纳米“充电宝”问世！PNAS：2-4 倍高效供能，受损细胞重获新生

假如把人体细胞比作微型城市，那末线粒体就是这座城市的 “发电厂”。跟着春秋增加、疾病侵袭，这些发电厂会逐步老化、停工，致使整座城市堕入能源危机——这恰是阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病，和心力弱竭、肌肉萎缩等病症的焦点本源。

据统计，全球稀有万万人受线粒体功能障碍相干疾病困扰，血汗管疾病每一年更是致使约 1790 万人灭亡；而跟着生齿老龄化加重，这些 “能源欠缺型” 疾病正成为公共卫生范畴的庞大挑战。传统药物常常只能减缓症状，没法修复细胞的 “发电系统”。

但现在，颁发在国际顶刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》上题为 “Nanomaterial-induced mitochondrial biogenesis enhances intercellular mitochondrial transfer efficiency” 的研究，为完全解决这一问题带来了新但愿。来自德州农工年夜学等机构的科学家们，操纵一种形似花朵的二硫化钼（MoS₂）纳米材料，成功将通俗间充质干细胞（hMSCs）革新成 “线粒体生物工场”，让其能经由过程细胞间 “能量捐赠”，为受损细胞 “充电续命”。

线粒体被称为细胞的 “动力焦点”，负责发生保持生命勾当的能量货泉 ATP。当它数目削减或功能受损时，细胞就会堕入周全能源危机：神经元因能量不足呈现认知阑珊，心肌细胞因动力匮乏致使缩短无力，肌肉细胞因供能欠缺激发肌无力。更辣手的是，受损线粒体还会释放年夜量活性氧（ROS），加快细胞衰老乃至凋亡。今朝的医治方式年夜多逗留在减缓症状层面，没法从底子上重建细胞的 “发电收集”。

其实天然界中，细胞早已进化出彼此救助的本能——健康细胞会经由过程纳米级的地道 nanotubes（TNTs），向受损邻人 “捐赠” 健康线粒体。但这个天然进程效力极低，就像停电城市里只有少数家庭有发机电，还只能分出零散电力，底子没法应对严重的细胞毁伤。而MoS₂纳米花的呈现，完全改变了这一场合排场。

这类花状布局的纳米材料，焦点奥秘在在其概况的原子级空位。当这些 “纳米花” 进入间充质干细胞后，会马上阐扬两重感化：一方面，原子空位能高效断根细胞内的有害 ROS，削减氧化毁伤；另外一方面，这类断根感化会激活细胞内的 SIRT1 旌旗灯号通路，进而上调 PGC-1α 和 TFAM 等要害份子——这两种份子是线粒体生物产生的 “总开关”，能启动线粒体的 “批量出产”。

尝试成果显示，颠末MoS₂纳米花处置的干细胞，线粒体 DNA（mtDNA）拷贝数翻倍，线粒体质量显著增添，真正酿成了高效运转的 “线粒体生物工场”。更主要的是，这些干细胞向受损细胞转移线粒体的效力晋升了 2-4 倍，对心肌细胞、光滑肌细胞等能量需求高的细胞，转移效力乃至能到达本来的 3-4 倍。

尺寸可调二硫化钼纳米花的合成与表征

在细胞尝试中，这些 “超等供能干细胞” 揭示出了惊人的修复能力。面临抗霉素 A（按捺线粒体复合体 III）、CCCP（粉碎线粒体膜电位）等引诱的毁伤，接管线粒体捐赠的受损细胞，ATP 产量快速恢复到正常程度，线粒体 ROS 程度显著下降，膜电位也逐步不变；针对化疗药物多柔比星（Doxorubicin）致使的心脏毒性——这是临床化疗中常见的严重副感化，“线粒体生物工场” 捐赠的健康线粒体，能显著下降心肌成纤维细胞的凋亡率，削减凋亡引诱因子（AIF）释放，同时几近完全断根线粒体特异性 ROS，让受损心肌细胞重获活力。

更使人欣慰的是，MoS₂纳米花具有极高的生物相容性，其对折按捺浓度（IC₅₀）高达 200-250μg/mL，在有用浓度下不会影响细胞周期，且纳米花自己不会被转移到受体细胞，仅在供体干细胞内阐扬感化，平安性获得充实验证。

这项手艺的冲破的地方，在在它没有强行向细胞注入外源线粒体，而是经由过程纳米材料叫醒细胞本身的修复潜能，奇妙 “借力打力”。与现有方式比拟，它的优势十分凸起：一是感化机制精准，经由过程激活自然旌旗灯号通路，避免外源物资排挤；二是转移效力高，针对分歧类型受损细胞实现 2-4 倍供能晋升；三是合用规模广，对神经、心脏、肌肉等多种组织的受损细胞均有用；四是平安性优良，纳米材料生物相容性好，无较着毒副感化。

虽然今朝仍处在细胞尝试阶段，但它的利用前景已使人振奋：在神经退行性疾病范畴，可为阿尔茨海默病、帕金森病患者的受损神经元弥补能量，延缓认知阑珊；在血汗管范畴，能帮忙心肌梗身后的缺血心肌细胞恢复动力，增进心脏修复；在肌肉疾病范畴，可医治春秋相干性肌肉流掉和肌营养不良症；在肿瘤医治中，还能减轻化疗药物对正常细胞的线粒体毁伤，晋升患者糊口质量。

跟着生齿老龄化趋向加重，开辟能从底子上修复细胞 “发电系统” 的手艺愈发火急。这项研究让我们看到了但愿——将来也许只需将颠末MoS₂纳米花预处置的干细胞，精准输送到受损组织，就可以为衰老或病变的细胞 “充电续命”。

从天然的细胞合作到纳米手艺的精准赋能，科学家们正在改写线粒体相干疾病的医治法则，也许不久的未来，那些因 “能源危机” 濒临停工的细胞，都能经由过程这类 “能量同享” 重获新生。（Bioon.com）

参考文献：

John Soukar,Kanwar Abhay Singh,Ari Aviles, et al. Nanomaterial-induced mitochondrial biogenesis enhances intercellular mitochondrial transfer efficiency. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi:10.1073/pnas.2505237122.