浙江大学高建青/顾臻/张添源通过氧化铁纳米颗粒增强线粒转移体介导的疾病治疗

    然而，迄今为止，这种自然转移过程在疾病治疗中的应用受到其不令人满意的转移效率和选择性的限制。

    2021年9月29日，浙江大学高建青，顾臻及张添源共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Iron oxide nanoparticles augment the intercellular mitochondrial transfer–mediated therapy”的研究论文，该研究证明了氧化铁纳米颗粒 (IONPs) 可以增强细胞间线粒体从人类间充质干细胞 (hMSCs) 选择性地转移到患病细胞。

     在肺纤维化的小鼠模型中，IONP 改造的 hMSC 由于促进了细胞间线粒体转移，显著减缓了纤维化进展，并且没有发现严重的安全问题。

     总之，本研究报告了一种使用 IONP 使 hMSC 能够有效和安全地将线粒体转移到患病细胞以恢复线粒体生物能量的潜在方法。

    众所周知，线粒体是真核细胞的动力源，在维持细胞稳态和细胞功能方面发挥着重要作用，并在很大程度上决定了细胞的存活和死亡。

    越来越多的证据表明，许多退行性疾病，如肺病、心肌病和脑损伤，与线粒体功能障碍密切相关 。

    因此，有人提出用健康线粒体人工补充患病细胞中受损的线粒体以维持线粒体稳态，作为一种有趣的修复策略。

    然而，这种策略面临着在分离过程中保护线粒体完整性和分离后暴露在细胞外环境中的挑战。

    因此，细胞间线粒体转移目前作为一种迷人的替代方法受到越来越多的关注。

    最近的几项研究揭示了这种细胞特性，即在疾病胁迫下，线粒体会从健康细胞主动传递到受损细胞。

    尽管如此，该过程的效率无法满足逆转线粒体功能障碍的高要求。

    此外，线粒体向患病细胞的选择性转移是该过程治疗应用的另一个挑战，存在相关的安全问题。

    因此，线粒体向患病细胞的快速和靶向细胞间转移，对于立即和安全地重构线粒体稳态以减少细胞凋亡、促进细胞存活和恢复细胞功能是非常需要的。

    在这方面，间充质干细胞 (MSCs) 正在成为潜在的线粒体供体细胞，部分原因是糖酵解状态下 MSCs 的能量需求较少有利于线粒体转移到患病细胞，在那里它们通常具有高生物能量需求。

    此外，MSCs 对患病组织具有显著的归巢能力，为靶向线粒体转移提供了可能性。

    因此，这些特征，连同 MSC 的免疫特权、低氧化损伤水平和严格调节的氧化还原平衡，使 MSC 成为理想的供体细胞，用于选择性递送具有健康线粒体的患病细胞。

    尽管如此，在患病细胞中有效补充线粒体仍然具有挑战性，这决定了上述治疗效果。

    为此，基于氧化铁纳米颗粒 (IONP) 的 MSC 工程，以提高其细胞间线粒体转移率。

    IONPs 被认为是用于干细胞工程的有前途的生物耐受材料。

    值得注意的是，最近观察到这种无机纳米材料对调节 MSCs 功能蛋白表达的独特生物学影响，例如 CXC 趋化因子受体 4 (CXCR4)和连接蛋白 43 (Cx43) 。

    具体而言，含 Cx43 的间隙连接通道 (GJC) 的形成对于线粒体的细胞间转移至关重要，并且在很大程度上决定了线粒体转移速率。

    因此，利用基于 IONP 的工程来增加 MSCs 的线粒体转移率可能是有效补充患病细胞线粒体的一种选择。

    作为显示应用 IONP 人工促进线粒体细胞间转移以逆转疾病进展的治疗效果的案例，研究了 IONP 工程化的人胎盘 MSC（Fe-hMSC）在治疗肺纤维化（PF）中的治疗效果。

    PF 是一种致命疾病，在世界范围内的患病率和发病率都在增加，而目前的治疗策略面临着治疗效果有限和副作用严重的挑战。

    此外，PF 是 COVID-19主要并发症。

    据报道，超过三分之一的康复 COVID-19 患者发展为 PF。

    因此，非常需要对 PF 进行有效和安全的治疗干预。

    特别是，当前的 COVID-19 大流行凸显了预防性 PF 治疗或确定性 PF 治疗的重要性。

    最近的几项研究表明，线粒体功能障碍是 PF 的致病介质，甚至是 COVID-19 进展和严重程度的发病机制，使用 Fe-hMSCs 的线粒体补充疗法可能为 PF 治疗提供潜在策略。

    本研究表明，由于 IONP 引发的 Cx43 过表达，从 Fe-hMSC 到受损肺泡上皮细胞 (AEC) 的线粒体转移率显著提高。

    同时，Fe-hMSCs 保持选择性线粒体转移到受损 AECs 的偏好。

    结果，在通过 Fe-hMSCs 进行线粒体补充治疗后，观察到 PF 进展明显减轻。