Wetenschappers van onder meer de University of Queensland en de Hokkaido-universiteit hebben twee belangrijke doorbraken gerealiseerd rondom mitochondriën, de energiefabrieken van biologische cellen. Een Australisch geleid onderzoeksteam ontdekte dat het delen van mitochondriën — een proces dat fissie wordt genoemd — een directe rol speelt in het afweersysteem tegen bacteriële infecties. Tegelijkertijd ontwikkelden Japanse onderzoekers een techniek genaamd ‘e-MITO’, waarmee geïsoleerde mitochondriën worden voorzien van een beschermend laagje. Hierdoor kunnen ze intact in doelcellen worden ingebracht, wat de weg vrijmaakt voor geavanceerde mitochondriale transplantaties en nieuwe behandelingen tegen onder meer resistente bacteriën.
- Onderzoekers ontdekten dat mitochondriale fissie (deling) het afweersysteem helpt om bacteriën zoals E. coli effectief te bestrijden.
- Bij infecties met Salmonella typhimurium kan het remmen van het enzym HDAC6 de mitochondriale afweer alsnog inschakelen.
- Japanse wetenschappers ontwikkelden de ‘e-MITO’-techniek, waarbij mitochondriën via een PEG- en peptide-coating stabiel blijven en beter door cellen worden opgenomen.
Cellulaire energiefabrieken zetten fissie in als actief afweermechanisme
In het onderzoek van de University of Queensland, gepubliceerd in Science Immunology, toonden Ronan Kapetanovic en zijn collega’s aan dat mitochondriale fissie essentieel is voor de celafweer. Wanneer macrofagen van muizen of mensen, evenals de rondworm Caenorhabditis elegans, infecties met E. coli detecteren, delen de mitochondriën zich. Deze fissie leidt tot de aanmaak van antimicrobiële vetbolletjes en activeert een stressreactie genaamd UPRmt. Hierbij verplaatst het eiwit ATF5 zich naar de celkern om genen aan te zetten die bacteriën bestrijden.
Bepaalde ziektemakers, zoals Salmonella typhimurium, proberen dit proces te blokkeren om in macrofagen te overleven. De onderzoekers ontdekten echter dat het remmen van het enzym HDAC6 de fissie en vetbolletjesvorming alsnog stimuleert, waardoor de bacterie wel wordt opgeruimd. Senior redacteur Claire Olingy benadrukte in een redactioneel commentaar dat deze bevindingen een geconserveerd mechanisme blootleggen dat dynamische mitochondriale processen rechtstreeks koppelt aan de aangeboren immuunrespons.
Beschermende moleculaire laag maakt mitochondriale transplantatie effectiever
Parallel daaraan richtte een team van de Hokkaido-universiteit onder leiding van professor Yuma Yamada zich op de uitdagingen van mitochondriale transplantatie. Buiten de cel zijn mitochondriën erg kwetsbaar en verliezen ze snel hun werking. In hun studie in Advanced Materials Interfaces presenteerden de onderzoekers het zogeheten ‘e-MITO’-platform (enhanced artificially designed mitochondria).
Hierbij worden geïsoleerde mitochondriën gecoat met polyethyleenglycol (PEG) en celpenetrerende peptiden (CPP). Deze moleculaire laag beschermt het buitenste membraan tegen beschadiging tijdens het toedieningsproces.
In laboratoriumtests namen ontvangende cellen de bewerkte mitochondriën aanzienlijk efficiënter op, wat leidde tot een meetbaar hogere cellulaire ademhalingsactiviteit.
Inzichten openen nieuwe deuren voor de medische wetenschap
Mitochondriën staan in de biologie al langer bekend als de energiefabrieken van de cel omdat ze ATP produceren, de voornaamste chemische brandstof voor biologische processen.
Dit betekent dat wetenschappers met deze ontdekkingen niet langer alleen afhankelijk hoeven te zijn van traditionele chemische medicijnen, maar de eigen structuren van de cel kunnen inzetten om ziekten te bestrijden.
Voor de medische praktijk zou dit kunnen inhouden dat infecties met hardnekkige of antibioticaresistente bacteriën in de toekomst via specifieke enzymremmers zoals HDAC6-remmers worden aangepakt. Daarnaast impliceert de e-MITO-technologie dat aandoeningen aan het hart, de hersenen en andere organen die veroorzaakt worden door slecht functionerende mitochondriën, op termijn behandeld kunnen worden door gezonde, beschermde celorganellen rechtstreeks in te brengen.
Aanpasbare celtherapie vormt de basis voor toekomstig vervolgonderzoek
Vervolgonderzoek zal zich moeten richten op het vertalen van deze laboratoriumresultaten naar toepassingen in levende organismen en uiteindelijk de klinische praktijk. Omdat het e-MITO-systeem modulair is opgebouwd, kunnen onderzoekers in de toekomst specifieke stuurmoleculen aan de beschermlaag toevoegen om mitochondriën gericht naar specifieke weefsels te navigeren.
De onderzoekers zien orgaan-afgeleide materialen als een volwaardig nieuw therapeutisch platform, vergelijkbaar met de opkomst van gen- en celtherapie.
Tegelijkertijd onderzoeken immunologen hoe de signaalroutes rondom mitochondriale fissie nog gerichter benut kunnen worden om ingewikkelde bacteriële infecties beheersbaar te maken.
Wat denkt u van het idee om lichaamseigen celorganellen in te zetten als behandeling tegen ziekten? Deel uw gedachten hieronder.
