Une nouvelle étude révèle que les vésicules remplies de mitochondries saines peuvent suralimenter la réparation des tissus et lutter contre les maladies chroniques, ouvrant la voie aux traitements régénératifs de nouvelle génération.
Étude: Exploiter les vésicules extracellulaires riches en mitochondries dérivées de tissus (Ti-mitoevs) pour stimuler la biogenèse mitochondriale pour la médecine régénérative. Crédit d'image: NobeStsoFierce / Shutterstock
Dans une étude récente de la revue Avancées scientifiquesles chercheurs rapportent un nouveau mécanisme dans lequel les vésicules extracellulaires riches en mitochondries (nommées « Ti-mitoev ») transfèrent leur cargaison mitochondriale fonctionnelle en cellules endommagées, inversant potentiellement les blessures et les maladies dans les tissus exigeants de l'énergie. L'étude a également démontré que l'entraînement à intervalles à haute intensité (HIIT) chez la souris augmente la sécrétion de Ti-mitoev, indiquant un rôle physiologique pour ces vésicules dans l'homéostasie des tissus et la réparation.
Les résultats de l'étude ont révélé que les Ti-mitoevs dérivés des muscles squelettiques murins réduisaient considérablement l'inflammation et favorisaient la réparation des tissus dans les lésions musculaires aiguës et les modèles de maladies rénales chroniques. Les enquêtes mécanistes suggèrent que ces avantages sont dus à une biogenèse mitochondriale stimulée, établissant une plate-forme thérapeutique prometteuse et nouvelle pour la médecine régénérative. Alors que les non-mitoïtes (vésicules avec une teneur mitochondriale plus faible) ont également montré un certain avantage dans la réduction de l'inflammation, les Ti-mitoevs étaient nettement plus efficaces pour favoriser la réparation des tissus et la restauration de la fonction mitochondriale.
Sommaire
Arrière-plan
Les mitochondries (MT) sont les puissances de nos cellules, générant toute l'énergie requise pour le fonctionnement physiologique normal. Les dommages mitochondriaux déclenchent une rareté d'énergie cellulaire avec des répercussions graves du cœur, des reins et des tissus musculaires. La restauration de la fonction mitochondriale représente une priorité impérative et sensible au temps, mais des décennies de recherche n'ont toujours pas donné de moyens thérapeutiques fiables.
La politique clinique actuelle implique l'utilisation de médicaments à petite molécule, tels que Q10 (une coenzyme antioxydant) et le resvératrol (un activateur SIRT1), pour atténuer les résultats néfastes, y compris le stress oxydatif via des espèces réactives mitochondriales (MTROS). Pourtant, ces médicaments manquent de spécificité tissulaire et démontrent souvent une mauvaise biodisponibilité. Bien que la transplantation mitochondriale ressemble à une modalité de traitement saine et évidente, elle reste trop logistique et immunologiquement complexe pour les systèmes médicaux actuels à mettre en œuvre.
Des recherches récentes en médecine régénérative visent à répondre à la nécessité d'une restauration de la fonction mitochondriale tout en contournant les limites de la transplantation mitochondriale. Un corpus croissant de preuves étudie le potentiel des vésicules extracellulaires (véhicules électriques), les sacs minuscules et liés à la membrane que les cellules utilisent naturellement pour nuire à la cargaison moléculaire, comme systèmes spéciaux d'administration de médicaments. L'étude a en outre montré que les Ti-mitoev dérivés des muscles ont un rendement beaucoup plus élevé et une fonctionnalité améliorée par rapport aux véhicules électriques dérivés des cellules stromales mésenchymateuses (MSC).
À propos de l'étude
La présente étude a émis l'hypothèse que si les véhicules électriques remplis de mitochondries fonctionnelles saines isolées directement à partir d'une source exigeante d'énergie comme le muscle squelettique pourraient être transférées sur des sites de lésions mitochondriales, les EV pourraient créer un outil naturel puissant pour la réparation des tissus.
Pour tester cette hypothèse et isoler les véhicules électriques riches en mitochondrial, les chercheurs ont récolté les muscles squelettiques de souris C57BL / 6 saines (mâle, âge = 6-8 semaines). Ces muscles ont été digérés pour décomposer la matrice extracellulaire et libérer des vésicules en utilisant des enzymes de collagénase IV et de dispase. Un protocole d'ultracentrifugation différentiel en plusieurs étapes a ensuite été exploité pour séparer les fractions des vésicules (granulés) en fonction de leurs poids relatifs.
