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Nov 13, 2023

Eine exogene Mitochondrientransplantation verbessert das Überleben und die neurologischen Ergebnisse nach der Wiederbelebung nach einem Herzstillstand

BMC Medicine-Band

BMC Medicine Band 21, Artikelnummer: 56 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Die mitochondriale Transplantation (MTx) ist eine aufstrebende, aber wenig verstandene Technologie mit dem Potenzial, schwere Ischämie-Reperfusionsschäden nach Herzstillstand (CA) zu lindern. Um kritische Lücken im aktuellen Wissen zu schließen, testen wir die Hypothese, dass MTx die Ergebnisse nach CA-Wiederbelebung verbessern kann.

Diese Studie besteht sowohl aus In-vitro- als auch In-vivo-Studien. Wir untersuchten zunächst die Migration exogener Mitochondrien in die primäre Nervenzellkultur in vitro. Exogene Mitochondrien, die aus dem Gehirn- und Muskelgewebe von Spenderratten extrahiert wurden, und endogene Mitochondrien in den Nervenzellen wurden vor der Co-Kultur separat markiert. Nach einem Zeitraum von 24 Stunden nach der Co-Kultur wurde der mitochondriale Transfer mikroskopisch beobachtet. In vitro wurden die Adenosintriphosphat (ATP)-Gehalte zwischen frisch isolierten und gefroren-aufgetauten Mitochondrien bewertet, um ihre Auswirkungen auf das Überleben zu vergleichen. Unsere Hauptstudie war ein In-vivo-Rattenmodell für CA, bei dem Ratten 10 Minuten lang erstickender CA und anschließender Wiederbelebung ausgesetzt wurden. Zum Zeitpunkt der erfolgreichen Wiederbelebung wurden die Ratten nach dem Zufallsprinzip einer von drei Gruppen intravenöser Injektionen zugeteilt: Vehikel, gefroren-aufgetaut oder frische lebensfähige Mitochondrien. Während 72 Stunden nach CA wurde die therapeutische Wirksamkeit von MTx durch Vergleich der Überlebensraten bewertet. Die Persistenz markierter Spendermitochondrien in kritischen Organen von Empfängertieren 24 Stunden nach der CA wurde mittels Mikroskopie sichtbar gemacht.

Die gespendeten Mitochondrien wurden erfolgreich in kultivierte Nervenzellen aufgenommen. Übertragene exogene Mitochondrien, die zusammen mit endogenen Mitochondrien in Nervenzellen lokalisiert sind. Der ATP-Gehalt in frischen Mitochondrien war etwa viermal höher als in gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien. In der In-vivo-Überlebensstudie steigerten frisch isolierte funktionelle Mitochondrien, nicht jedoch gefrorene und aufgetaute Mitochondrien, die 72-Stunden-Überlebensrate signifikant von 55 auf 91 % (P = 0,048 vs. Vehikel). Die positiven Auswirkungen auf das Überleben waren mit einer Verbesserung der schnellen Erholung des arteriellen Laktat- und Glukosespiegels, der zerebralen Mikrozirkulation, des Lungenödems und der neurologischen Funktion verbunden. Markierte Mitochondrien wurden 24 Stunden nach der CA in den lebenswichtigen Organen der überlebenden Ratten beobachtet.

MTx, das unmittelbar nach der Wiederbelebung durchgeführt wurde, verbesserte das Überleben und die neurologische Erholung bei Ratten nach CA. Diese Ergebnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Studien, um die Entwicklung von MTx als neuartige Therapiestrategie zur Rettung von Leben zu fördern, die derzeit nach CA verloren gehen.

Peer-Review-Berichte

Die mitochondriale Transplantation (MTx) ist eine aufstrebende Technologie mit dem Potenzial, die Funktion von durch Ischämie und Reperfusion (I/R) geschädigten Zellen zu verbessern. Während eines Herzstillstands (CA) führt eine ischämische Verletzung zu einem raschen Abbau des zellulären Adenosintriphosphats (ATP), der Bildung freier Radikale und einer Fehlregulierung der Ionenkontrolle von Natrium und Kalzium. Diese Mechanismen lösen zusätzliche Signalkaskaden aus, die sich während der Reperfusion verschlechtern und zu einer schwerwiegenden mitochondrialen Dysfunktion und zum Tod führen können [1,2,3,4]. Glücklicherweise sind verletzte Mitochondrien in der Lage, sich durch Spaltung, Fusion, Mitophagie und den kürzlich beschriebenen Mechanismus des interzellulären Mitochondrientransfers selbst zu reparieren und zellulär zu schützen [5, 6]. Die Entdeckung, dass Mitochondrien von Zelle zu Zelle wandern können, legt die Möglichkeit nahe, gesunde Spendermitochondrien in Zellen mit verletzten Mitochondrien zu verpflanzen [7,8,9].

Eine Reihe von Studien hat verbesserte Ergebnisse nach MTx in den Bereichen Herzverletzung [10,11,12,13,14,15,16,17] und Schlaganfall [6, 18] festgestellt. Mitochondrien wurden direkt in Zielgewebe injiziert oder durch einfache intravenöse Infusion verabreicht [18]. Das Ausmaß, in dem Mitochondrien von Neuronen, Herzmuskelzellen und anderen Organen aufgenommen werden, ist jedoch nicht bekannt. Es ist nicht bekannt, wie lange Spendermitochondrien als gesunde (atmende) Mitochondrien im Gewebe verbleiben oder ob sie lediglich kurzlebige, biologisch aktive Mitochondrienpartikel liefern. Darüber hinaus wurde MTx bei I/R-Verletzungen nach CA nicht untersucht.

