تولید 854 برابر میتوکندری بیشتر برای درمان آرتروز

دانشمندان یک روش مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای تولید میتوکندری‌های با کیفیت بالا در مقیاس وسیع توسعه داده‌اند که می‌تواند درمان‌های مؤثری برای آرتروز و سایر بیماری‌های مرتبط با اختلالات میتوکندریایی ارائه دهد.

به گزارش ساینس دیلی، محققان یک روش نوآورانه برای تولید انبوه میتوکندری‌های انسانی با کیفیت بالا ابداع کرده‌اند که این پیشرفت می‌تواند درمان‌های بیماری‌های تخریبی را متحول کند. با بهینه‌سازی شرایط کشت سلول‌های بنیادی، دانشمندان توانستند تولید میتوکندری را تا ۸۵۴ برابر افزایش دهند و در عین حال خروجی انرژی آنها را نیز به طور قابل توجهی افزایش دهند.

این میتوکندری‌های تولید شده در آزمایشگاه اثرات درمانی چشمگیری نشان دادند، به ویژه در مدل‌های آرتروز که موجب تسریع بازسازی غضروف شدند. این پیشرفت یکی از چالش‌های بزرگ در پیوند میتوکندری را برطرف می‌کند: کمبود و کیفیت متغیر میتوکندری‌های اهدا شده.

علاوه بر پتانسیل بالینی این مطالعه، دیدگاه‌های جدیدی در خصوص تنظیم انرژی سلولی به دست داده است. این تحقیق نشان می‌دهد که سلول‌ها می‌توانند مجدداً برنامه‌ریزی شوند تا تولید میتوکندری را در اولویت قرار دهند و این امکان را برای درمان طیف وسیعی از شرایط مرتبط با اختلالات میتوکندریایی، از جمله بیماری‌های مفصلی و بیماری‌های قلبی فراهم می‌آورد.

اختلالات میتوکندریایی عامل مشترک بسیاری از بیماری‌ها از جمله آرتروز، نارسایی قلبی و اختلالات متابولیک است. در حالی که پیوند میتوکندری به عنوان یک روش امیدوارکننده برای بازگرداندن عملکرد بافت‌ها به شمار می‌رود، پتانسیل بالینی آن به شدت محدود شده است به دلیل کمبود میتوکندری‌های قابل استفاده. روش‌های کنونی بر استخراج میتوکندری از بافت‌های اهدایی تکیه دارند که تنها مقادیر محدودی میتوکندری با کیفیت متغیر تولید می‌کنند که برای یک درمان کافی است. علاوه بر این، ساختار پیچیده میتوکندری تولید مصنوعی آنها را به یک چالش بزرگ تبدیل کرده است.

با توجه به تقاضای زیاد—تا یک میلیارد میتوکندری برای هر بیمار—روش‌های موجود از لحاظ تأمین نیاز‌های درمانی ناکافی هستند. محققان با شناسایی این محدودیت‌ها به دنبال راه‌حلی پایدار و مقیاس‌پذیر برای تولید میتوکندری‌های با کیفیت بالا مناسب برای کاربرد‌های بالینی بودند.

درون محیط "میتو-کاندیشن"

در یک مطالعه جدید که در مجله Bone Research منتشر شد، تیمی از دانشگاه پزشکی ژجیانگ یک سیستم مبتنی بر سلول‌های بنیادی ابداع کرده‌اند که به عنوان "کارخانه میتوکندری" عمل می‌کند. با استفاده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسانی و یک محیط کشت ویژه به نام "میتو-کاندیشن"، این تیم توانستند افزایش بی‌نظیری در مقدار و کیفیت میتوکندری‌ها به دست آورند.

این میتوکندری‌ها عملکرد تولید انرژی فوق‌العاده‌ای داشتند و در مدل‌های آرتروز موجب بازسازی غضروف شدند. این روش نوآورانه نه تنها موانع کلیدی در پیوند میتوکندری را برطرف می‌کند بلکه درک ما از تنظیم ارگانل‌های سلولی را نیز گسترش می‌دهد و افق‌های جدیدی را در پزشکی بازسازی‌شده باز می‌کند.

