Ingegnerizzazione dei mitocondri per un migliore rilascio nelle cellule viventi / Engineering mitochondria for improved delivery into living cells

 Ingegnerizzazione dei mitocondri per un migliore rilascio nelle cellule viventi / Engineering mitochondria for improved delivery into living cells

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un nuovo approccio di ingegneria delle superfici, che migliora la stabilità mitocondriale e l'assorbimento cellulare, promette di far progredire le terapie basate sugli organelli.

All'interno di quasi ogni cellula del nostro corpo si trovano minuscole strutture chiamate organelli, che ci mantengono in vita ed in funzione. Tra queste, ci sono molti mitocondri a forma di fagiolo, spesso definiti le centrali energetiche della cellula perché generano l'energia necessaria alla sopravvivenza del nostro organismo. Quando i mitocondri smettono di funzionare correttamente, le conseguenze possono essere gravi e contribuire a malattie che colpiscono il cervello, il cuore ed altri organi vitali.

Molti approcci attuali al trattamento delle malattie mitocondriali si concentrano sulla fornitura del componente chiave mancante, come una proteina od un antiossidante. Ma cosa succederebbe se potessimo introdurre i mitocondri direttamente nelle cellule bersaglio per modularne il metabolismo energetico?

Questa strategia, nota come trapianto mitocondriale, ha suscitato un interesse crescente, ma continua a presentare importanti sfide tecniche. Le preparazioni mitocondriali convenzionali sono fragili, perdono rapidamente la loro funzionalità durante la manipolazione e la conservazione e non vengono facilmente assorbite dalle cellule.

Per superare queste difficoltà, gli scienziati dell'Università di Hokkaido (Sapporo, Giappone) hanno sviluppato un metodo più efficiente per introdurre i mitocondri nelle cellule bersaglio preservandone la funzione di produzione di energia. Il gruppo ha descritto la nuova tecnologia in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Materials Interfaces.

I ricercatori hanno utilizzato un approccio di ingegneria delle superfici che stabilizza i mitocondri e ne migliora la capacità di interagire con le cellule. In questo metodo, i mitocondri isolati vengono prima rivestiti con uno strato protettivo di polietilenglicole (PEG), un materiale ampiamente utilizzato in campo farmaceutico. Questo strato agisce come uno scudo, contribuendo a preservare la struttura mitocondriale e fungendo al contempo da piattaforma per l'attacco di molecole funzionali.

Il gruppo ha quindi aggiunto peptidi in grado di penetrare nelle cellule (CPP) all'estremità esterna di questo strato di PEG. Posizionando questi peptidi lontano dalla membrana mitocondriale, questo approccio ha contribuito a migliorare l'assorbimento mitocondriale ed a preservare l'integrità della membrana mitocondriale esterna in condizioni sperimentali.

Negli esperimenti di laboratorio, i preparati mitocondriali modificati con CPP-PEG sono stati assorbiti dalle cellule in modo più efficiente rispetto ai mitocondri non modificati. Inoltre, le cellule riceventi contenenti i mitocondri modificati hanno successivamente mostrato un'attività respiratoria mitocondriale aumentata.

I ricercatori hanno chiamato il loro nuovo approccio "e-MITO", acronimo di enhanced artificially designed mitochondria (mitocondri artificiali potenziati).

Yuma Yamada, che ha guidato lo studio, ha commentato: "La natura modulare di questo approccio potrebbe rappresentare un vero vantaggio, consentendoci di progettare mitocondri mirati al trattamento di una specifica malattia o tessuto. Questo lavoro rappresenta un primo passo verso un nuovo campo in cui gli organelli stessi fungono da strumenti terapeutici, proprio come geni, proteine ​​e cellule. I materiali derivati ​​dagli organelli potrebbero offrire nuove opportunità per il controllo delle funzioni cellulari in futuro."

ENGLISH

A new surface engineering approach that enhances mitochondrial stability and cellular uptake promises to advance organelle-based therapeutics.

Inside almost every cell in our body are tiny structures called organelles that keep us alive and functioning. Among these are many bean-shaped mitochondria, often referred to as the cell’s power plants because they generate the energy our bodies need to survive. When mitochondria stop working properly, the consequences can be severe, contributing to diseases that affect the brain, heart and other vital organs.

Many current approaches to treating mitochondrial disorders focus on supplying the key missing component, like a protein or antioxidant. But what if we could deliver mitochondria themselves directly into target cells to modulate their energy metabolism?

This strategy, known as mitochondrial transplantation, has attracted growing interest, but it also continues to face major technical challenges. Conventional mitochondrial preparations are fragile, they rapidly lose their function during handling and storage, and are also not easily taken up by cells.

To overcome these challenges, scientists at Hokkaido University (Sapporo, Japan) have developed a more efficient method for delivering mitochondria into target cells in a way that preserves their energy-producing function. The team described the new technology in a paper recently published in Advanced Materials Interfaces.

Yuma Yamada, who led the study, commented: “The modular nature of this approach could be a real advantage that could enable us to design mitochondria targeted to treat a specific disease or tissue. This work represents an early step toward a new field in which organelles themselves serve as therapeutic tools, much like genes, proteins and cells. Organelle-derived materials could offer new opportunities to control cellular functions in the future.”

Da:

https://www.biotechniques.com/bioengineering-biophysics/engineering-mitochondria-for-improved-delivery-into-living-cells/?utm_campaign=BioTechniques%20-%20Daily%20NL&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-9m_jNCSZ5RdiCt37lLp-CXXfHNjAnl2-Im91tLLCE-iTqkYDKoHJHN1YXq7lghQ53SLwUo0tI3h_leZN3Ey-UfM5sbNvJMeZRN7hbd70F2z8scLRg&_hsmi=431952751&utm_content=431886978&utm_source=hs_email