Инфузия этих крошечных, похожих на сосиски структур способствует восстановлению тканей, лишённых крови. Исследователи надеются, что этот метод позволит лечить различные повреждённые органы.
Эймс МакКалли находился в лаборатории, извлекая из клеток крошечные структуры, называемые митохондриями, когда ворвались исследователи из его команды. Они оперировали свиное сердце и не смогли восстановить его нормальную работу. МакКалли изучает профилактику сердечных заболеваний в Бостонской детской больнице и Гарвардской медицинской школе и живо интересуется митохондриями . Эти органеллы, вырабатывающие энергию, особенно важны для таких органов, как сердце, которым требуется высокая энергия. Маккалли задавался вопросом, может ли трансплантация здоровых митохондрий в повреждённые сердца помочь восстановить их функцию. Сердце свиньи быстро серело, поэтому Маккалли решил попробовать. Он наполнил шприц извлеченными митохондриями и ввел их прямо в сердце. На его глазах оно начало биться нормально, вернув себе розовый оттенок. С того дня, почти 20 лет назад, МакКалли и другие исследователи повторили этот успех на свиньях и других животных. Затем последовали трансплантации органов у людей, в том числе у младенцев, перенесших осложнения после операции на сердце, что положило начало новому направлению исследований, использующему трансплантацию митохондрий для лечения повреждённых органов и заболеваний. За последние пять лет всё больше учёных начали изучать трансплантацию митохондрий при повреждениях сердца после остановки сердца , повреждениях мозга после инсульта и повреждениях органов, предназначенных для трансплантации.
Митохондрии наиболее известны своей способностью производить полезную энергию для клеток. Но они также посылают молекулярные сигналы, помогающие поддерживать равновесие организма и управлять его иммунными реакциями и реакциями на стресс. Некоторые типы клеток могут естественным образом отдавать здоровые митохондрии другим нуждающимся клеткам, например, клеткам мозга после инсульта, в процессе, называемом переносом митохондрий. Поэтому идея о том, что врачи могут ускорить этот процесс, трансплантируя митохондрии для восстановления повреждённых тканей, показалась некоторым учёным разумной. В ходе исследований на клетках сердца кроликов и крыс группа МакКалли установила, что плазматические мембраны клеток поглощают митохондрии и переносят их внутрь, где они сливаются с внутренними митохондриями клетки. Там они, по-видимому, вызывают молекулярные изменения, способствующие восстановлению функции сердца : сравнивая свиные сердца, лишенные крови и кислорода, обработанные митохондриями, с сердцами, получавшими плацебо, группа МакКалли обнаружила различия в активности генов и белков, которые свидетельствовали о меньшей гибели клеток и меньшем воспалении.
Около 10 лет назад Ситарам Эмани, кардиохирург из Бостонской детской больницы, обратился к Маккалли по поводу его работы с сердцами животных. Эмани видел, как некоторые дети с пороками сердца не могли полностью восстановиться после осложнений после операции, и задавался вопросом, может ли метод Маккалли по трансплантации митохондрий помочь им. Во время операции по устранению пороков сердца хирурги используют препарат, останавливающий сердцебиение, чтобы можно было провести операцию. Но если сердце слишком долго лишено крови и кислорода, митохондрии начинают отказывать, и клетки начинают гибнуть – это состояние называется ишемией. Когда кровоток возобновляется, вместо того, чтобы вернуть сердце в нормальное состояние, он может повредить и убить ещё больше клеток, что приводит к ишемически-реперфузионному повреждению. Поскольку восемь лет исследований МакКалли на кроликах и свиньях не выявили проблем с безопасностью трансплантации митохондрий, МакКалли и Эмани посчитали, что стоит попробовать эту процедуру на младенцах, у которых вряд ли восстановится достаточная функция сердца, чтобы отказаться от искусственной вентиляции легких.
АВТОР: А. МАСУЗАВА И ДР. / АМЕРИКАНСКИЙ ЖУРНАЛ ФИЗИОЛОГИИ – ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА И КРОВООБРАЩЕНИЯ 2013
Родители 10 пациентов согласились на экспериментальную процедуру, которая была одобрена наблюдательным советом института. В пилотном проекте, проходившем с 2015 по 2018 год, МакКалли извлекла образцы мышц размером с ластик из разрезов, сделанных во время операции на сердце, использовала метод фильтрации для выделения митохондрий и проверила их функциональность. Затем команда ввела органеллы в сердце ребёнка.
У восьми из этих десяти младенцев функция сердца восстановилась настолько, что их удалось отключить от системы жизнеобеспечения, в то время как из 14 аналогичных случаев, использованных для исторического сравнения с 2002 по 2018 год, таких случаев было всего четыре. Лечение также сократило время восстановления, которое в среднем составило два дня в группе митохондриальной трансплантации по сравнению с девятью днями в группе исторического контроля. Два пациента не выжили: в одном случае вмешательство было проведено после того, как у ребёнка начали отказывать остальные органы, а в другом спустя четыре месяца развилась проблема с лёгкими. К настоящему времени группа выполнила эту процедуру 17 младенцам.
ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ:
Могут ли митохондрии стать ключом к здоровью мозга?
Тренировочный препарат
Свиные органы у людей: будущее межвидовых трансплантаций
Процедура трансплантации остается экспериментальной и пока не подходит для широкого клинического применения, но МакКалли надеется, что однажды ее можно будет использовать для лечения травм почек , легких , печени и конечностей , вызванных нарушением кровообращения.