در این دستاورد، محیط کشت "میتو-کاندیشن" که شامل نه جزء ضروری از جمله فاکتور‌های رشد و لیزات پلاکتی انسانی است، به منظور بهینه‌سازی تولید میتوکندری طراحی شده است. این روش در تنها ۱۵ روز توانست ۸۵۴ برابر بیشتر از روش‌های معمول میتوکندری تولید کند و در عین حال از قابلیت بقای سلول‌های بنیادی نیز محافظت کند. میتوکندری‌های تولید شده عملکرد استثنایی داشتند و پنج و هفت دهم برابر بیشتر از میتوکندری‌های طبیعی ATP تولید کردند و عملکرد آنها حتی پس از جداسازی ثابت ماند.

مطالعات مکانیکی نشان داد که محیط "میتو-کاندیشن" مسیر AMPK، یک حسگر انرژی سلولی مهم را فعال می‌کند که موجب افزایش تولید ژن‌های بیوژنز میتوکندری مانند TFAM می‌شود. جالب اینجاست که سلول‌هایی که در این فرآیند قرار گرفتند، فعالیت‌های انرژی‌بر مانند اتوفاژی و ترشح را کاهش داده و به طور مؤثری تولید میتوکندری را در اولویت قرار دادند. میکروسکوپ الکترونی انتقالی ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد میتوکندری‌های تولید شده در آزمایشگاه را تأیید کرد که در فرم گرد و تعداد بیشتری نسبت به میتوکندری‌های طبیعی مشاهده می‌شدند.

تأثیر درمانی و قابلیت بالینی

در مدل‌های آرتروز، پیوند این میتوکندری‌های پیشرفته منجر به تعمیر قابل توجه غضروف در طول یک دوره ۱۲ هفته‌ای شد که از کارآیی درمان‌های معمولی میتوکندری فراتر رفت. علاوه بر این، میتوکندری‌ها پایداری ذخیره‌سازی چشمگیری از خود نشان دادند و عملکرد آنها به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۴ درجه سانتی‌گراد حفظ شد که این ویژگی برای کاربرد‌های بالینی واقعی بسیار حائز اهمیت است. مفهوم تنظیم ارگانل‌ها که در این مطالعه معرفی شده است، می‌تواند به طور بالقوه برای تولید دیگر اجزای سلولی خاص تطبیق داده شود و افق‌های جدیدی در مهندسی سلول و کاربرد‌های درمانی باز کند.

هونگ‌وی اویانگ، نویسنده مسئول این مطالعه، گفت:"این کار نمایشی از تغییر پارادایم در توانایی ما برای تولید میتوکندری درمانی است. با برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بنیادی به کارخانه‌های میتوکندری بسیار کارآمد، ما مشکل تأمین میتوکندری را که مانع کاربرد‌های بالینی بوده است، حل کرده‌ایم. محیط میتو-کاندیشن نه تنها تولید میتوکندری را تقویت می‌کند بلکه کیفیت آنها را نیز بهبود می‌بخشد که به طور مستقیم به نتایج درمانی بهتر منجر می‌شود. این پلتفرم پتانسیل انقلاب در استراتژی‌های درمانی بیماری‌های تخریبی ناشی از اختلالات میتوکندریایی را دارد."

بیشترین کاربرد فوری این فناوری در درمان آرتروز است، جایی که یک راه‌حل بازسازی امیدوارکننده ارائه می‌دهد. با این حال، تأثیر آن فراتر از اختلالات مفصلی است و ممکن است برای بیماری‌هایی مانند بیماری‌های قلبی، اختلالات عصبی و بهبود زخم‌ها نیز مفید باشد. با امکان تولید انبوه میتوکندری‌های استاندارد و با کیفیت بالا، این پیشرفت می‌تواند پیوند میتوکندری را از یک مفهوم تجربی به یک درمان بالینی گسترده تبدیل کند.

علاوه بر این، رویکرد تنظیم ارگانل معرفی‌شده در این مطالعه ممکن است به عنوان الگویی برای تولید دیگر اجزای سلولی خاص عمل کند و امکانات جدیدی را در پزشکی مبتنی بر سلول باز کند.

اگرچه چالش‌هایی در تصفیه مکانیزم‌های تحویل و ارزیابی اثرات طولانی‌مدت باقی است، این پیشرفت گامی مهم در علم پزشکی بازسازی‌شده است و امید‌های جدیدی را برای میلیون‌ها نفر که از بیماری‌های مرتبط با میتوکندری رنج می‌برند به ارمغان می‌آورد.

انتهای پیام/