MitoCatch: Erkrankte Zellen mit gesunden Mitochondrien versorgen

Baseler Wissenschaftler haben das System MitoCatch entwickelt, das die gezielte Zufuhr gesunder Mitochondrien zu erkrankten Zelltypen ermöglicht. Diese Innovation könnte ein wichtiger Schritt in Richtung einer präzisen Mitochondrientherapie sein.

Entwickelt wurde MitoCatch von Forschenden unter der Leitung von Botond Roska am Institut für Molekulare und Klinische Augenheilkunde Basel (IOB), Schweiz. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ veröffentlicht.

MitoCatch realisiert eine effiziente, zelltypspezifische Mitochondrienzufuhr

Mitochondriale Dysfunktion trägt zu zahlreichen derzeit unheilbaren Erkrankungen bei. Darunter sind unter anderem neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer. Auch Sehnervenatrophie und Herzinsuffizienz gehören dazu. Die Transplantation gesunder Mitochondrien wurde bereits als potenzielle Therapie untersucht. Jedoch mangelt es herkömmlichen Methoden an der Spezifität und Effizienz. Dies ist erforderlich, um die von der Krankheit betroffenen Zellen zu erreichen.

Den Forschenden zufolge ist MitoCatch in der Lage diese Einschränkungen zu überwinden. Dies gelingt durch den Einsatz von künstlich hergestellten Proteinbindern, die Spender-Mitochondrien mit den Zielzellen verbinden. Das System nutze drei sich ergänzende Strategien: Bindemittel auf der Zelloberfläche (MitoCatch-C), Bindemittel auf den Mitochondrien (MitoCatch-M) und bispezifische Bindemittel, die Mitochondrien und Zellmembranen überbrücken (MitoCatch-Bi). Durch die Abstimmung der Bindungsaffinität und multivalenter Wechselwirkungen gelang es den Forschern, in Human- und Mausmodellen eine effiziente, zelltypspezifische Mitochondrienzufuhr zu erreichen. Diese gilt für verschiedene Zelltypen.

Zentrale Ergebnisse der MitoCatch-Studie

Wichtige Erkenntnisse aus der Arbeit der Erstautoren Temurkhan Ayupov und Veronica Moreno-Juan sowie ihrer Kooperationspartner lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• MitoCatch leitet Spendermitochondrien zu bestimmten Zelltypen, darunter Neuronen, Netzhaut-, Herz-, Endothel- und Immunzellen.
• Die durch Bindemittel vermittelte mitochondriale Zufuhr erhöht die Aufnahme im Vergleich zu nicht zielgerichteten Methoden.
• Über MitoCatch internalisierte Spendermitochondrien werden im Zytosol freigelegt, sind dynamisch und fähig, innerhalb der Empfängerzellen zu fusionieren beziehungsweise sich zu spalten.
• Proteinbinder können so entwickelt werden, dass die Effizienz und Spezifität der Zufuhr angepasst werden können.
• Die gezielte Transplantation verbesserte das Überleben geschädigter Neuronen in vitro. Zudem konnte das Überleben von Netzhautganglienzellen in vivo gesteigert werden, und wurde in Tiermodellen gut vertragen. Dabei trat keine nachweisbare Immunantwort auf.

MitoCatch-Verfahren zeigt sich bei mitochondrialen Dysfunktionen vielversprechend

Aus Sicht der Wissenschaftler stellt MitoCatch erstmals eine effiziente und zugleich gezielte Strategie dar, um gesunde Mitochondrien gezielt in jene Zelltypen zu transportieren, die am stärksten von einer Erkrankung betroffen sind. Durch die Überwindung der bislang bestehenden Hürde einer zelltypspezifischen Mitochondrientransplantation sehen sie in MitoCatch einen entscheidenden Fortschritt. Dadurch werden neue Perspektiven für die biomedizinische Forschung sowie für die Entwicklung innovativer Therapieansätze eröffnet.

Insbesondere im Kontext von Erkrankungen, die mit mitochondrialen Dysfunktionen assoziiert sind, wird das Verfahren als vielversprechend eingeschätzt. Aufgrund seiner Anwendbarkeit über verschiedene menschliche Zelltypen hinweg bewerten die Forschenden MitoCatch zudem als eine vielseitige und potenziell wegweisende Plattform. Diese soll die Weiterentwicklung einer präzisen mitochondrialen Medizin fördern.

(sas/BIERMANN)