CA betrifft jedes Jahr über 500.000 Menschen in den USA [19]. CA stoppt die gesamte Durchblutung des Körpers, was zu einer Ganzkörperischämie führt, die unbehandelt tödlich ist. Trotz der Fortschritte bei der Wiederbelebung und der Nachsorgebehandlung von Patienten, die an CA leiden, liegt die Sterblichkeitsrate bei über 90 %, und von den Überlebenden weisen viele anhaltende neurologische Defizite und kardiovaskuläre Komplikationen auf [20,21,22]. Derzeit gibt es nur wenige wirksame Medikamente oder andere Therapien, die diese schlechten Ergebnisse sinnvoll verbessern können [23]. CA sowie andere ischämische Notfälle stellen nach wie vor eine erhebliche Herausforderung für die öffentliche Gesundheit dar.

Unsere Studie testet die Hypothese, dass MTx die Ergebnisse nach der Wiederbelebung nach einer schweren ischämischen Verletzung wie einem CA verbessern kann. Wir konzentrieren uns auf drei wichtige Fragen zu MTx: (1) Gelangen exogene allogene Mitochondrien, die aus dem Gehirn oder Muskel extrahiert werden, erfolgreich in neurale Zellen in Kultur? (2) Verändert die unmittelbar nach CA verabreichte intravenöse Infusion frischer Mitochondrien die Überlebensraten und andere physiologische Indikatoren einer I/R-Verletzung in einem Tiermodell? (3) Bleiben transplantierte Mitochondrien 24 Stunden nach CA im Gewebe bestehen? Wir beantworten diese Fragen anhand einer Reihe experimenteller Studien, die eine Grundlage für die weitere Bewertung der Rolle von MTx bei der Linderung von Verletzungen mehrerer Organe und der Mortalität nach Wiederbelebung nach CA bilden.

Um festzustellen, ob exogene Spendermitochondrien in in Kultur wachsenden Neuronen aufgenommen werden können, haben wir exogene Mitochondrien, die aus dem Gehirn oder Muskelgewebe von Spenderratten extrahiert wurden, zusammen mit Nervenzellkulturen kultiviert. Sowohl Spender-Mitochondrien als auch Empfänger-Neuralzellkulturen stammten von männlichen Sprague-Dawley-Ratten (12 Wochen alt; Charles River Laboratories, Wilmington, MA, USA). Neuronale Zellen wurden mit dem Adult Brain Dissociation Kit (Miltenyi Biotec, Inc., Somerville, MA, USA) isoliert. Die Zellen wurden mit einer Dichte von 1 × 105 Zellen/cm2 auf mit Poly-D-Lysin (0,1 mg/ml) beschichtete Glasdeckgläser ausgesät. Die endogenen (nativen) Mitochondrien der Zellen wurden 24 Stunden vor dem mitochondrialen Transfer separat mit MitoTracker-Farbstoff (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers markiert. Kurz gesagt, die Zellen wurden in einer vorgewärmten (37 °C) Färbelösung suspendiert, die die MitoTracker Green-Sonde (300 nM) enthielt, und 30 Minuten lang in einem Standardmedium unter geeigneten Wachstumsbedingungen inkubiert. Nach der Färbung wurden die Zellen zweimal mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gewaschen und in einem frischen Medium resuspendiert.

Um den mitochondrialen Transfer sichtbar zu machen, wurden Nervenzellen, in denen endogene Mitochondrien grün gefärbt waren (siehe oben), 24 Stunden lang mit gespendeten exogenen Mitochondrien (rot) in einem Standardkulturmedium kokultiviert und die Zellen wurden mit einem konfokalen Bildgebungssystem LSM 880 beobachtet ( Carl Zeiss Meditec AG, Jena, Deutschland).

Für MTx-Experimente in der Zellkultur wurden Gehirngewebe in mitochondrialem Isolationspuffer [210 mM d-Mannitol, 70 mM Saccharose, 5 mM HEPES, 1 mM EGTA und 0,5 % (w/v) fettsäurefreies Rinderserumalbumin (BSA) verwendet ), eingestellter pH-Wert mit KOH auf 7,2] wurden durch 30 Hübe bei 500 U/min in einem Homogenisator aufgeschlossen, wonach das Homogenat 10 Minuten lang bei 800 g und 4 °C in einem Ausschwingrotor zentrifugiert wurde. Der Überstand wurde dann 10 Minuten lang bei 4 °C und 12.000 g zentrifugiert, um ein Pellet mit den Mitochondrien zu erzeugen. Nach Entfernung des Überstands wurde das Pellet zweimal mit mitochondrialem Isolationspuffer gewaschen und das Pellet in vorgewärmter (37 °C) Färbelösung mit PBS, das die MitoTracker Deep Red-Sonde (300 nM) enthielt, resuspendiert und 30 Minuten lang inkubiert. Nach dem Entfernen der Färbelösung wurden die markierten Mitochondrien zweimal mit PBS gewaschen. Mitochondrien wurden durch Bestimmung der Proteinkonzentration unter Verwendung des Bradford-Assays (Pierce, Rockford, IL, USA) quantifiziert und bis zur Transplantation auf Eis gehalten. Mitochondrien (0,01 mg/ml, Endkonzentration), resuspendiert in 500 μl frischem, vorgewärmtem Medium, wurden sofort für den Mitochondrientransfer verwendet.

