Μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων ανακάλυψε έναν καινοτόμο τρόπο να εισάγει φυτικής προέλευσης, φωτοενεργά νανοσωματίδια σε ζωικά κύτταρα, προσφέροντας βελτιωμένη υγεία και παράταση ζωής. Όταν τα φωτοσυνθετικά νανοσωματίδια που ανέπτυξε η ομάδα μεταμοσχεύτηκαν σε αρουραίους και κουνέλια που έπασχαν από εκφυλιστικές παθήσεις, βοήθησαν στην ενίσχυση της παραγωγής ενέργειας και στην αποκατάσταση διαταραγμένων αλληλεπιδράσεων των κυττάρων.
Η ομάδα από τη Σχολή Ιατρικής του Πανεπιστημίου Zhejiang, δημοσίευσε τα ευρήματά της στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, αναφέροντας ότι αυτή η προσέγγιση έχει ευρείες εφαρμογές για διάφορες ασθένειες που σχετίζονται με ανισορροπίες στα δίκτυα αλληλεπίδρασης των οργανιδίων. Καθώς τα κύτταρα γερνούν ή επηρεάζονται από βλάβες ή ασθένειες, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των οργανιδίων τους – δομές εντός των κυττάρων με συγκεκριμένες λειτουργίες – μπορεί να διαταραχθούν. Αυτές οι διαταραχές, που προκαλούνται από μεταβολικό στρες, αποτελούν σημαντικό παράγοντα στην εξέλιξη πολλών εκφυλιστικών καταστάσεων.
Τα φυτά διαθέτουν τόσο τα μιτοχόνδρια, την «ενεργειακή μονάδα» του κυττάρου, όσο και τους χλωροπλάστες, όπου λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση, η μετατροπή δηλαδή του ηλιακού φωτός σε ενέργεια. Αυτός ο συνδυασμός επιτρέπει στα φυτικά κύτταρα να αναπτύσσουν μοναδικούς αμυντικούς μηχανισμούς απέναντι σε μεταβολικό στρες, όπως ακραίες θερμοκρασίες, ξηρασία και αλατότητα. Αντίθετα, τα ζωικά κύτταρα στερούνται αυτής της ικανότητας αντοχής σε διαφορετικά στρεσογόνα περιβάλλοντα.
Όταν τα ζωικά κύτταρα υποβάλλονται σε μεταβολικό στρες, μπορεί να διαταραχθεί η αλληλεπίδραση μεταξύ των μιτοχονδρίων και του ενδοπλασματικού δικτυώματος, του μεγαλύτερου οργανιδίου του κυττάρου, το οποίο λειτουργεί ως κέντρο σύνθεσης πρωτεϊνών και λιπιδίων. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό οδηγεί σε κυτταρική δυσλειτουργία και συμβάλλει στην εξέλιξη διαφόρων ασθενειών.
Στη μελέτη τους, οι επιστήμονες έδειξαν ότι η εισαγωγή φυτικών φωτοσυνθετικών συστημάτων σε ζωικά κύτταρα μπορεί να αποκαταστήσει σταθερά δίκτυα αλληλεπίδρασης μεταξύ των οργανιδίων. Χρησιμοποίησαν νανοθυλακοειδικές μονάδες φυτικής προέλευσης, δηλαδή βιομηχανικά νανοσωματίδια βασισμένα στα θυλακοειδή, μια δομή μέσα στους χλωροπλάστες που αποτελεί κεντρικό σημείο για τις φωτό-εξαρτώμενες αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης.
Η ομάδα είχε προηγουμένως αναπτύξει μια μέθοδο για την ενθυλάκωση των νανοθυλακοειδικών μονάδων σε νανοσωματίδια με επίστρωση κυτταρικής μεμβράνης, εξασφαλίζοντας στοχευμένη χορήγηση και αποφυγή ανοσολογικής απόκρισης, επιτρέποντας έτσι τη μεταμόσχευση μεταξύ ειδών.
Δοκίμασαν την επίδραση των νανοσωματιδίων σε αρουραίους με εκφυλισμό μεσοσπονδύλιων δίσκων, μια εκφυλιστική νόσο που διαταράσσει τη λειτουργία των μιτοχονδρίων και του ενδοπλασματικού δικτυώματος. Όταν ενεργοποιήθηκαν από φως, τα νανοσωματίδια αποκατέστησαν τη λειτουργία του δικτύου των οργανιδίων και βελτίωσαν τις κυτταρικές συνθήκες, ανακουφίζοντας τα συμπτώματα της εκφύλισης.
Παρόλο που το σύστημα έδειξε υποσχέσεις σε αρουραίους, η εφαρμογή των φωτοσυνθετικών συστημάτων σε μεγαλύτερα ζώα θα μπορούσε να εμποδιστεί από την περιορισμένη διείσδυση φωτός από εξωτερικές πηγές. Γι’ αυτό, η ομάδα σχεδίασε εμφυτεύσιμα, ασύρματα φορτιζόμενα LED (φώτα εκπομπής διόδων), συνδεδεμένα με smartphone για απομακρυσμένο έλεγχο, ώστε να επιτρέψουν τη χρήση του συστήματος σε βαθύτερους ιστούς.
Η ομάδα συνδύασε τα φωτοσυνθετικά νανοσωματίδια με ασύρματα τροφοδοτούμενα LED σε κουνέλια με εκφυλισμό μεσοσπονδύλιων δίσκων, κάτι που αποτελεσματικά ανακούφισε τα συμπτώματα της εκφύλισης. “Συνοψίζοντας, διαπιστώσαμε ότι η εμφύτευση φυτικής προέλευσης φωτοσυνθετικών συστημάτων σε κύτταρα θηλαστικών μπορεί να αποκαταστήσει αποτελεσματικά την ομοιόσταση του δικτύου αλληλεπίδρασης ενδοπλασματικού δικτυώματος-μιτοχονδρίων”, ανέφερε η ομάδα. “Αυτή η μελέτη παρέχει μια απόδειξη της αρχής για τη θεραπεία ασθενειών βασισμένη στη ρύθμιση των δικτύων αλληλεπίδρασης οργανιδίων από φυσικά φωτοσυνθετικά συστήματα και καθιερώνει μια θεραπευτική προσέγγιση για τη θεραπεία βαθιών ιστών.”
