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5.71倍ATP+854倍产量!中国团队破解线粒体量产难题,软骨修复不再是梦

5.71倍ATP+854倍产量!中国团队破解线粒体量产难题,软骨修复不再是梦 i米立
2025-04-07
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线粒体作为细胞内重要的能量工厂,其功能障碍与多种代谢疾病密切相关。线粒体移植被视为一种有前景的临床治疗方法,但由于健康线粒体的获取受限,限制了其广泛应用。因此,开发可持续且高效的线粒体生产策略显得尤为重要。近日,来自浙江大学的研究团队通过优化培养条件来提高人类间充质干细胞(MSCs)中线粒体的生产效率。研究提出了一种新颖的线粒体制造策略,不仅显著提高了线粒体的产量和功能,还为未来在再生医学中的应用提供了新的思路,尤其是在治疗如骨关节炎等代谢性疾病方面,具有重要的临床价值和应用前景。



PART-01


研究创新点



01

研究设计 I Protocol

1 / 优化线粒体生产条件

通过组合筛选实验,确定了一种包含 9 种关键成分(如 bFGF、Hc、Vc 和 HPL)的优化培养基(mito-condition),显著提高了间充质干细胞(MSCs)的线粒体产量和功能。

2 / 连续传代实验验证

在优化条件下,MSCs 的增殖速度和线粒体产量显著高于传统培养条件,经过 5 次传代后,线粒体总产量比传统条件高出 854 倍

3 / 功能验证与分子机制解析

使用 Seahorse 分析仪和 RNA 测序等工具,验证了优化条件下线粒体的能量代谢功能(ATP 生成能力提升 5.71 倍),并揭示了 AMPK 信号通路的激活是促进线粒体生物合成的关键机制。

4 / 体内应用验证

在小鼠骨关节炎(OA)模型中,通过关节内注射优化生产的线粒体,验证了其在软骨再生中的治疗效果。

02

研究发现 I Discovery

1 / 线粒体产量显著提升

在优化培养条件下,MSCs 的线粒体产量比传统条件高出 854 倍,且线粒体功能显著增强(ATP 生成能力是传统条件的 5.71 倍)。

2 / AMPK 信号通路的激活

优化条件通过激活 AMPK 信号通路,促进了线粒体的生物合成,同时抑制了其他能量消耗过程(如自噬、分泌等),实现了能量平衡的重新分配。

3 / 体内疗效显著

在小鼠 OA 模型中,优化生产的线粒体显著改善了软骨再生,减少了骨赘形成,并保护了关节表面,显示出优越的治疗效果。

4 / 线粒体功能的稳定性

优化生产的线粒体在体外储存(4°C 或 37°C)后仍能保持功能,并在移植到其他细胞中后显著提升细胞的增殖和能量代谢能力。



PART-02


研究创新点




高效线粒体生产策略

开发了一种优化的“mito-condition”培养基,通过调节间充质干细胞的线粒体生物合成和细胞器平衡,在15天内实现线粒体产量提升854倍,同时显著增强线粒体功能(如ATP产量提高5.71倍),为临床线粒体移植提供了可扩展的解决方案。


AMPK通路调控机制

首次揭示“mito-condition”通过激活AMPK信号通路,促进线粒体关键转录因子TFAM的表达,并建立新的细胞代谢状态——在增强线粒体生成与细胞增殖的同时,抑制溶酶体活动、细胞迁移等能量消耗过程,实现能量分配的精准调控。


动物模型验证治疗潜力

在骨关节炎小鼠模型中,验证了通过该策略生产的线粒体(mc-mitochondria)能够显著促进软骨再生,改善关节退变,为代谢性疾病(如骨关节炎)的线粒体治疗提供了直接实验证据和转化潜力。


PART-03


连线国自然



1



线粒体功能障碍与代谢性疾病

探索线粒体移植或线粒体功能调控在代谢性疾病治疗中的潜力,尤其是结合临床样本和动物模型的研究。

2



AMPK 信号通路与细胞代谢调控

研究 AMPK 信号通路如何通过调控线粒体功能影响疾病进展,以及开发基于 AMPK 的新型治疗策略。

3



细胞器互作与代谢调控

探索细胞器互作网络在代谢性疾病中的动态变化及其对细胞功能的影响,尤其是线粒体与溶酶体在能量平衡中的协同作用。

4



线粒体工程与组织再生

开发高效的线粒体生产与递送系统,研究线粒体移植对组织再生的分子机制及其临床转化潜力及线粒体工程在疾病治疗中的应用,尤其是结合干细胞技术的线粒体大规模生产与功能调控。



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文章作者:i米立
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