Aus Muskeln stammende Mitochondrien von Ratten wurden sowohl für MTx-Experimente (A) in Zellkultur als auch (B) als Spendermitochondrien verwendet, die durch Infusion in eine In-vivo-Ratte verwendet wurden, wie unten in unserem CA-Modellprotokoll beschrieben. Mitochondrien wurden aus einem 6 mm großen Stück gesunden Pectoralis-Major-Muskelgewebes einer Ratte mithilfe einer schnellen Mitochondrien-Isolierungsmethode isoliert, wie zuvor beschrieben [24]. Diese Methode, die einen automatischen Homogenisator und verschiedene Filtrationen verwendet und für den klinischen Einsatz entwickelt wurde, als Geschwindigkeit entscheidend war, da der gesamte Vorgang in 30 Minuten abgeschlossen sein kann, wurde kürzlich von McCully et al. beschrieben. [8, 10, 24]. Kurz gesagt, unmittelbar nach der Gewinnung des Muskels mit einer 6-mm-Biopsiestanze wurde das Gewebe in kaltem homogenisiertem Puffer [300 mM Saccharose, 10 mM K-HEPES und 1 mM K-EGTA (pH 7,2)] bei 4 °C zerkleinert und homogenisiert unter Verwendung eines automatischen Homogenisators (gentleMACS-Dissoziator; Miltenyi Biotec Inc., San Diego, CA, USA). Das Homogenat wurde dann einem 10-minütigen Aufschluss mit Subtilisin A auf Eis (Protease aus Bacillus licheniformis; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) unterzogen und das aufgeschlossene Homogenat mit 0,49 % fettsäurefreiem BSA wurde durch einen Filter filtriert Serie von sterilen Einweg-Netzfiltern. Das Filtrat wurde 10 Minuten lang bei 4 °C mit 9000 g zentrifugiert und das endgültige Pellet wurde in 0,5 ml eines Kaltatmungspuffers [250 mM Saccharose, 2 mM KH2PO4, 10 mM MgCl2, 20 mM K-HEPES (pH 7,2)] resuspendiert ), 0,5 mM K-EGTA (pH 8,0)]. Die Ausbeute an mitochondrialen Partikeln, die unter Verwendung einer 6-mm-Biopsiegewebeprobe erhalten wurden, wurde mit etwa 1 × 1010 Mitochondrien angegeben, was ausreichend Mitochondrien für die Infusion sowie für die Qualitätssicherung und Qualitätskontrollbewertung bereitstellte [8, 10, 24]. Frühere Studien haben durchweg die Lebensfähigkeit und Funktionalität von Mitochondrien nachgewiesen, die mit dieser Methode aus dem Skelettmuskel isoliert wurden [10, 16, 24, 25]. Isolierte Mitochondrien wurden sofort für die intravenöse Infusion als frische Spendermitochondrien verwendet oder eingefroren und über 2 Wochen bei –80 °C gelagert, bis sie anschließend als gefroren-aufgetaute Mitochondrien verwendet wurden.

Der ATP-Gehalt wurde in (a) Atmungspuffer als Negativkontrolle, (b) gefroren-aufgetauten und (c) frisch isolierten Mitochondrien unter Verwendung eines Lumineszenz-Assay-Kits (ATPlite, PerkinElmer, MA) gemäß den Anweisungen des Herstellers bestimmt. Insgesamt 10 µl mitochondriale Partikel aus den vorbereiteten Proben oder dem Atmungspuffer wurden in jede Vertiefung einer weißen 96-Well-Platte mit undurchsichtigem Boden gegeben. Nach der Messung der Lumineszenz wurde die ATP-Konzentration in jeder Vertiefung anhand der Standardkurve berechnet, die aus der ATP-Standard-Stammlösung erhalten wurde.

Das mitochondriale Membranpotential (ΔψM) wurde mit dem MitoProbe™ JC1 (5′,6,6′-Tetrachlor-1,1′,3,3′-Tetraethylbenzimidazolylcarbocyaniniodid) Assay Kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) unter Verwendung von a bewertet BD FAC Symphony Durchflusszytometer (BD Biosciences, San Jose, CA). JC1 weist eine potenzialabhängige Akkumulation (J-Aggregate) in Mitochondrien auf, was durch eine Verschiebung der Fluoreszenzemission von Grün (~ 529 nm) nach Rot (~ 590 nm) angezeigt wird. Daher kann ΔψM durch einen Anstieg der roten Fluoreszenz-J-Aggregate beurteilt werden. Nach der Isolierung wurde die mitochondriale Suspension in 1 ml Atmungspuffer mit 10 μl 200 μM JC1 (2 μM Endkonzentration) mit oder ohne 1 μl 50 mM Carbonylcyanid-3-chlorphenylhydrazon (CCCP, 50 μM Endkonzentration) gemischt. CCCP ist ein gut etablierter Störfaktor für die Mitochondrienmembran. Nach 30-minütiger Inkubation bei 37 °C wurde die Suspension 10 Minuten lang bei 9000 g und 4 °C zentrifugiert. Die Pellets wurden einmal durch Zugabe von 1 ml PBS gewaschen und zentrifugiert. Die Pellets wurden in 500 µL frischem Atmungspuffer resuspendiert. Ungefärbte Proben oder Größenreferenzkügelchen (Spherotech, Inc., Lake Forest, IL) wurden verwendet, um eine geeignete mitochondriale Größe und Spannungseinstellung festzulegen. Die Erfassung für JC1-Rot-positive Ereignisse wurde bei 100.000 Ereignissen durchgeführt. Die Prozentsätze der JC1-Rot-Fluoreszenz-J-Aggregate wurden als ΔψM in den frisch isolierten Mitochondrien, gefroren-aufgetauten Mitochondrien und einer Untergruppe gefroren-aufgetauter Mitochondrien gemessen, die mit einem Membranpotential-Disruptor CCCP als Kontrolle mit dem niedrigsten ΔψM behandelt wurden. Als Negativkontrolle wurden ungefärbte Mitochondrien verwendet. Die Daten wurden mit der FlowJo-Software (Tree Star, Ashland, OR, USA) analysiert.