Результаты вдохновили других врачей, чьи пациенты страдают от схожих ишемически-реперфузионных повреждений. Одним из них является ишемический инсульт, при котором тромбы препятствуют поступлению крови в мозг. Врачи могут растворить или физически удалить тромбы, но у них нет способа защитить мозг от реперфузионного повреждения. «Вы видите пациентов, которые теряют способность ходить или говорить», — говорит Мелани Уокер, эндоваскулярный нейрохирург из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сиэтле. «Вы просто хотите добиться лучшего, но ничего не получается».
12 лет назад Уокер наткнулась на исследования Маккалли по трансплантации митохондрий и, изучая их дальше, была особенно поражена отчётом исследователей из Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардской медицинской школы, посвящённым мышам. В нём говорилось, что астроциты, клетки поддержки и защиты мозга, могут переносить часть своих митохондрий в повреждённые инсультом нейроны , способствуя их восстановлению. Возможно, подумала она, трансплантация митохондрий может помочь и при инсульте у людей. Она годами работала с исследователями на животных, чтобы выяснить, как безопасно доставить митохондрии в мозг. Она проверила безопасность процедуры в клиническом исследовании с участием всего четырёх человек с ишемическим инсультом. Она использовала катетер, проведённый через артерию на шее, чтобы вручную устранить закупорку, вызывающую инсульт, а затем продвигала катетер дальше и высвобождала митохондрии, которые затем по кровеносным сосудам попадали в мозг.
ФОТО: КИТ Р. ПОРТЕР / НАУЧНЫЙ ИСТОЧНИК
Результаты, опубликованные в 2024 году в журнале «Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism» , показывают, что пациенты, которым была проведена инфузия, не пострадали ; исследование не ставило целью проверку эффективности. Группа Уокера сейчас набирает участников для дальнейшей оценки безопасности вмешательства. Следующим шагом будет определение того, достигают ли митохондрии необходимого им места и функционируют ли они. «Пока мы не сможем это доказать, я не думаю, что мы сможем утверждать о терапевтическом эффекте», — говорит Уокер. Исследователи надеются, что донорство органов также может выиграть от трансплантации митохондрий. Донорские органы, такие как почки, страдают от длительной нехватки кровоснабжения, и хирурги-трансплантологи могут отторгать почки с повышенным риском таких повреждений. Чтобы проверить, может ли трансплантация митохондрий восстановить их жизненные силы, хирург-трансплантолог Джузеппе Орландо из Медицинской школы Университета Уэйк-Форест в Уинстон-Сейлеме и его коллеги ввели митохондрии в четыре свиные почки, а контрольное вещество – в три свиные почки. В 2023 году в журнале Annals of Surgery они сообщили о снижении количества погибающих клеток в почках, подвергшихся лечению митохондриями , и о значительном уменьшении повреждений. Молекулярный анализ также показал увеличение выработки энергии. Орландо говорит, что пока еще рано говорить об этом, но он уверен, что трансплантация митохондрий может стать ценным инструментом в спасении неподходящих органов для донорства.
Исследования вызвали как энтузиазм, так и скептицизм. «Это, безусловно, очень интересная область», — говорит Конинг Шен, постдокторант, специалист по митохондриальной биологии из Калифорнийского университета в Беркли, и соавтор обзора сигнальной роли митохондрий в « Ежегодном обзоре биологии клетки и развития» за 2022 год . Она добавляет, что масштабирование выделения митохондрий и изучение способов хранения и консервации изолированных органелл являются основными техническими препятствиями на пути к более широкому внедрению таких методов лечения. «Было бы потрясающе, если бы люди достигли этого этапа», — говорит она. «Я думаю, что многие вдумчивые люди внимательно изучают это, но, на мой взгляд, главный вопрос в том, каков механизм?» — говорит Навдип Чандел, исследователь митохондрий из Северо-Западного университета в Чикаго. Он сомневается, что донорские митохондрии способны восстановить или заменить дисфункциональную собственную органеллу, но считает, что донорство митохондрий может провоцировать стресс и иммунные сигналы , которые косвенно благотворно влияют на повреждённую ткань.
Каким бы ни был механизм, некоторые исследования на животных предполагают, что митохондрии должны быть функциональными, чтобы оказывать своё благотворное воздействие. Лэнс Беккер, заведующий отделением неотложной медицины в Northwell Health в Нью-Йорке, изучающий роль митохондрий при остановке сердца, провёл исследование, сравнивающее свежие митохондрии, митохондрии, замороженные и размороженные, и плацебо для лечения крыс после остановки сердца. У 11 крыс, получивших свежие функционирующие митохондрии, наблюдалась лучшая функция мозга и более высокая выживаемость спустя три дня, чем у 11 крыс, получавших плацебо; нефункционирующие замороженные и размороженные митохондрии не оказывали такого благотворного воздействия.
Исследователи утверждают, что потребуются дополнительные исследования механизмов митохондриальной терапии, усовершенствованные методы доставки митохондрий, более масштабные испытания и ряд зарегистрированных успешных результатов, прежде чем трансплантация митохондрий будет одобрена FDA и начнет широко применяться для лечения ишемически-реперфузионных поражений. Конечной целью будет создание универсального запаса хранимых митохондрий — своего рода банка митохондрий, — который сможет использоваться для трансплантации широким кругом медицинских работников.
«Мы пока ещё в самом начале пути — не знаем, как это работает, — говорит Беккер. — Но мы знаем, что это делает что-то чертовски интересное».
10.1146/познаваемый-070825-1. Джеки Рошело — независимый научный журналист, освещающий науки о жизни и медицине, уделяя особое внимание изучению мозга. Подпишитесь на неё в Bluesky @JackieRocheleau.bsky.social
источник: https://knowablemagazine.org/ https://knowablemagazine.org/content/article/technology/2025/mitochondrial-therapy-to-treat-damaged-organs