Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass sich menschliche Zellen wirksam „aufladen“ lassen, indem ihre inneren Batterien – mikroskopisch kleine Kraftwerke namens Mitochondrien – ersetzt werden. Die Entdeckung könnte weitreichende Vorteile für die Gesundheitsversorgung und medizinische Behandlungen bringen.
Die Mitochondrienvorräte in den meisten unserer Zellen nehmen im Laufe des Alters auf natürliche Weise ab, arbeiten langsamer und verschleißen. Sobald sie nicht mehr mit voller Leistungsfähigkeit funktionieren, können sie zu zahlreichen Erkrankungen beitragen – vom Herzen bis zum Gehirn.
In der aktuellen Studie verwendete ein Forschungsteam der Texas A&M University spezielle blumenförmige Partikel, sogenannte Nanoblumen. Diese fangen schädliche Sauerstoffmoleküle ab und aktivieren dadurch Gene, welche die Zahl der Mitochondrien in menschlichen Stammzellen erhöhen.
Nanoblumen steigern die Mitochondrienproduktion
Entscheidend ist, dass diese energiegestärkten Stammzellen ihre Mitochondrien anschließend an alte und geschädigte Nachbarzellen weitergeben konnten. Es handelt sich eher um einen Batterietausch als um ein Aufladen, ermöglicht jedoch bereits funktionsunfähigen Zellen, ihre Arbeit wieder aufzunehmen.
„Wir haben gesunde Zellen darauf trainiert, ihre überschüssigen Batterien mit schwächeren Zellen zu teilen“, sagt der Biomedizintechniker Akhilesh Gaharwar.
„Indem wir die Anzahl der Mitochondrien in Spenderzellen erhöhen, können wir alternden oder geschädigten Zellen helfen, ihre Vitalität zurückzugewinnen – ganz ohne genetische Veränderungen oder Medikamente.“
Im untenstehenden Video erhalten Empfängerzellen (grün) neue Mitochondrien (rot) von gesunden Stammzellen. (Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Akhilesh K. Gaharwar)
Die Nanoblumen bestehen aus der Verbindung Molybdändisulfid und wurden mit winzigen Öffnungen entwickelt. Dadurch wirken sie wie Schwämme, die belastende reaktive Sauerstoffspezies im Zielgewebe aufnehmen können. Die Entfernung dieser Moleküle löste offenbar die Expression jener Gene aus, welche die Mitochondrienproduktion in den Stammzellen des Experiments deutlich steigern.
Stammzellen geben Mitochondrien an geschädigte Zellen weiter
Stammzellen sind von Natur aus darauf ausgelegt, Mitochondrien weiterzugeben. In diesen Laborversuchen verfügten sie allerdings über wesentlich mehr Kraftwerke als üblich, die sie abgeben konnten. Das verstärkte den Aufladungseffekt bei anderen Zellen.
Nach Angaben der Forschenden wurden etwa doppelt so viele Mitochondrien übertragen wie normalerweise zu erwarten wäre. Glatte Muskelzellen, die im Herzen vorkommen, nahmen um das Drei- bis Vierfache zu. Bei Herzzellen, die einer schädigenden Chemotherapie ausgesetzt waren, verbesserte sich die Überlebensrate der behandelten Zellen deutlich.
Die Forschenden gehen davon aus, dass sich der Ansatz zur Verjüngung von Zellen an unterschiedlichen Stellen im Körper einsetzen lassen könnte: beispielsweise in Herznähe bei Herz-Kreislauf-Problemen oder direkt im Muskel bei Muskeldystrophie.
„Es ist äußerst vielversprechend, weil es bei einer ganzen Reihe unterschiedlicher Fälle eingesetzt werden könnte, und das ist gewissermaßen erst der Anfang“, sagt der Genetiker John Soukar.
„Wir könnten ewig daran arbeiten und jeden Tag neue Erkenntnisse und neue Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten finden.“
Weitere Tests an Tieren und Menschen erforderlich
All dies ist sehr positiv, doch die Forschenden räumen selbst ein, dass sie noch am Anfang stehen. Zwar stützt die aktuelle Studie die Möglichkeit, mit Nanopartikeln den Mitochondrientransfer zu verbessern, als Nächstes muss das Verfahren jedoch bei Tieren und Menschen funktionieren.
Künftige Tests sollen genauer zeigen, an welchen Stellen im Körper die nützlichen Stammzellen implantiert werden könnten und welche Dosierung sicher sowie angemessen wäre. Auch die langfristigen Auswirkungen des Verfahrens müssen noch untersucht werden.
„Dies ist ein früher, aber aufregender Schritt hin zu einer Aufladung alternder Gewebe mithilfe ihrer eigenen biologischen Mechanismen“, sagt Gaharwar.
„Wenn wir dieses natürliche System zum Teilen von Energie sicher verstärken können, könnte es eines Tages helfen, einige Folgen der zellulären Alterung zu verlangsamen oder sogar umzukehren.“
Die Forschung wurde in PNAS veröffentlicht.
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