De plus, la purification de la chromatographie d'exclusion de taille (SEC) a été utilisée dans une partie des expériences pour assurer la spécificité des Ti-mitoevs isolés et pour exclure les effets des contaminants co-isolés.
La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour identifier visuellement les fractions contenant des concentrations de « vésicules extracellulaires riches en mitochondries dérivées de mitochondries élevées (Ti-mitoevs). Les concentrations de protéines mitochondriales ont été quantifiées à l'aide de la spectrométrie de masse de chromatographie liquide-tandem (LC-MS / MS). Une analyse de réaction en chaîne en polymérase à longue portée (PCR) et des tests de colorant rouge profond de mitotracker ont été effectués pour déterminer la quantité et la couverture de l'ADNmt disponibles et évaluer son intégrité fonctionnelle.
Enfin, les effets thérapeutiques ont été estimés in vitro en utilisant des cellules rénales humaines (HK-2) et in vivo Utilisation de souris C57BL / 6. Plus précisément, l'analyseur de Seahorse XF (une mesure de la consommation cellulaire de l'oxygène) a été utilisé pour estimer l'efficacité des Ti-mitoev sur les cellules HK-2, tandis que les lésions musculaires aiguës (induites par injection de cardiotoxine) et la maladie rénale chronique (CKD; induite par l'acide folique) des modèles murins de maladie ont été surveillés pour leurs changements de santé à la suite de l'administration de véhicules. Des études de biodistribution ont montré que les Ti-mitoevs administratifs systémiquement étaient hébergés dans des reins blessés et colocalisés avec des cellules rénales.
Résultats de l'étude
Le protocole d'ultracentrifugation différentiel a identifié une fraction à faible force G (2 000 g à 30 000 g) qui était hautement enrichie en Ti-mitoev. Les images TEM ont confirmé ces résultats, notant que cette fraction avait beaucoup plus de vésicules contenant des mitochondries que toute autre fraction séparée. De manière impressionnante, les tests LC-MS / MS en tandem avec une PCR à longue portée ont révélé que les Ti-mitoev portaient ~ 663 fois plus d'ADNmt que les isolats de force centrifuge plus élevés, et surtout, ont démontré une couverture complète du génome d'ADNmt.
In vitro Des expériences ont révélé que les Ti-Mitoevs ont réussi à livrer leur cargaison mitochondriale aux cellules rénales humaines endommagées, avec une microscopie confocale visualisant le processus en temps réel (vésicules fusionnant avec les cellules receveuses et libérant leur ADNmt). Notamment, les tests SEAHORD XF ont révélé que ce « don » (transfert) a considérablement augmenté la capacité bioénergétique des cellules receveuses, augmentant la respiration maximale et liée à l'ATP (p <0,05). Le traitement à Ti-Mitoev a été observé de manière critique pour aider à restaurer les dommages aux niveaux d'ADNmt causés par le stress oxydatif induit par le peroxyde d'hydrogène.
Les résultats ont été encore plus frappants dans les expériences animales, avec des modèles de lésions musculaires aiguës induites par le cardiotoxine démontrant des dommages tissulaires et une infiltration tissulaire significativement réduits, et les modèles CKD démontrant une fibrose et une inflammation rénales significativement moins rénales.
La coloration par immunohistochimie a confirmé ces résultats, les muscles traités présentant des niveaux significativement plus élevés des marqueurs de biogenèse mitochondriale (TFAM et TOM20) par rapport aux témoins non traités, indiquant la reconstruction active des machines énergétiques du muscle. Les cellules rénales endommagées présentaient également une masse et une fonction mitochondriales restaurées.
Les auteurs soulignent que pour la traduction clinique, les travaux futurs devraient clarifier l'origine cellulaire spécifique des Ti-mitoevs, optimiser davantage les protocoles d'isolement et de stockage, et assurer rigoureusement l'assurance de biosécurité et de qualité.
Conclusions
La présente étude démontre une nouvelle approche de médecine régénérative: utiliser des vésicules dérivées de tissus pour fournir des mitochondries saines et fonctionnelles aux cellules blessées. Il valide le processus comme faisable et efficace pour inverser les lésions musculaires aiguës et les CKD dans les deux in vitro (humain) et in vivo Modèles (murins).
Ce travail représente une preuve de concept robuste pour une nouvelle classe de thérapies qui exploite les systèmes de livraison intercellulaire du corps à guérir de l'intérieur. Les études futures devraient identifier les sources cellulaires spécifiques de ces vésicules puissantes et confirmer l'efficacité de la thérapie dans des modèles animaux plus importants avant son application en médecine régénérative humaine.
