Strategie promițătoare pentru bolile asociate disfuncției mitocondriale

Un studiu publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences la data de 9 decembrie 2025 arată că nanoflorile de disulfură de molibden (MoS₂) pot stimula biogeneza mitocondrială în celulele stem mezenchimale umane, crescând eficiența transferului de mitocondrii funcționale către celule aflate în stres energetic. Cercetarea arată că această strategie poate repara direct disfuncția mitocondrială, la nivel celular.

Context

Mitocondriile sunt organite esențiale, responsabile de producerea adenozin trifosfatului prin respirație celulară, dar și implicate în metabolismul celular, homeostazia redox și reglarea apoptozei. Disfuncția mitocondrială contribuie la un spectru larg de patologii, incluzând bolile cardiovasculare, bolile neurodegenerative și erorile congenitale de metabolism.

În ciuda importanței clinice majore, opțiunile terapeutice sunt limitate. Mai puțin de un sfert dintre studiile clinice înregistrate pentru bolile mitocondriale evaluează molecule experimentale, iar doar 10 studii au ajuns în faza III, cu un singur studiu finalizat până în prezent. Majoritatea terapiilor disponibile vizează ameliorarea simptomelor, fără a corecta defectul energetic de bază.

Un mecanism biologic emergent este transferul intercelular de mitocondrii, observat atât in vitro, cât și in vivo. Celulele stem mezenchimale sunt considerate donatori ideali de mitocondrii sănătoase datorită:

• necesarului energetic scăzut,

• accesibilității din multiple surse tisulare,

• manipulării relativ simple în laborator.

Totuși, rata limitată de transfer mitocondrial reduce potențialul terapeutic al acestei abordări.

Despre studiul actual

Design și obiectiv

Studiul a avut ca obiectiv dezvoltarea unei strategii nanoterapeutice care să transforme celulele stem mezenchimale umane în surse eficiente de mitocondrii funcționale, prin stimularea biogenezei mitocondriale și creșterea capacității de transfer intercelular.

Sinteza și caracterizarea nanoflorilor MoS₂

Cercetătorii au sintetizat nanoflori de disulfură de molibden cu dimensiuni cuprinse între 50 și 250 nanometri, prin ajustarea:

• raportului molar molibden–sulf,

• temperaturii de reacție (120–200 °C),

• timpului de reacție hidrotermală (6–18 ore).

Constatări esențiale:

• temperaturi sub 140 °C și timpi sub 6 ore nu permit formarea structurii de nanofloare;

• probele obținute în condiții incomplete au fost excluse;

• analiza prin difracție de raze X a confirmat structura cristalină hexagonală MoS₂;

• spectroscopia fotoelectronilor de raze X a confirmat puritatea materialului.

Toate nanoflorile au prezentat:

• sarcină de suprafață negativă, diminuată în mediu celular prin adsorbția proteinelor;

• citocompatibilitate ridicată la concentrații sub 100 micrograme per mililitru;

• valori IC50 între 200 și 250 micrograme per mililitru;

• fără efecte asupra ciclului celular.

Internalizarea celulară

Celulele stem mezenchimale au internalizat eficient nanoflorile MoS₂:

• particulele de 100 nanometri au avut cea mai mare rată de internalizare;

• mecanismul principal a fost endocitoza mediată de clatrină;

• macropinocitoza a contribuit suplimentar pentru particulele de 250 nanometri.

Dimensiunea particulelor a permis controlul captării celulare, fără a compromite siguranța biologică.

Rezultate

Stimularea biogenezei mitocondriale

Nanoflorile MoS₂ au crescut semnificativ biogeneza mitocondrială în celulele stem mezenchimale prin:

• activarea SIRT1,

• stimularea coactivatorului PGC-1α,

• creșterea expresiei TFAM, factor esențial pentru replicarea ADN-ului mitocondrial.

Datele experimentale susțin un mecanism dependent predominant de SIRT1, cu un rol minor pentru kinaza activată de adenozin monofosfat. Vacanțele atomice din structura MoS₂ au permis:

• captarea speciilor reactive de oxigen,

• reducerea stresului oxidativ,

• stimularea suplimentară a expresiei genelor mitocondriale.

Nanoflorile mai mici au necesitat concentrații mai scăzute pentru același efect biologic, fiind și mai rapid de sintetizat.

Creșterea transferului mitocondrial

Celulele stem tratate au prezentat:

• densitate mitocondrială crescută,

• transfer mitocondrial intensificat prin nanotuburi de tunelare,

• livrare eficientă de mitocondrii către celule musculare netede și fibroblaste cardiace.

Funcționalitatea mitocondriilor transferate

Analizele transcriptomice și funcționale au arătat că celulele receptoare au prezentat:

• creșterea expresiei genelor implicate în fosforilarea oxidativă,

• activarea căilor de asamblare energetică și procesare a proteinelor,

• creșterea producției de adenozin trifosfat și a respirației mitocondriale.

Repararea disfuncției mitocondriale

Pentru a testa valoarea terapeutică, cercetătorii au indus disfuncție mitocondrială cu:

• antimycină A,

• carbonil cianură m-clorofenil hidrazon,

• doxorubicină.

Transferul mitocondrial de la celule stem tratate cu MoS₂ a dus la:

• restaurarea producției de energie,

• reducerea stresului oxidativ,

• îmbunătățirea supraviețuirii celulare.

Într-un model celular de toxicitate cardiacă indusă de doxorubicină, mitocondriile transferate au redus moartea celulară și au îmbunătățit funcția mitocondrială a fibroblastelor cardiace.

Concluzii

Studiul demonstrează că nanoflorile de disulfură de molibden pot transforma celulele stem mezenchimale în biofabrici mitocondriale eficiente, capabile să livreze mitocondrii funcționale către celule afectate. Această abordare nu doar ameliorează simptomele, ci intervine direct asupra defectului energetic celular, reprezentând o strategie promițătoare pentru bolile asociate disfuncției mitocondriale. Deși rezultatele sunt la nivel de dovadă de concept in vitro, cercetarea oferă o platformă solidă pentru dezvoltări viitoare, fiind necesare studii suplimentare privind siguranța pe termen lung, distribuția biologică și imunogenicitatea înainte de aplicarea clinică.