Banbrytande experiment markerar den första framgångsrika leveransen av mitokondrier till leverceller

University of Connecticut -forskaren Dr. George Wu publicerade nyligen en artikel i Journal of Gastroenterology and Hepatology beskriver sitt framgångsrika experiment som levererar mitokondrier till leverceller.

Detta banbrytande experiment markerar första gången forskare någonsin framgångsrikt har infört mitokondrier i specifika celler i levande djur.

Mitokondrier genererar energi från omvandlingen av fettsyror och kolhydrater till koldioxid och vatten, driver celler i hela kroppen. Det finns ett betydande samband mellan mitokondriell skada och olika leversjukdomar. När mitokondrier skadas, de kan inte ge levern tillräckligt med energi för att fungera normalt. Detta resulterar i leverceldöd och leversvikt.

För närvarande, den enda behandlingen för leversvikt är en fullständig organtransplantation. Kirurger utför cirka 8, 000 levertransplantationer per år i USA, men på grund av brist på donatorlever, tusentals fler människor på väntelistan för en transplantation kommer att dö innan de får en.

Med hjälp av sin kunskap om en väl karakteriserad receptor på levern, Wu och hans team visade tidigare att mitokondrier kan beläggas med vissa bärarproteiner som får levern att känna igen dem och ta upp dem. Dessa proteiner har exponerat galaktos, ett slags socker, på deras yta. Galaktosen fungerar som en signal för levern att internalisera det proteinet.

"Vi utnyttjade en normal, naturlig mekanism, "Säger Wu.

Detta dokument finner att friska mitokondriella komplex kan levereras till lever av levande råttor genom enkel intravenös injektion.

Teamet skördade mitokondrier från musprover. Mitokondrierna blandades med en proteinbärare och renades för att bilda komplex som kunde tas in i levern.

Tillsammans med mitokondrier, Wu injicerade en peptid som underlättade frisläppandet av mitokondrier när de väl nått cellerna. Denna peptid gjorde att mitokondrier kunde tas upp i levercellernas cytoplasma snarare än att smälta, vilket är vad levern gör för de flesta molekyler som den internaliserar.

Om du inte har det, mitokondrier kan vara riktade mot leverceller, men de skulle förstöras. "

Dr George Wu, Forskare, University of Connecticut

I slutet av experimentet, Wu och hans kollegor fann att cirka 27% av de totala injicerade mitokondrierna detekterades i levern, en betydande andel för terapeutiskt bruk.

Mindre än 2% hittades i mjälten och mindre än 1% i lungorna, vilket tyder på att upptaget inte var slumpmässigt och jämnt fördelat över alla organ. Med andra ord, forskarna lyckades skapa en proteinbeläggning som gjorde mitokondrier specifikt identifierbara och internaliserade av levern.

Prestationen var långt ifrån en självklarhet, eftersom mitokondrier normalt inte passerar genom blodströmmen. De många potentiellt dödliga hindren gjorde det till en upprörande resa till levern genom vener till hjärtat, lungorna, och slutligen genom artärer till levern och resten av kroppen. De belagda mitokondrierna kunde tydligen överleva kontakt med blodceller, blodproteiner, smala blodkärl, och potentiella attacker från immunsystemet.

"Till mig, Det är ganska häpnadsväckande att vi överhuvudtaget kan upptäcka alla givarmitokondrier, "Säger Wu." När man tänker på alla hinder som kan komma i vägen. "

Även om detta experiment endast mätte de kortsiktiga effekterna av mitokondriell transplantation, det finns potentiella långsiktiga fördelar.

Mitokondrier har sitt eget DNA och RNA, vilket betyder att de kan reproducera sig oberoende av resten av cellen. De transplanterade mitokondrierna kan replikera med cellerna under celldelning.

Alla celler har ett visst antal mitokondrier som de behöver för att upprätthålla sin verksamhet. Wu spekulerar i att celler gradvis kan eliminera de skadade mitokondrierna som de friska, donator mitokondrier ökar i antal tills de har rätt antal friska mitokondrier.

Nästa steg för denna forskning är att testa metoden med råttor som har mitokondriell leverskada. Detta kommer att visa klinisk relevans för potentiellt att utveckla denna teknik för behandling av leversjukdomar.

Denna process har potential att ta itu med ett allvarligt gap i behandlingen av leversjukdomar. Det kan till och med användas för att behandla andra sjukdomar i hela kroppen som påverkas av mitokondriellt fel eller skada.

Wu arbetar nu med UConn's tech transfer group och har fått patent på riktad transplantation av mitokondrier till hepatocyter. Universitetet har lämnat patentskydd på principbeviset hos djur.

• Irritabel tarmsjukdom ökar risken för demens
• Biologisk terapi kan minska risken för allvarlig COVID-19