In dieser In-vivo-Studie wurden erwachsene männliche Sprague-Dawley-Ratten (400–545 g, 12–16 Wochen alt; Charles River Laboratories) verwendet. Die Tiere wurden in einer Nagetieranlage mit einem 12:12-Stunden-Hell/Dunkel-Zyklus und nach Belieben Zugang zu Futter und Wasser gehalten. Die Ratten wurden mit einem 14-Gauge-Kunststoffkatheter (Surflo; Terumo Medical Corporation, Somerset, NJ, USA) unter Narkose mit 4 % Isofluran (Isosthesia; Butler-Schein AHS, Dublin, OH, USA) intubiert, mechanisch beatmet und chirurgisch behandelt unter Narkose hergestellt (2 % Isofluran). Vor dem chirurgischen Eingriff wurden die Operationsstellen mit Povidon-Jod gereinigt und anschließend mit einer sterilen, selbstklebenden, transparenten, mit Povidon behandelten OP-Decke abgedeckt. Alle chirurgischen Eingriffe wurden mit steriler Ausrüstung durchgeführt und von den für die Versuchsgruppen blinden Forschern durchgeführt. Der endexspiratorische Kohlendioxidwert wurde während des Experiments durch Anpassen der Atemfrequenz (RR) und des Atemzugvolumens (TV) auf 40 ± 5 mmHg gehalten, wobei diese Einstellungen im Bereich von 40/min bis 50/min für RR und 3,5 angepasst wurden bis 5,0 ml TV. Mikrokatheter (PE-50; Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, USA) wurden in die linke Oberschenkelarterie und die linke Oberschenkelvene eingeführt, um den Blutdruck zu überwachen und Medikamente bzw. Spendermitochondrien zu infundieren. Heparin (300 U) wurde in die Oberschenkelvene injiziert. Die Speiseröhrentemperatur wurde während des Experiments mithilfe eines thermostatisch regulierten Heizkissens und einer Heizlampe auf 37,0 ± 0,5 °C gehalten. Blutdruck- und Nadelsonden-Elektrokardiogramm-Überwachungsdaten wurden mit einem PC-basierten Datenerfassungssystem aufgezeichnet und analysiert.

Alle Tierstudien wurden unter Verwendung von Protokollen durchgeführt, die vom Institutional Animal Care and Use Committee unserer Einrichtung genehmigt wurden, und in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health. Ratten wurden, wie zuvor beschrieben [26, 27], mit geringfügigen Änderungen einer CA- und Herz-Lungen-Wiederbelebung unterzogen. Kurz gesagt, vor der Auslösung der Asphyxie wurden die Ratten mechanisch mit einem Anteil an eingeatmetem O2 (FIO2; 0,3) beatmet und die Anästhesie wurde während chirurgischer Eingriffe mit 2 % Isofluran aufrechterhalten. Erstickung wurde durch intravenöses Vecuroniumbromid (2 mg/kg) induziert, gefolgt vom Abschalten des Beatmungsgeräts und dem Absetzen von Isofluran. CA wurde als mittlerer arterieller Druck von < 20 mmHg definiert. 10 Minuten nach Einleitung der Asphyxie wurde die mechanische Beatmung bei einem FIO2 von 1,0 wieder aufgenommen und manuelle Brustkompressionen wurden mit einer Frequenz von 300/min von einem einzelnen, gegenüber den Versuchsgruppen verblindeten Untersucher durchgeführt. 30 s nach Beginn der Herzdruckmassage wurde ein Adrenalinbolus von 20 μg/kg verabreicht und die Herzdruckmassage wurde bis zur erfolgreichen Wiederbelebung fortgesetzt, die als Rückkehr des supraventrikulären Rhythmus mit einem mittleren arteriellen Druck von > 60 mmHg für 10 s definiert wurde . Die Ratten wurden in den ersten 10 Minuten nach der Wiederbelebung mechanisch mit einem FIO2 von 1,0 beatmet, danach wurde der FIO2 auf 0,3 reduziert, gefolgt von der Trennung vom mechanischen Beatmungsgerät und der Extubation 2 Stunden nach der CA. Der arterielle Blutdruck, Elektrokardiogramm-Aufzeichnungen und die Temperatur der Speiseröhre wurden 2 Stunden lang überwacht. Arterielle Blutproben für Blutgas- und Laktatanalysen wurden zu Studienbeginn und 15 und 120 Minuten nach der CA entnommen. Es wurde kein zusätzliches inotropes Mittel verabreicht. Nach einer Erholungsphase von 2 Stunden wurden die Tiere vom Beatmungsgerät entwöhnt, alle Gefäßkatheter und Trachealtuben entfernt und Operationswunden genäht. Anschließend wurden die Ratten mit leicht zugänglichem Futter und Wasser in ihre Käfige zurückgebracht und in einer Nagetieranlage mit einer kontrollierten Raumtemperatur von 22 °C beobachtet. Buprenorphin XR (0,2 ml; 0,26 mg) wurde einmal subkutan injiziert, um bei allen Tieren während der Erholungsphase etwaige Schmerzen aufgrund von Schnitten zu lindern. Die Überlebenszeit nach CA wurde für bis zu 72 Stunden aufgezeichnet.

Der neurologische Funktionsscore (NFS) wurde von einem verblindeten Untersucher 24, 48 und 72 Stunden nach der CA unter Verwendung eines zuvor veröffentlichten neurofunktionalen Bewertungssystems bewertet [27]. Mit diesem Wert würden neurologisch normale Tiere einen Wert von 500 erhalten, während tote oder hirntote Ratten mit 0 Punkten bewertet würden.

Wir beurteilten die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) zu Studienbeginn und 2 Stunden nach CA mittels Echokardiographie. Die transthorakale Echokardiographie mit geschlossenem Brustkorb wurde von einem einzelnen verblindeten Untersucher unter Verwendung einer 12–4-MHz-Sonde (Sektor-Array-Wandler S12-4; Philips, Amsterdam, Niederlande) durchgeführt und alle Messungen wurden über drei Herzzyklen gemittelt.

Das Feucht-Trocken-Gewichtsverhältnis (W/D) der Lunge wurde als Index für die Lungenödembildung verwendet. Der linke Unterlappen wurde 72 Stunden nach der CA entfernt, unmittelbar nach der Entfernung gewogen (Nassgewicht) und erneut nach 7-tägigem Trocknen in einem Ofen bei 37 °C (Trockengewicht). Das Lungen-W/D wurde als Verhältnis von Nassgewicht zu Trockengewicht berechnet.

