный эффект наблюдался в нервных клетках человека, где примерно девять из десяти целевых клеток были восприимчивы к предоставленным энергетическим единицам, по сравнению с примерно одной из десяти без системы нацеливания. Такая точность оказывается не просто уловкой, а вопросом о том, какие задачи выполняют митохондрии, оказавшись внутри.

Попав внутрь целевых клеток, переданные энергетические единицы оставались неповрежденными и продолжали работать, не разрушаясь. Некоторые из них свободно перемещались внутри клетки, а не задерживались во временных отсеках. Визуализация показала, что они перемещались по клетке и смешивались с собственным источником энергии клетки. 

Это имело значение, потому что клетки получают пользу только в том случае, если переданные части действительно участвуют в процессе и помогают вырабатывать энергию. Для доставки энергии к различным типам клеток система использовала три простых способа направления энергетических блоков в нужное место.

Один подход заключался в маркировке принимающей ячейки, другой — в маркировке пожертвованных частей, а третий напрямую связывал их между собой. Благодаря такому подходу, почти во всех случаях удалось достичь некоторых клеток иммунной системы человека при более высоких дозах.

Наличие нескольких вариантов упростило адаптацию метода к различным органам и состояниям. Эффективность доставки повышалась, когда направляющие сигналы были достаточно сильными, чтобы прикрепляться к нужным клеткам, но не к неправильным. Усиление одного из этих сигналов позволило добиться слабого результата, обеспечив четкое и стабильное выполнение задачи в меньших объемах.

Другой сигнал продемонстрировал аналогичные улучшения, особенно при использовании меньших доз. Тем не менее, до некоторых клеток по-прежнему было сложнее добраться, что показало пределы возможностей улучшения направленного воздействия.

Результаты подтвердились и при переходе от простых лабораторных чашек к более сложным тканевым системам. В образцах донорской ткани человеческого глаза энергетические единицы получили гораздо больше клеток-мишеней, чем в контрольных условиях.

В лабораторных условиях на моделях глазной ткани и кровеносных сосудов наблюдались схожие закономерности: доставка осуществлялась преимущественно к целевым типам клеток. Эти тесты имели значение, потому что реальные ткани более плотные и сложные, что часто выявляет проблемы, которые могут быть упущены при использовании более простых установок.

Затем команда провела исследование нервных клеток, выращенных от пациента с редким наследственным заболеванием, вызывающим потерю зрения. После обработки поврежденные клетки стали вырабатывать больше полезной энергии, что свидетельствует о работоспособности пересаженных клеток. Когда клетки были подвергнуты более стрессовому воздействию, выживаемость в экспериментальной группе увеличилась примерно на 24%.

«Наша цель — превратить эту технологию в терапию, способную восстановить здоровье и функции клеток у пациентов, страдающих от этих разрушительных заболеваний», — сказал Роска.

В ходе экспериментов на мышах исследователи проверили, может ли тот же подход защитить нервные клетки, отвечающие за зрение, после травмы. Через сутки после повреждения зрительного нерва доставленные энергетические единицы проникли в большинство целевых клеток, тогда как без предварительного облучения — лишь в небольшую их часть. Спустя десять дней в обработанных глазах оставалось гораздо больше живых клеток, чем в необработанных.

В обработанной сетчатке также сохранилось больше светочувствительных нейронов и наблюдалось меньшее разрастание аксонов — характерного повреждения, наблюдаемого при разрыве нервных волокон.

Более ранние исследования по трансплантации предполагали, что здоровые митохондрии могут помочь клеткам, находящимся в состоянии стресса, но неточная направленность делала эту область исследований неточной.

Клетки глаза, мозга и сердца страдают на ранних стадиях, когда митохондрии выходят из строя из-за высоких энергетических потребностей. Нанесение простого покрытия помогло уменьшить нежелательное прилипание в одном из тестов на иммунные клетки, повысив точность без снижения доставки к целевым клеткам.

Улучшенный контроль позволит снизить дозы, уменьшить потери и снизить негативное воздействие на клетки, не нуждающиеся в лечении. Даже убедительные предварительные результаты не устраняют практических трудностей, связанных с превращением этого подхода в реальное лечение. Для некоторых вариантов требовалась модификация либо предоставленных деталей, либо целевых ячеек, что могло затруднить производство и повторное использование.

В ходе испытаний на людях использовались образцы, полученные от одного донора, а безопасность была подтверждена только на животных, а не на людях.  В будущих исследованиях необходимо будет продемонстрировать долговременный эффект, воздействие на более глубокие ткани и подтвердить эффективность лечения в течение длительного времени.Система показала, что эти пожертвованные энергетические блоки можно направлять в проблемные клетки и использовать там, где это необходимо.

Если последующие исследования подтвердят устойчивый эффект и безопасность применения, митохондриальная терапия, наконец, может стать достаточно целенаправленной для лечения конкретных заболеваний.