Sviluppato un nuovo metodo per ringiovanire le cellule umane vecchie e danneggiate / New Method Developed To Rejuvenate Old and Damaged Human Cells
Sviluppato un nuovo metodo per ringiovanire le cellule umane vecchie e danneggiate / New Method Developed To Rejuvenate Old and Damaged Human Cells
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori biomedici della Texas A&M University potrebbero aver scoperto un modo per arrestare od addirittura invertire il declino della produzione di energia cellulare: una scoperta che potrebbe avere effetti rivoluzionari in tutta la medicina.
Il dott. Akhilesh K. Gaharwar e lo studente di dottorato John Soukar, insieme ai loro colleghi ricercatori del Dipartimento di Ingegneria biomedica, hanno sviluppato un nuovo metodo per fornire alle cellule danneggiate nuovi mitocondri, riportando la produzione di energia ai livelli precedenti ed aumentando notevolmente la salute delle cellule.
Il declino mitocondriale è legato all'invecchiamento, alle malattie cardiache ed ai disturbi neurodegenerativi. Migliorare la capacità naturale dell'organismo di sostituire i mitocondri usurati potrebbe contrastare tutti questi problemi.
Con l'invecchiamento od il danneggiamento di malattie degenerative come l'Alzheimer o l'esposizione a sostanze dannose come i farmaci chemioterapici, le cellule umane iniziano a perdere la loro capacità di produrre energia. Il problema è la diminuzione del numero di mitocondri, piccole strutture simili a organi all'interno delle cellule, responsabili della produzione della maggior parte dell'energia utilizzata dalle cellule. Dalle cellule cerebrali a quelle muscolari, con la diminuzione del numero di mitocondri, diminuisce anche la salute delle cellule, fino a quando non sono più in grado di svolgere le loro funzioni.
Lo studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha utilizzato una combinazione di particelle microscopiche a forma di fiore, chiamate nanofiori, e cellule staminali. In presenza di questi nanofiori, le cellule staminali hanno prodotto il doppio della quantità normale di mitocondri. Quando queste cellule staminali potenziate sono state posizionate vicino a cellule danneggiate od invecchiate, hanno trasferito i mitocondri in eccesso alle cellule vicine danneggiate.
Grazie alla presenza di nuovi mitocondri, le cellule precedentemente danneggiate hanno riacquistato la capacità di produrre energia e di funzionare. Le cellule ringiovanite hanno mostrato livelli di energia ripristinati e hanno resistito alla morte cellulare, anche dopo l'esposizione ad agenti dannosi come i farmaci chemioterapici.
"Abbiamo addestrato le cellule sane a condividere le loro batterie di riserva con quelle più deboli", ha affermato Gaharwar, professore di ingegneria biomedica. "Aumentando il numero di mitocondri nelle cellule donatrici, possiamo aiutare le cellule invecchiate o danneggiate a ritrovare la loro vitalità, senza alcuna modifica genetica o farmacologica".
Mentre le cellule scambiano naturalmente alcuni mitocondri, le cellule staminali potenziate dai nanofiori, soprannominate biofabbriche mitocondriali, hanno trasferito da due a quattro volte più mitocondri rispetto a quelle non trattate.
"L'aumento di efficienza di diverse volte è stato superiore alle nostre aspettative", ha affermato Soukar, autore principale dello studio. "È come dare una nuova batteria a un vecchio dispositivo elettronico. Invece di buttarle via, sostituiamo le batterie completamente cariche delle cellule sane con quelle malate".
Esistono altri metodi per aumentare il numero di mitocondri nelle cellule, ma presentano svantaggi significativi. I farmaci richiedono dosi frequenti e ripetute perché sono composti da molecole più piccole che vengono rapidamente eliminate dalle cellule. Le nanoparticelle più grandi (che hanno un diametro di circa 100 nanometri) rimangono nella cellula e continuano a promuovere la creazione di mitocondri in misura maggiore. Ciò significa che le terapie create con questa tecnologia potrebbero potenzialmente richiedere solo somministrazioni mensili.
"Si tratta di un primo ma entusiasmante passo verso la rigenerazione dei tessuti invecchiati utilizzando i loro meccanismi biologici", ha affermato Gaharwar. "Se riuscissimo a potenziare in modo sicuro questo sistema naturale di condivisione dell'energia, un giorno potremmo contribuire a rallentare od addirittura invertire alcuni effetti dell'invecchiamento cellulare".
Le nanoparticelle stesse sono costituite da bisolfuro di molibdeno, un composto inorganico in grado di assumere numerose possibili forme bidimensionali su scala microscopica. Il Gaharwar Lab è uno dei pochi gruppi ad aver esplorato le applicazioni biomediche del bisolfuro di molibdeno.
Il potenziale terapeutico delle cellule staminali è stato al centro di ricerche all'avanguardia nella rigenerazione dei tessuti. L'utilizzo di nanofiori per potenziare le cellule staminali potrebbe essere il prossimo passo per renderle ancora più efficaci.