Tiere, die CA ausgesetzt waren, wurden blockrandomisiert in eine von drei Interventionsgruppen eingeteilt, die unmittelbar nach erfolgreicher Wiederbelebung der Tiere verabreicht wurden: (a) Infusion des Atmungspuffers mit 0,49 % BSA (Vehikelgruppe; n = 11), (b) Infusion von nicht funktionsfähigen gefrorenen-aufgetauten Mitochondrien (Gruppe mit gefrorenem-aufgetautem Mito; n = 11) oder (c) Infusion frischer lebensfähiger Mitochondrien (Gruppe mit frischem Mito; n = 11). Der Prozess des Einfrierens und Auftauens führt zu einer weitreichenden Störung der Integrität der mitochondrialen Außenmembran und unterdrückt die Aktivität der Elektronentransportkette durch den Verlust von Cytochrom c aus dem Zwischenmembranraum [28]. Aus diesem Grund verwendeten wir gefrorene und aufgetaute Mitochondrien als zusätzliche Kontrollgruppe, um ähnliche Mengen an mitochondrialem Protein, Lipiden, DNA, RNA und anderen Makromolekülen aufrechtzuerhalten, wie sie den mit frisch isolierten Mitochondrien behandelten Tieren infundiert wurden. Diese zerstörten gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien enthalten ähnliche Mengen an biologischen Molekülen, verfügen jedoch nicht über Lebensfähigkeit und Atmungsfähigkeit.

RNA-Isolierung, Reverse Transkription und Echtzeit-PCR-Analyse wurden an Gehirn- und Milzgewebe durchgeführt, das 72 Stunden nach CA-Wiederbelebung und MTx gemäß den Anweisungen des Herstellers entnommen wurde. Die Gesamt-RNA wurde mit TRIzol-Reagenz (Sigma-Aldrich, USA) extrahiert und mit SuperScript IV VILO™ Master Mix mit ezDNase-Enzym (Thermo Fisher, USA) revers transkribiert. Die Echtzeit-PCR wurde mit TaqMan Fast Advanced Master Mix (Thermo Fisher, USA) auf dem LightCycler 480-System (Roche Diagnostics) durchgeführt. The primers used are dynamin-related protein 1 (Drp1, Rn00586466_m1), mitochondrial fission 1 protein (Fis1, Rn01480911_m1), optic atrophy-1 (Opa1, Rn00592200_m1), Mitofusin-1 (Mfn-1, Rn00594496_m1), and Mitofusin-2 (Mfn-2, Rn00500120_m1).

Um die Cytochrom-C-Oxidase (COX)-Aktivität in Geweben zu messen, wurden Gehirn und Milz von scheinoperierten Ratten und überlebenden Ratten 72 Stunden nach der CA in der Vehikel-, gefroren-aufgetauten oder frischen Mito-Gruppe erhalten. Die COX-Aktivität in Gewebehomogenaten wurde mit dem Cytochrome C-Oxidase Kit (Abcam, ab239711) gemäß den Anweisungen des Herstellers gemessen.

In einer separaten Reihe von Experimenten, die darauf abzielten, die Auswirkungen von MTx auf die Gehirnperfusion während der akuten Phase nach CA zu bestimmen, überwachten wir den relativen zerebralen Blutfluss (rCBF) in den ersten zwei Stunden nach CA. Die Laser-Speckle-Bildgebung des Gehirns wurde mit dem Vollfeld-Laser-Perfusions-Imager-System RFLS III gemäß den Anweisungen des Herstellers (RWD Life Science Co., Ltd., Guangdong, China) durchgeführt, wie zuvor beschrieben [29]. Um den Schädel für die Bildgebung freizulegen, wurde ein Schnitt in der Mittellinie der Kopfhaut vorgenommen. Der Schädel über der linken kortikalen Oberfläche wurde mit einem Zahnbohrer ausgedünnt, um sicherzustellen, dass die Dura intakt blieb. Der Bildgeber wurde direkt über der Oberfläche des verdünnten Schädels positioniert. Die kontinuierliche Bildaufnahme (Zeitkonstante 1 s; Belichtungszeit der Kamera 5 ms; Laserintensität 100 mA; Auflösung 2048 × 2048) begann bei der Basislinie vor der CA und dauerte bis 2 Stunden nach der CA. Die Gefäße wurden anhand anatomischer Merkmale erkannt und anschließend wurden drei Regionen von Interesse (ROIs) auf der Prä-CA-Basislinie ausgewählt. Die ROIs umfassten den Bereich über der linken oberen Hirnvene und zwei Kapillarbereiche der linken kortikalen Oberfläche zwischen den oberen Hirnvenen. Die Signalintensitäten der Perfusion wurden zu jedem Zeitpunkt mithilfe der Software des Laser-Speckle-Bildgebungssystems berechnet und gegenüber der Basislinie normalisiert [29]. Die Mittelwerte der rCBF-Werte an den drei ROIs wurden zwischen den Gruppen verglichen.

In einer separaten Reihe von Experimenten wurden Ratten, die CA ausgesetzt waren, verwendet, um die Aufnahme und Persistenz markierter Mitochondrien in lebenswichtigen Organen nach 1 und 24 Stunden unter Verwendung eines konfokalen Mikroskops zu bestimmen. Die frisch isolierten Mitochondrien wurden unmittelbar nach der Isolierung mit MitoTracker Deep Red markiert, und das Vehikel oder die markierten Mitochondrien wurden nach der Wiederbelebung aus CA infundiert. 1 oder 24 Stunden nach der CA wurden die Tiere eingeschläfert und Gehirn, Herz, Lunge, Niere, Leber und Milz entnommen und mit 4 % Paraformaldehydlösung fixiert. Die Schnitte wurden mit Eindeckmedium, das 4,6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI) enthielt (Vector Laboratories, Burlingame, CA, USA), montiert und unter Verwendung eines konfokalen Bildgebungssystems LSM 880 (Carl Zeiss Meditec AG, Jena, Deutschland) beobachtet.

Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar. Die neurologischen Funktionswerte wurden mithilfe eines Kruskal-Wallis-Tests verglichen, gefolgt von einem Mehrfachvergleichstest nach Dunn. Kontinuierliche Daten wurden durch einseitige Varianzanalyse (ANOVA) mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche zwischen mehreren Versuchsgruppen analysiert. Hämodynamik, Körpergewichtsveränderungen, Labor- und rCBF-Daten wurden unter Verwendung eines Mixed-Effects-Modells für Analysen mit wiederholten Messungen untersucht, gefolgt von einer ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. Für die In-vivo-Überlebensstudie haben wir eine Leistungsanalyse durchgeführt, um die Probengröße zu berechnen, die für eine zuverlässige Messung des Effekts erforderlich ist. Da die mittlere Überlebensrate 3 Tage nach CA voraussichtlich 40 % in der Vehikelgruppe und 85 % in der frisch isolierten Mitochondriengruppe betrug, gingen wir davon aus, dass in jeder Überlebensstudie 11 Ratten pro Gruppe erforderlich waren (α = 0,05, β = 0,2). [Leistung = 80 %], zweiseitig). Alle Daten sind enthalten (es wurden keine Ausreißerwerte oder Tiere aus der Studie ausgeschlossen). Zur Berechnung der Überlebensraten zwischen den Gruppen wurde eine Kaplan-Meier-Analyse unter Verwendung des Gehan-Breslow-Wilcoxon-Tests verwendet. AP < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Für alle statistischen Analysen wurde GraphPad Prism (v.9.2.0; GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, USA) verwendet.

Nach der Gewebeisolierung wurden die exogenen Spendermitochondrien mit MitoTracker Deep Red gefärbt und dann mit Nervenzellen co-kultiviert, deren endogene Mitochondrien mit MitoTracker Green gefärbt wurden. Exogene Gehirnmitochondrien wurden durch einfache Co-Kultur für 24 Stunden in Nervenzellen aufgenommen (Abb. 1A). Übertragene exogene Mitochondrien (rot), kolokalisiert mit endogenen Mitochondrien (grün) aus Nervenzellen, was auf die Bewegung exogener Mitochondrien innerhalb der Zellen hinweist, was durch die zusammengeführte gelbe Färbung nachgewiesen wird. Darüber hinaus beobachteten wir einen exogenen mitochondrialen Transfer aus Muskeln in Nervenzellen (Abb. 1B). Diese Ergebnisse legen nahe, dass exogene Mitochondrien aus Gehirn und Muskeln effizient in Nervenzellen übertragen werden können.

Transfer von exogenen Mitochondrien aus Gehirn und Muskeln in neuronale Zellkulturen. Repräsentative Bilder von exogenen Mitochondrien, die mit MitoTracker Deep Red gefärbt und mit Gehirnzellen kokultiviert wurden, deren endogene Mitochondrien mit MitoTracker Green gefärbt wurden. Die exogenen Mitochondrien (rot) wurden aus A dem Gehirn oder B dem Brustmuskel der Spenderratte entnommen. Der Maßstabsbalken zeigt 20 µm an

Unser bedeutendster Befund war ein dramatischer Anstieg des neurologisch intakten Überlebens, wenn Ratten nach CA im Vergleich zu den beiden Kontrollbedingungen mit infundierten frisch isolierten Mitochondrien behandelt wurden. Die drei Gruppen von jeweils 11 Tieren bestanden aus Folgendem: (1) einer einfachen Vehikelbehandlung als Negativkontrolle (Atmungspuffer mit 0,49 % BSA), (2) einer zusätzlichen Negativkontrolle aus gefrorenen-aufgetauten, nicht funktionierenden Mitochondrien und (3) unserer MTx-Interventionsgruppe, die frisch isolierte Spendermitochondrien erhielt. Abbildung 2A zeigt, dass frisch isolierte Mitochondrien im Vergleich zu gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien funktionsfähig sind. Wie erwartet war der ATP-Gehalt in frisch isolierten Mitochondrien etwa viermal höher als in gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien. Die Durchflusszytometrie-Analysen bestätigten, dass ΔψM in der Gruppe mit frischem Mito deutlich höher war als in der Gruppe mit gefrorenem und aufgetautem Mito (65,60 ± 18,50, 19,06 ± 6,28, P = 0,047). CCCP veränderte das ΔψM in der gefroren-aufgetauten-Mito-Gruppe nicht (Abb. 2B). Diese Beobachtungen legen nahe, dass frisch isolierte Mitochondrien ein deutlich höheres ΔψM aufweisen als gefrorene und aufgetaute Mitochondrien und dass der gefrorene und aufgetaute Prozess ausreichen kann, um das Membranpotential zu stören.

Frisch isolierte Mitochondrien sind funktioneller als gefrorene und aufgetaute Mitochondrien. A Mitochondrialer ATP-Gehalt in Vehikel, gefroren-aufgetauten Mitochondrien und frischen Mitochondrien unmittelbar nach der Mitochondrienisolierung. Für Post-hoc-Vergleiche wurde eine einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit Šidák-Korrektur verwendet. n = 3–4 pro Gruppe. B Eine durchflusszytometrische Analyse des Mitochondrienmembranpotentials der isolierten, mit JC-1 gefärbten Mitochondrien bestätigte, dass der Prozentsatz der J-Aggregate in der Gruppe mit frischem Mito deutlich höher war als in der Gruppe mit gefrorenem, aufgetautem Mito. Carbonylcyanid 3-Chlorphenylhydrazon (CCCP) veränderte das ΔψM in der gefroren-aufgetauten-Mito-Gruppe nicht. Für Post-hoc-Vergleiche wurde die einfaktorielle ANOVA mit Šidák-Korrektur verwendet. n = 4 pro Gruppe

