Новые «нанокветы» могут защитить мозг от окислительного повреждения

СЭМ-изображения наноцветов MoS₂ (слева) и MoSe₂ (справа). Увеличение каждого изображения варьируется от 3000× (A) до 50 000× (D) для MoS₂ и от 2700× (E) до 20 000× (H) для MoSe₂. Каждый тип наноцветов демонстрирует характерную ребристую поверхность, обеспечивающую высокое соотношение площади поверхности к объёму. MoS₂ — дисульфид молибдена; MoSe₂ — диселенид молибдена; СЭМ — сканирующий электронный микроскоп. Источник: Journal of Biological Chemistry (2025). DOI: 10.1016/j.jbc.2025.108498

В Texas A&M AgriLife Research зарождается новое направление в науке о мозге — на молекулярном уровне с использованием «нанокветов».

Исследование, опубликованное в Journal of Biological Chemistry, показало, что наноцветы — металлические наночастицы в форме цветов — способны защищать и восстанавливать клетки мозга, улучшая здоровье и обновление митохондрий, молекулярных «электростанций», отвечающих за выработку энергии в клетках.

Эти результаты открывают перспективный путь для нейротерапии, направленной на устранение причин таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, а не просто на смягчение симптомов.

Исследование проводили Чарльз Митчелл, аспирант кафедры биохимии и биофизики Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences, и специалист по исследованиям Михаил Матвейенка. Оба работают в лаборатории Дмитрия Куруски, PhD, доцента и исследователя Texas A&M AgriLife Institute for Advancing Health through Agriculture, который курировал проект.

«Эти наноцветы выглядят прекрасно под микроскопом, но то, что они делают внутри клетки, ещё более впечатляет, — сказал Куруски. — Улучшая здоровье клеток мозга, они помогают бороться с одной из ключевых причин нейродегенеративных заболеваний, которые долгое время оставались устойчивыми к терапевтическим прорывам».

Митохондрии — ключ к здоровью мозга

Митохондрии, часто называемые «энергетическими станциями клетки», отвечают за преобразование пищи в энергию. Однако, как и любая энергосистема, они производят отходы, включая реактивные формы кислорода — нестабильные молекулы, способные повреждать клетки, если их не контролировать.

Чтобы оценить терапевтический потенциал наноцветов, команда Куруски, специализирующаяся на нейродегенеративных заболеваниях, проверила их влияние на нейроны и астроциты (вспомогательные клетки мозга). Уже через 24 часа после обработки учёные зафиксировали резкое снижение уровня реактивных форм кислорода, а также признаки улучшения состояния и количества митохондрий.

«Даже в здоровых клетках ожидается некоторый окислительный стресс, — пояснил Куруски. — Но наноцветы, похоже, тонко настраивают работу митохондрий, в итоге снижая уровень их токсичных побочных продуктов практически до нуля».

Поглощение наноцветов нейронами и астроцитами. Слева: спектры комбинационного рассеяния в области 300–500 см⁻¹ для (A) порошкообразных наноцветов MoS₂, (B) контрольных нейронов N27, (C) нейронов N27, обработанных наноцветами MoS₂, и (D) разницы спектров (B и C). Справа: флуоресцентная визуализация нейронов крыс N27 (верхний ряд), астроцитов DI TNC1 (средний ряд) и астроцитов CTX TNA2 (нижний ряд) без обработки (первая колонка), с наноцветами MoS₂ (средняя колонка) и MoSe₂ (последняя колонка). Источник: Journal of Biological Chemistry (2025). DOI: 10.1016/j.jbc.2025.108498

Поскольку здоровье мозга тесно связано с функцией митохондрий, Куруски считает, что защита митохондрий в клетках мозга может привести к значительному улучшению его функций после повреждений, вызванных такими заболеваниями, как Паркинсон и Альцгеймер.

«Если мы сможем защитить или восстановить здоровье митохондрий, то будем лечить не симптомы, а саму причину повреждений», — отметил учёный.

От клеточных культур — к живым организмам

После успешных испытаний на клетках исследователи проверили действие наноцветов на круглых червях Caenorhabditis elegans — стандартной модели для нейробиологических исследований. Обработанные черви прожили на несколько дней дольше (обычная продолжительность их жизни — около 18 дней), а также демонстрировали меньшую смертность на ранних стадиях развития, что подтвердило нейропротекторный потенциал наноцветов.

В дальнейшем Куруски планирует изучить токсичность и распределение наноцветов в более сложных организмах — ключевой этап перед клиническими испытаниями.

Новый путь в нейротерапии

Несмотря на десятилетия исследований, эффективные нейропротекторные препараты остаются редкостью. Большинство методов лечения нейродегенеративных заболеваний направлены на симптомы, а не на устранение повреждений клеток. Однако Куруски уверен, что наноцветы, воздействуя непосредственно на митохондрии и окислительный стресс, могут предложить инновационный подход.

Его команда уже подала заявку на патент через Texas A&M Innovation и планирует сотрудничать с Texas A&M College of Medicine для изучения эффекта наноцветов при лечении инсульта, травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний.

«Мы считаем, что это может стать новым классом терапевтических средств, — сказал Куруски. — Нам нужно убедиться в их безопасности, эффективности и механизме действия. Но уже сейчас видно, что у наноцветов огромный потенциал».

Подробнее: Charles L. Mitchell et al, Neuroprotective properties of transition metal dichalcogenide nanoflowers alleviate acute and chronic neurological conditions linked to mitochondrial dysfunction, Journal of Biological Chemistry (2025). DOI: 10.1016/j.jbc.2025.108498

Источник: Texas A&M University