Uno dei principali vantaggi è la potenziale versatilità del metodo. Sebbene l'approccio debba ancora essere esplorato a fondo, potrebbe, in linea di principio, trattare la perdita di funzionalità nei tessuti di tutto il corpo.
"Si potrebbero iniettare le cellule in qualsiasi punto del paziente", ha detto Soukar. "Quindi, per la cardiomiopatia, si possono trattare direttamente le cellule cardiache, inserendo le cellule staminali direttamente nel cuore o nelle sue vicinanze. Se si soffre di distrofia muscolare, è possibile iniettarle direttamente nel muscolo. È una soluzione piuttosto promettente in termini di possibilità di utilizzo per un'ampia varietà di casi, e questo è solo l'inizio. Potremmo lavorarci all'infinito e scoprire nuove soluzioni e nuovi trattamenti ogni giorno."
ENGLISH
The new method boosts stem cells to transfer mitochondria into aging or injured cells, restoring energy and resisting cell death.
Biomedical researchers at Texas A&M University may have discovered a way to stop or even reverse the decline of cellular energy production — a finding that could have revolutionary effects across medicine.
Dr. Akhilesh K. Gaharwar and Ph.D. student John Soukar, along with their fellow researchers from the Department of Biomedical Engineering, have developed a new method to give damaged cells new mitochondria, returning energy output to its previous levels and dramatically increasing cell health.
Mitochondrial decline is linked to aging, heart disease and neurodegenerative disorders. Enhancing the body's natural ability to replace worn-out mitochondria could fight all of them.
As human cells age or are injured by degenerative disorders like Alzheimer's or exposure to damaging substances like chemotherapy drugs, they begin to lose their ability to produce energy. The culprit is a decrease in the number of mitochondria — small, organ-like structures within cells responsible for producing most of the energy cells use. From brain cells to muscle cells, as the number of mitochondria drops, so does the health of the cells, until they can no longer carry out their functions.
The study, published in Proceedings of the National Academy of Sciences, used a combination of microscopic flower-shaped particles — called nanoflowers — and stem cells. In the presence of these nanoflowers, the stem cells produced twice the normal amount of mitochondria. When these boosted stem cells were placed near damaged or aging cells, they transferred their surplus mitochondria to their injured neighbors.
With new mitochondria, the previously damaged cells regained energy production and function. The rejuvenated cells showed restored energy levels and resisted cell death, even after exposure to damaging agents such as chemotherapy drugs.
"We have trained healthy cells to share their spare batteries with weaker ones," said Gaharwar, a professor of biomedical engineering. "By increasing the number of mitochondria inside donor cells, we can help aging or damaged cells regain their vitality — without any genetic modification or drugs."
While cells naturally exchange some mitochondria, the nanoflower-boosted stem cells — nicknamed mitochondrial bio factories — transferred two to four times more mitochondria than untreated ones.
"The several-fold increase in efficiency was more than we could have hoped for," said Soukar, lead author of the paper. "It's like giving an old electronic a new battery pack. Instead of tossing them out, we are plugging fully-charged batteries from healthy cells into diseased ones."
Other methods of boosting the number of mitochondria in cells exist, but have significant drawbacks. Medications require frequent, repeated doses because they are composed of smaller molecules that are quickly eliminated from cells. The larger nanoparticles (which are roughly 100 nanometers in diameter) remain in the cell and continue promoting the creation of mitochondria to a greater extent. This means therapies created from the technology could potentially only require monthly administration.
"This is an early but exciting step toward recharging aging tissues using their own biological machinery," Gaharwar said. "If we can safely boost this natural power-sharing system, it could one day help slow or even reverse some effects of cellular aging."
The nanoparticles themselves are made of molybdenum disulfide, an inorganic compound capable of holding many possible two-dimensional forms at a microscopic scale. The Gaharwar Lab is one of the few groups to explore molybdenum disulfide’s biomedical applications.
The therapeutic potential of stem cells has been a hotbed of cutting-edge research in tissue regeneration. Using nanoflowers to boost stem cells could be the next step in making these cells even better at what they do.
One of the major benefits is the method’s potential versatility. While the approach has yet to be fully explored, it could, in principle, treat loss of function in tissues across the body.
"You could put the cells anywhere in the patient," Soukar said. "So for cardiomyopathy, you can treat cardiac cells directly — putting the stem cells directly in or near the heart. If you have muscular dystrophy, you can inject them right into the muscle. It's pretty promising in terms of being able to be used for a whole wide variety of cases, and this is just kind of the start. We could work on this forever and find new things and new disease treatments every day."
Da:
https://www.technologynetworks.com/tn/news/new-method-developed-to-rejuvenate-old-and-damaged-human-cells-407324?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-_sZBDLdUCAEbWIYzI_ljNZviOqS6wIX0pAEo03A1fuWvsWrLIGjAyd0KSjoPtPomoAQqwROziYKGtfKy3T-nv-LLPdgV27b3PPkhYsRrx9QrUDmPk&_hsmi=391363160&utm_content=391363160&utm_source=hs_email
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