In einem In-vivo-Rattenmodell von CA wurden keine Unterschiede in den Ausgangseigenschaften und perioperativen hämodynamischen Parametern zwischen der Vehikel-, der gefroren-aufgetauten und der Frisch-Mito-Gruppe beobachtet (Tabelle 1). Die 72-Stunden-Überlebensraten sowohl in der Vehikel- als auch in der gefroren-aufgetauten Mito-Gruppe betrugen 54,5 % (6 von 11 Ratten für beide Gruppen). Im Gegensatz dazu zeigten Tiere, denen intravenöse Injektionen frischer Mitochondrien verabreicht wurden, eine deutlich verbesserte 72-Stunden-Überlebensrate von 90,9 % (10 von 11 Ratten; P = 0,048 vs. Vehikel; P = 0,038 vs. gefroren-aufgetautes Mito) (Abb. 3A) . Darüber hinaus war das NFS, abhängig vom Überleben, 72 Stunden nach der CA in der Frisch-Mito-Gruppe signifikant höher als in der Vehikelgruppe (P = 0,047) (Abb. 3B). Wir untersuchten auch die Maße der Gewichtserhaltung bei überlebenden Ratten 72 Stunden nach der Wiederbelebung. Das Körpergewicht der Frisch-Mito-Gruppe war 72 Stunden nach der CA signifikant höher als das der gefroren-aufgetauten Mito-Gruppe (Abb. 3C).

Mitochondriale Transplantation unter Verwendung frisch isolierter Mitochondrien verbessert die neurologische Funktion und das Überleben über 72 Stunden nach Herzstillstand und Wiederbelebung. A Überlebensraten während der ersten 72 Stunden nach Herzstillstand (CA) und Wiederbelebung. n = 11 pro Gruppe. *P = 0,048 vs. Fahrzeuggruppe; #P = 0,038 vs. gefroren-aufgetaut-Mito-Gruppe. Es wurde eine Kaplan-Meier-Analyse unter Verwendung des Gehan-Breslow-Wilcoxon-Tests verwendet. B Neurologische Funktionswerte (NFS) 72 Stunden nach der CA bei überlebenden Tieren im Vehikel, gefroren-aufgetauten Mitochondrien oder frisch isolierten Mitochondriengruppen. Ein Wert von 0 weist auf Hirntod oder tote Ratten hin. Verendete Tiere wurden von den Analysen ausgeschlossen. Es wurde der Kruskal-Wallis-Test und anschließend der Dunn-Mehrfachvergleichstest verwendet. C Tägliche Veränderungen des Körpergewichts bei Tieren nach CA, die mit Vehikel, gefroren-aufgetauten Mitochondrien oder frischen Mitochondrien behandelt wurden. Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für Analysen mit wiederholten Messungen verwendet, gefolgt von einer einfaktoriellen ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. *P = 0,044 vs. Fahrzeuggruppe. Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar

Abbildung 4A zeigt die signifikante Verringerung der arteriellen Laktatspiegel, die bei Post-CA-Ratten innerhalb von 15 Minuten nach der Wiederbelebung in der Frisch-Mito-Gruppe im Vergleich zu den höheren Laktatspiegeln beobachtet wurde, die in der Vehikel- und der gefroren-aufgetauten Gruppe beobachtet wurden. Außerdem beurteilten wir das Lungenödem 72 Stunden nach der Wiederbelebung durch Messung des Wassergehalts der Lunge, der in der Frisch-Mito-Gruppe (W/D, 4,23 ± 0,85) im Vergleich zu dem in der Vehikelgruppe (5,70 ± 0,75, P) deutlich niedriger war = 0,027) und gefroren-aufgetauten (6,21 ± 1,40, P = 0,003) Gruppen (Abb. 4B). Die Echokardiographie bestätigte das Fehlen signifikanter Unterschiede in den frühen hämodynamischen Parametern. Wie erwartet führte CA 2 Stunden nach der Wiederbelebung in allen Gruppen zu einer verringerten LVEF (Abb. 4C). Allerdings konnten wir während der ersten zwei Stunden der Überwachung nach der Wiederbelebung keine signifikanten Unterschiede zwischen der MTx- und der Kontrollgruppe hinsichtlich der hämodynamischen Parameter Arteriendruck, Herzfrequenz und linksventrikuläre Ejektionsfraktion feststellen (Abb. 4C, D). Nach diesem Zeitpunkt wurde die Überwachung eingestellt; Daher konnten mögliche Änderungen über diesen Punkt hinaus nicht beobachtet werden. Darüber hinaus beobachteten wir nach 15 Minuten einen höheren arteriellen pH-Wert und einen niedrigeren arteriellen Kohlendioxidpartialdruck in der Frisch-Mito-Gruppe im Vergleich zu den Vehikel- und gefroren-aufgetauten Gruppen. Die Glukosewerte, die bei Tieren unmittelbar nach CA typischerweise ziemlich erhöht sind, waren nach 15 Minuten bei Tieren, die MTx ausgesetzt waren, im Vergleich zu den anderen Gruppen niedriger. Bemerkenswert ist, dass diese Werte alle nach 120 Minuten auf den Ausgangswert zurückgingen (Abb. 5). Die Gruppen unterschieden sich nicht hinsichtlich Sauerstoffpartialdruck, Sauerstoffsättigung, Basenüberschuss, Hämatokrit oder Blutelektrolytspiegel (Zusatzdatei 1: Abb. S1).

