新技术将线粒体从一个活细胞移植到另一个活细胞

在一项技术突破中，苏黎世联邦理工学院的研究人员宣布开发出一种新技术，该技术可以以无与伦比的效率将线粒体——细胞的微小动力——从一个活细胞移植到另一个活细胞。

正如人体可以分为不同的器官——如心脏、肺、肾、肠或肝——我们的细胞也由几个互补和相互依赖的系统组成。这些被称为细胞器，意思是小器官。就像我们有时可以通过移植一个健康的肾脏使肾病患者的生命延长几十年一样，我们也许有朝一日也能够通过移植细胞成分使单个细胞恢复活力。

在纳米注射器的帮助下

这种前景听起来像是科幻小说，但由苏黎世联邦理工学院微生物研究所的JuliaVorholt领导的研究小组的新发现表明，它现在已经达到了技术可行性的地步。在他们最近发表在《公共科学图书馆生物学》杂志上的研究中，该小组成功地使用了他们之前开发的“纳米注射器”，将线粒体从一个活细胞移植到另一个活细胞。

线粒体是细胞中发生细胞呼吸过程的微小动力室——这些过程最初在20亿年前在细菌中进化。随着时间的推移，一些细菌在称为内共生的过程中与其他细胞结合形成一个相互依赖的群落，这在地球上生命的进化发展中发挥了重要作用。内共生最终导致了所有由复杂细胞组成的多细胞生物的进化——从真菌和植物到动物，包括人类。

从线到珍珠串

内共生导致古代细菌逐渐进化成线粒体，线粒体是当今复杂细胞中负责能量产生的细胞器。在人体细胞中，线粒体形成一个动态的线状网络。该论文的第一作者克里斯托夫·加贝林说：“这些线对负压做出反应并变成一串珍珠，随后单个线粒体从中夹断。”

研究人员使用专门为这项研究开发的圆柱形纳米注射器刺穿细胞膜并吸收球形线粒体。然后，他们刺穿不同细胞的膜，将线粒体从纳米注射器中泵回受体细胞。

纳米注射器的位置由来自转换的原子力显微镜的激光控制。压力调节器可调节流量，使科学家能够在细胞器移植期间转移飞升范围内(百万分之一毫升)的极少量液体。“供体和受体细胞都能在这种微创手术中存活下来，”Gäbelein说。

细胞再生

移植的线粒体也有很高的存活率——超过80%。在大多数细胞中，注入的线粒体在移植后20分钟开始与新细胞的丝状网络融合。“宿主细胞接受它们，”Vorholt说。这在大多数情况下都是正确的，尽管在少数细胞中它们成为宿主细胞质量控制系统的牺牲品并被降解。

研究人员在他们的论文中写道，“本文提出的技术将促进未来各个研究领域的应用。”可以想象，它可以用来使干细胞恢复活力，这些干细胞随着年龄的增长而表现出代谢活性的下降。但Vorholt的团队目前正在推行其他计划：“我们想了解控制不同细胞区室如何合作的过程——我们希望解开内共生如何随着进化时间的推移而发展，”Vorholt说。

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