Wenn wir neue Kraft tanken müssen, machen wir vielleicht Urlaub oder entspannen im Spa. Aber was wäre, wenn wir unsere Energie auf Zellebene tanken könnten, indem wir mit den mikroskopischen Bausteinen, aus denen der menschliche Körper besteht, Alterung und Krankheiten bekämpfen?
Die Fähigkeit, Zellen zu regenerieren, nimmt mit zunehmendem Alter oder bei Erkrankungen ab. Mitochondrien spielen eine zentrale Rolle bei der Energieproduktion. Wenn die Funktion der Mitochondrien nachlässt, führt dies zu Müdigkeit, Gewebedegeneration und beschleunigter Alterung. Aktivitäten, die früher nur minimale Erholung erforderten, dauern heute viel länger, was die Rolle dieser Organellen bei der Aufrechterhaltung der Vitalität und der allgemeinen Gesundheit unterstreicht.
Während sich aktuelle Behandlungen für Altersbeschwerden und Krankheiten wie Typ-2-Diabetes, Alzheimer und Parkinson auf die Linderung der Symptome konzentrieren, haben Forscher der Texas A&M University einen neuen Ansatz gewählt, um den Kampf an der Quelle zu gewinnen: Sie laden die Energie der Mitochondrien durch Nanotechnologie wieder auf.
Unter der Leitung von Dr. Abhay Singh, einem Postdoktoranden für Biomedizintechnik im Gaharwar Laboratory der Texas A&M University, hat das Team Nanoblumen aus Molybdändisulfid (MoS₂) entwickelt. Diese Nanopartikel, die nach ihrer blumenähnlichen Struktur benannt sind, enthalten atomare Leerstellen, die die Regeneration der Mitochondrien stimulieren und so den Zellen helfen können, mehr Energie zu erzeugen.
Das Team veröffentlicht ihre Erkenntnisse in Naturkommunikation.
„Diese Erkenntnisse deuten auf eine Zukunft hin, in der es möglich wird, unsere Zellen wieder aufzuladen, die gesunde Lebensspanne zu verlängern und die Prognose für Patienten mit altersbedingten Krankheiten zu verbessern“, sagte Dr. Akhilesh Gaharwar, Tim and Amy Leach Professor und Presidential Impact Fellow im Department of Biomedical Engineering der Texas A&M.
Laut Gaharwar könnten die Nanoblumen neue Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten wie Muskeldystrophie, Diabetes und neurodegenerative Erkrankungen bieten, indem sie die ATP-Produktion, die mitochondriale DNA und die Zellatmung steigern. Sie entdeckten, dass die Atomleerstellen in den Nanoblumen die molekularen Wege stimulieren, die an der mitochondrialen Zellreplikation beteiligt sind.
Zu den Forschungspartnern zählen Lehrkräfte und Studenten der Texas A&M. Dr. Vishal Gohil vom Institut für Biophysik und Biochemie lieferte Einblicke in die Mechanismen, die zu einer Verbesserung der Mitochondrienfunktion führen könnten.
„Diese Entdeckung ist einzigartig“, sagte Dr. Gohil. „Wir verbessern nicht nur die Funktion der Mitochondrien, wir denken die Zellenergie völlig neu. Das Potenzial für die regenerative Medizin ist unglaublich spannend.“
Weitere Mitwirkende der Abteilung für Biomedizintechnik sind Dr. Hatice Ceylan Koydemir, Assistenzprofessorin, und Dr. Irtisha Singh, außerordentliche Assistenzprofessorin in der Abteilung für Molekular- und Zellmedizin. Singh steuerte eine Computeranalyse bei, die wichtige Wege und molekulare Interaktionen enthüllte, die für den Energieschub verantwortlich sind.
„Durch den Einsatz moderner Computertools können wir die verborgenen Muster in den zellulären Reaktionen auf diese Nanomaterialien entschlüsseln und so neue Möglichkeiten für die Präzisionsmedizin erschließen“, sagte Singh. „Es ist, als würden wir den Zellen auf molekularer Ebene die richtigen Anweisungen geben, um ihnen zu helfen, ihre eigenen Kraftwerke – die Mitochondrien – wiederherzustellen.“
Zu den nächsten Schritten des Forschungsteams gehört die Entwicklung einer Methode zur Verabreichung der Nanoblumen an menschliches Gewebe mit dem Ziel einer späteren klinischen Anwendung.
„In der Wissenschaft sind es oft die kleinsten Details, die zu den tiefgreifendsten Entdeckungen führen“, sagte Gaharwar. „Indem wir uns auf das Unsichtbare konzentrieren – wie etwa Atomlücken in Nanomaterialien – entdecken wir neue Wege zur Lösung großer Probleme. Manchmal kommen die wirklichen Durchbrüche dadurch zustande, dass wir tiefer graben und über das Offensichtliche hinausblicken.“
Weitere Informationen:
Kanwar Abhay Singh et al., Atomare Leerstellen von Molybdändisulfid-Nanopartikeln stimulieren die mitochondriale Biogenese, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52276-8