Совершив технологический прорыв, исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха объявили о разработке новой техники, позволяющей трансплантировать митохондрии — крошечные электростанции клетки — из одной живой клетки в другую с беспрецедентной эффективностью.
Подобно тому, как человеческое тело можно разделить на различные органы, такие как сердце, легкие, почки, кишечник или печень, наши клетки также состоят из нескольких взаимодополняющих и взаимозависимых систем. Их называют органеллами, то есть небольшими органами. И так же, как иногда мы можем добавить несколько десятилетий к жизни пациента с заболеванием почек , пересадив здоровую почку, однажды мы сможем омолодить отдельные клетки, пересаживая клеточные компоненты.
С помощью наношприца
Эта перспектива может звучать как научная фантастика, но новые результаты исследовательской группы во главе с Джулией Форхольт из Института микробиологии в ETH Zurich показывают, что теперь она достигла точки технической осуществимости. В своем исследовании, недавно опубликованном в журнале PLOS Biology , группа успешно использовала разработанный ими ранее «наношприц» для пересадки митохондрий из одной живой клетки в другую.
Митохондрии — это крошечные электростанции клетки, в которых происходят процессы клеточного дыхания — процессы, которые первоначально развились у бактерий более 2 миллиардов лет назад. Со временем некоторые бактерии объединились с другими клетками, чтобы сформировать взаимозависимое сообщество в процессе, называемом эндосимбиозом, который сыграл важную роль в эволюционном развитии жизни на Земле. В конечном итоге эндосимбиоз привел к эволюции всех многоклеточных организмов, состоящих из сложных клеток, — от грибов и растений до животных, включая человека.
От нитей до нитей жемчуга
Эндосимбиоз привел к тому, что древние бактерии постепенно превратились в митохондрии, органеллы, ответственные за выработку энергии в современных сложных клетках. В клетках человека митохондрии образуют динамичную нитевидную сеть. «Нити реагируют на отрицательное давление и превращаются в нечто вроде нити жемчуга, от которой впоследствии отщипываются отдельные митохондрии», — говорит ведущий автор статьи Кристоф Гэбелейн.
Используя цилиндрические наношприцы, специально разработанные для этого исследования, исследователи проткнули клеточную мембрану и всосали сферические митохондрии. Затем они проткнули мембрану другой клетки и перекачали митохондрии из наношприца обратно в реципиентную клетку.
Положение наношприца контролируется лазерным излучением переделанного атомно-силового микроскопа. Регулятор давления регулирует поток, позволяя ученым переносить невероятно малые объемы жидкости в диапазоне фемтолитров (миллионные доли миллилитра) во время трансплантации органелл. «И донорские, и акцепторные клетки выживают после этой минимально инвазивной процедуры», — говорит Гэбелейн.
Омоложение клеток
Пересаженные митохондрии также имеют высокую выживаемость — более 80 процентов. В большинстве клеток инъецированные митохондрии начинают сливаться с филаментной сетью новой клетки через 20 минут после трансплантации. «Клетка-хозяин их принимает», — говорит Форхольт. Это верно в большинстве случаев, хотя в некоторых клетках они становятся жертвами системы контроля качества клетки-хозяина и деградируют.
В своей статье исследователи пишут, что «методика, представленная в этой статье, облегчит применение в различных областях исследований в будущем». Вполне возможно, что его можно использовать для омоложения стволовых клеток, метаболическая активность которых снижается с возрастом. Но команда Форхольта в настоящее время преследует другие планы: «Мы хотим понять процессы, которые контролируют взаимодействие различных клеточных компартментов, и мы надеемся понять, как эндосимбиозы развиваются на протяжении эволюции», — говорит Форхольт.
