Nanokwiaty wspomagają regenerację komórek mózgowych i walkę z chorobami neurodegeneracyjnymi

W ośrodku Texas A&M AgriLife Research rozwija się nowy nurt badań nad mózgiem, którego bohaterami są… nanokwiaty.

W czasopiśmie The Journal of Biological Chemistry opublikowano wyniki badania wykazujące, że nanokwiaty – metaliczne nanocząstki o kształcie kwiatów – mogą chronić i regenerować komórki mózgowe poprzez poprawę kondycji i wymiany mitochondriów, czyli molekularnych „elektrowni” odpowiedzialnych za produkcję większości energii komórkowej.

Odkrycie to stanowi obiecującą perspektywę w rozwoju neuroterapii ukierunkowanej na podstawowe mechanizmy chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera, zamiast jedynie łagodzenia ich objawów.

Badanie zostało przeprowadzone przez Charlesa Mitchella, doktoranta Wydziału Biochemii i Biofizyki Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences, oraz specjalistę badawczego Mikhaila Matveyenkę. Obaj naukowcy pracują w laboratorium dra Dmitriego Kurouskiego, profesora nadzwyczajnego oraz badacza w Texas A&M AgriLife Institute for Advancing Health through Agriculture, który nadzorował projekt.

– Te nanokwiaty wyglądają pięknie pod mikroskopem, ale jeszcze bardziej imponujące jest to, co robią wewnątrz komórek – powiedział Kurouski. – Poprawiając zdrowie komórek mózgowych, wpływają na jeden z głównych czynników rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, które od lat opierają się skutecznemu leczeniu.

Mitochondria jako fundament zdrowia mózgu

Mitochondria, często określane mianem „elektrowni komórkowych”, przekształcają pożywienie w energię wykorzystywaną przez organizm. Jednak w trakcie tego procesu wytwarzają również odpady, w tym reaktywne formy tlenu (ROS) – niestabilne cząsteczki, które mogą uszkadzać komórki, jeśli nie zostaną skutecznie zneutralizowane.

Aby ocenić terapeutyczny potencjał nanokwiatów, zespół Kurouskiego, specjalizujący się w badaniach nad chorobami neurodegeneracyjnymi, zbadał wpływ dwóch typów nanokwiatów na neurony oraz komórki glejowe mózgu – astrocyty. Już po 24 godzinach od podania nanokwiatów zaobserwowano istotny spadek poziomu ROS, a także oznaki poprawy integralności oraz liczby mitochondriów.

– Nawet w zdrowych komórkach pewien poziom stresu oksydacyjnego jest normalny – zauważył Kurouski. – Jednak nanokwiaty zdają się optymalizować działanie mitochondriów, co skutkuje niemal całkowitym obniżeniem ilości toksycznych produktów ubocznych ich pracy.

Ponieważ funkcjonowanie mózgu i mitochondriów jest silnie powiązane, Kurouski wierzy, że ochrona mitochondriów w komórkach mózgowych może znacząco poprawić funkcjonowanie mózgu po uszkodzeniach spowodowanych chorobami neurodegeneracyjnymi.

– Jeśli uda się ochronić lub przywrócić zdrowie mitochondriów, to nie tylko leczymy objawy, ale docieramy do przyczyny uszkodzeń – dodał.

Od hodowli komórkowych do organizmów żywych

Po uzyskaniu obiecujących wyników w badaniach na liniach komórkowych, naukowcy przetestowali nanokwiaty na Caenorhabditis elegans – modelowym organizmie powszechnie wykorzystywanym w badaniach neurologicznych.

U nicieni poddanych terapii nanokwiatami odnotowano przedłużenie życia o kilka dni w porównaniu z grupą kontrolną, której średnia długość życia wynosi ok. 18 dni. Obserwowano również mniejszą śmiertelność we wczesnych etapach rozwoju, co potwierdza neuroprotekcyjne właściwości tych struktur.

W kolejnych etapach zespół planuje przeprowadzenie badań toksykologicznych i analiz rozmieszczenia nanokwiatów w bardziej złożonych modelach zwierzęcych – jest to konieczny krok przed rozpoczęciem badań klinicznych.

Nowa droga w terapii neurodegeneracyjnej

Pomimo dekad badań skuteczne neuroprotekcyjne leki wciąż pozostają poza zasięgiem. Obecnie dostępne terapie chorób neurodegeneracyjnych w większości ograniczają się do łagodzenia objawów, nie usuwając przyczyn uszkodzeń komórek nerwowych. Kurouski podkreśla, że bezpośrednie ukierunkowanie na zdrowie mitochondriów i redukcję stresu oksydacyjnego może stworzyć nową klasę terapii.

Jego zespół, we współpracy z Texas A&M Innovation, złożył wniosek patentowy dotyczący zastosowania nanokwiatów w leczeniu neuroprotekcyjnym. Planują także współpracę z Texas A&M College of Medicine w celu dalszego badania ich skuteczności m.in. w leczeniu udarów, urazów rdzenia kręgowego oraz chorób neurodegeneracyjnych.

– Uważamy, że to może być nowa klasa terapeutyków – podsumował Kurouski. – Chcemy się upewnić, że są bezpieczne, skuteczne i mają dobrze zrozumiały mechanizm działania. Na podstawie dotychczasowych wyników, potencjał nanokwiatów jest ogromny.

Źródło: The Journal of Biological Chemistry, Neuroprotective properties of transition metal dichalcogenide nanoflowers alleviate acute and chronic neurological conditions linked to mitochondrial dysfunction
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbc.2025.108498