Wissenschaftler des IRCCS Fondazione Istituto Neurologico Carlo Besta und des Politecnico di Milano haben ein Verfahren entwickelt, um Mitochondrien direkt an ihrer Oberfläche mit einer porösen Materialschicht zu versehen. Die so behandelten Zellkraftwerke behalten nach Angaben der beteiligten Forscher ihre Fähigkeit zur Energieproduktion bei.
Die Herausforderung glich dem Versuch, eine Seifenblase zu lackieren, ohne sie zum Platzen zu bringen. Kann man die Kraftwerke der Zelle umhüllen, ohne deren lebenswichtige Energieerzeugung zu stoppen? Eine Kooperation zwischen dem IRCCS Fondazione Istituto Neurologico Carlo Besta und dem Politecnico di Milano zeigt nun, dass dies möglich ist. Im Rahmen des gemeinsamen BraiNs-Labors gelang es den Forschern, Mitochondrien direkt an ihrer äußeren Membran zu schützen.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit im BraiNs-Labor
Hinter dem Projekt steht eine gezielte Verbindung zweier Fachbereiche, die im Labor selten eng zusammenarbeiten. Die Gruppe von Dr. Valeria Tiranti am FINCB bringt das Fachwissen der mitochondrialen Biologie ein. Demgegenüber steuert das Team um Pierangelo Metrangolo vom Politecnico di Milano chemische und materialwissenschaftliche Expertise bei. Die Gründung des gemeinsamen BraiNs-Labors zielte von Beginn an darauf ab, diese Art der fachübergreifenden Forschung voranzutreiben.
Direkte Beschichtung mit Nobelpreis-Materialien
Für die Schutzschicht nutzten die Forscher eine spezielle Klasse anpassbarer, poröser Materialien, die im Jahr 2025 mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt wurden. Statt eine ganze Zelle einzukapseln oder ein allgemeines Schutzgel zu verwenden, modifizierten die Wissenschaftler direkt die Oberfläche isolierter Mitochondrien. Dieser gezielte Eingriff am Organell selbst erlaubt es, die Schnittstelle zu verändern, ohne dass die gesamte Zelle darauf reagieren muss.
Energieproduktion bleibt trotz Hülle intakt
Der entscheidende Test für die neue Methode war die Frage, ob die behandelten Zellorganellen nach dem Vorgang noch arbeiten können. Die Messungen ergaben, dass die Mitochondrien auch nach dem Aufbringen der Schicht ihre Fähigkeit zur Energieproduktion behielten. Genau an dieser Stelle trennt sich ein rein technischer Trick von einem echten biologischen Werkzeug: Das Organell erfüllt weiterhin exakt die Funktion, für die es evolutionär ausgeprägt wurde.
Die Schicht muss extrem dünn und konform sein, um den Stofftransport nicht zu behindern. Gleichzeitig darf sie chemisch keine schädlichen Reaktionen auslösen und muss unter physiologischen Bedingungen stabil bleiben. Weil sich die verwendeten Materialien funktionalisieren lassen, können Forscher Eigenschaften wie Porosität gezielt an verschiedene Ziele anpassen, ohne das Grundgerüst zu verändern.
Mögliche Anwendungen bei der Mitochondrientransplantation
Die Perspektiven für diese Technologie reichen bis hin zur experimentellen Mitochondrientransplantation. Bei diesem Verfahren sollen gesunde Mitochondrien in Zellen übertragen werden, deren eigene Kraftwerke versagen. Eine maßgeschneiderte Schutzhülle könnte künftig den Transfer und die Interaktion zwischen Spender-Organell und Zelle erleichtern, wie Metrangolo und Tiranti betonen. Dennoch weisen die Wissenschaftler darauf hin, dass die tatsächlichen Vorteile bei einer Transplantation erst noch in künftigen Vergleichen mit unbeschichteten Mitochondrien nachgewiesen werden müssen.
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