纳米“小花”激活干细胞，让衰老细胞重获活力

生物医学工程系的阿基莱什·K·加哈瓦尔博士、博士生约翰·苏卡尔及其同事研发出一种为受损细胞提供新鲜线粒体的技术。通过补充这些微小的“能量生产者”，该方法能将细胞的能量输出恢复到原有水平，并显著改善细胞的整体健康状况。

线粒体衰退与衰老、心脏病及多种神经退行性疾病相关。当人体细胞衰老，或受到阿尔茨海默病等退行性疾病影响，抑或接触化疗药物等有害物质时，其能量生成能力会不断下降，关键原因之一就是线粒体数量减少——线粒体是细胞内为其提供大部分能量的微小“器官”结构。无论是脑组织、心肌还是其他器官，线粒体减少都会导致细胞衰弱、健康状况下降，最终无法履行重要功能。

《美国国家科学院院刊》发表的这项研究，将名为“纳米花”的微小花朵状颗粒与干细胞相结合。当干细胞接触这些纳米花后，其线粒体产量约为平时的两倍。随后，当这些“强化”后的干细胞被放置在受损或衰老细胞附近时，它们会将多余的线粒体传递给这些邻近的受损细胞。

一旦获得新的线粒体，原本受损的细胞便能恢复能量生产和正常活动。这些“复苏”的细胞不仅能量水平提高，还对细胞死亡更具抵抗力，即便之后接触化疗等有害治疗时也是如此。

生物医学工程教授加哈瓦尔表示：“我们训练健康细胞与较弱的细胞分享它们的‘备用电池’。通过增加供体细胞内的线粒体数量，我们能帮助衰老或受损细胞重获活力——无需任何基因修饰或药物。”

尽管细胞天生能够交换少量线粒体，但经纳米花处理的干细胞（研究团队称之为“线粒体生物工厂”）传递的线粒体数量是未经处理干细胞的2至4倍。该论文的第一作者苏卡尔说：“效率提高数倍，超出了我们的预期。这就像给旧电子产品换一个新电池组。我们没有扔掉它们，而是将健康细胞中充满电的‘电池’接入患病细胞。”

研究人员曾尝试过其他增加细胞内线粒体数量的方法，但这些方法往往存在取舍。基于药物的方法依赖小分子，这些分子会较快离开细胞，患者可能需要频繁重复治疗以维持效果。相比之下，直径约100纳米的较大纳米颗粒会留在细胞内，更有效地持续刺激线粒体产生。因此，基于这种纳米花技术的疗法可能每月只需施用一次左右。

加哈瓦尔说：“这是利用人体自身生物机制为衰老组织‘充电’的早期但令人兴奋的一步。如果我们能安全地增强这种自然的‘能量共享’系统，未来或许能帮助减缓甚至逆转细胞衰老的某些影响。”

纳米花由二硫化钼制成，这是一种无机化合物，在极小尺度下可形成多种不同的二维形状。加哈瓦尔实验室是少数研究二硫化钼在生物医学中应用的研究团队之一。干细胞在组织修复和再生的前沿研究中已发挥核心作用，利用纳米花提高干细胞性能，可能是让这些细胞在未来疗法中更有效的重要一步。

该技术的灵活性也是其一大优势。尽管目前仍处于早期阶段且需更多测试，但理论上可用于治疗全身多种不同组织的功能丧失。苏卡尔表示：“你可以将细胞植入患者体内任何地方。例如，对于心肌病，可直接治疗心肌细胞；对于肌营养不良症，可直接注射到肌肉中。这在多种病例中应用前景广阔，而目前还只是开始。”

该项目获得了美国国立卫生研究院、韦尔奇基金会、国防部、德克萨斯州癌症预防与研究 institute、德克萨斯A&M大学的校长卓越基金以及德克萨斯A&M健康科学中心幼苗资助金的支持。主要合作者包括该校的伊尔蒂莎·辛格博士、维沙尔·戈希尔博士和赵峰博士。