Eine mitochondriale Transplantation verbessert die frühe Laktatnormalisierung und lindert Lungenschäden nach Herzstillstand und Wiederbelebung. A Arterielle Laktatwerte zu Beginn vor dem Herzstillstand und 15 und 120 Minuten nach der Wiederbelebung. n = 11 pro Gruppe. Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für Analysen mit wiederholten Messungen verwendet, gefolgt von einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. B Durch einen Herzstillstand verursachtes Lungenödem 72 Stunden nach der Wiederbelebung wurde durch die Verabreichung frisch isolierter Mitochondrien verringert. C Linksventrikuläre Ejektionsfraktion zu Beginn vor dem Herzstillstand und 2 Stunden nach der Wiederbelebung bei Ratten nach dem Herzstillstand, die mit Vehikel, gefroren-aufgetauten Mitochondrien (gefroren-aufgetaut-Mito) oder frisch isolierten Mitochondrien (frisch-Mito) behandelt wurden. Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für die Analyse wiederholter Messungen verwendet, gefolgt von einer ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. D Veränderungen des mittleren arteriellen Drucks (MAP). Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für die Analyse wiederholter Messungen verwendet, gefolgt von einer ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar

Eine mitochondriale Transplantation normalisiert die Stoffwechselparameter früh nach Herzstillstand und Wiederbelebung. Arterieller A-pH-Wert, B-Partialdruck von Kohlendioxid (PaCO2) und C-Glukosespiegel vor der CA-Basislinie sowie 15 Minuten und 2 Stunden nach der Wiederbelebung in den Gruppen. *P < 0,05; Frisch-Mito vs. Vehikelgruppe, #P < 0,05; Frisch-Mito vs. gefroren-aufgetaut-Mito-Gruppe. n = 11 pro Gruppe. Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für die Analyse wiederholter Messungen verwendet, gefolgt von einer ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar

Um den Mechanismus der positiven Wirkung einer frischen Mitochondrieninjektion weiter zu charakterisieren, haben wir die Veränderungen in der Genexpression von Markern für die Mitochondrienspaltung (Drp1, Fis1) und Mitochondrienfusion (Opa1, Mfn1, Mfn2) in Gewebehomogenaten aus dem Gehirn und der Milz gemessen Scheinoperierte Ratten oder überlebende Ratten 72 Stunden nach CA in der Vehikel-, gefroren-aufgetauten oder Frisch-Mito-Gruppe. Die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Im Gehirn schwächten frische Mitochondrien die Genexpression aller Fusionsproteine ​​im Vergleich zu gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien deutlich ab. MTx mit frischen Mitochondrien verringerte die Genexpression von Mfn1 und Mfn2 im Vergleich zur Vehikelgruppe deutlich, während gefrorene-aufgetaute Mitochondrien weder die Genexpression von Spaltungs- noch von Fusionsproteinen beeinflussten. Die Gruppen unterschieden sich nicht hinsichtlich der mitochondrialen Spaltungsgene. In der Milz schwächten frische Mitochondrien die Genexpression von Opa1 im Vergleich zu gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien deutlich ab. Darüber hinaus war die Drp1-Genexpression in der Milz in der Frisch-Mito-Gruppe deutlich höher als in der Vehikelgruppe.

Veränderungen der Genexpression im Gehirn und in der Milz überlebender Ratten 72 Stunden nach Herzstillstand und Wiederbelebung mit oder ohne Mitochondrientransplantation. Genexpression von Molekülen, die mit mitochondrialen Spaltungsproteinen (Dynamin-verwandtes Protein 1 [Drp1], mitochondriales Spaltungs-1-Protein [Fis1]) im A-Gehirn und der B-Milz sowie mitochondrialen Fusionsproteinen (Optikusatrophie-1 [Opa1], Mitofusin-1) zusammenhängen [Mfn-1], Mitofusin-2 [Mfn-2]) im C-Gehirn und der D-Milz. Für Post-hoc-Vergleiche wurde eine ANOVA mit Sidaks Korrektur verwendet. n = 6, 6 und 10 für die Vehikel-, gefroren-aufgetauten-Mito- bzw. Frisch-Mito-Gruppen. Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar

Wir haben auch die COX-Aktivität in Gewebehomogenaten aus dem Gehirn und der Milz von scheinoperierten Ratten oder überlebenden Ratten 72 Stunden nach CA in der Vehikel-, gefroren-aufgetauten oder frischen Mito-Gruppe gemessen. Die Ergebnisse sind in der Zusatzdatei 1: Abb. S2 dargestellt. Der kolorimetrische Enzymtest zeigte, dass sich die Gruppen hinsichtlich der COX-Aktivität sowohl im Gehirn als auch in der Milz nicht unterschieden. Die COX-Aktivität in der Vehikelgruppe wies im Vergleich zu denen in der Scheinoperationsgruppe keine Veränderung auf, was darauf hindeutet, dass sich die COX-Aktivität in Gewebehomogenaten 72 Stunden nach der CA-Wiederbelebung bei den überlebenden Tieren erholte.

Um die Wirkung von MTx auf die neurologische Funktion weiter zu ermitteln, führten wir eine separate Reihe von Tierstudien durch und maßen die Wirkung von MTx auf den zerebralen Blutfluss für 2 Stunden nach CA. Wir haben den rCBF, wobei sich „relativ“ auf den Ausgangswert bezieht, in drei ROIs auf der kortikalen Oberfläche des Gehirns gemessen. Wir verwendeten ein Laser-Speckle-Bildgebungssystem und verglichen den von Minute zu Minute während der CA gemessenen rCBF bis 2 Stunden nach der CA. Abbildung 7A zeigt repräsentative Bilder der drei ROIs von Tieren in jeder der drei Gruppen zu Beginn und 2 Stunden nach CA. Abbildung 7B vergleicht die Wiederherstellung der Gehirnperfusion in den drei Gruppen (n = 6 in jeder Gruppe). Post-CA-Ratten, die MTx erhielten, hatten nach 2 Stunden im Vergleich zu beiden Kontrollgruppen einen verbesserten rCBF: 107,7 % ± 5,6 % in der Frisch-Mito-Gruppe im Vergleich zu 77,5 % ± 4,5 % in der Vehikelgruppe (P < 0,0001) und 81,3 % ± 15,9 % in der gefroren-aufgetauten Mito-Gruppe (P = 0,024).

Eine mitochondriale Transplantation verbessert die zerebrale Durchblutung früh nach Herzstillstand und Wiederbelebung. A Repräsentative Fotos der Laser-Speckle-Kontrastbildgebung vor der CA-Basislinie und 2 Stunden nach der CA in drei Gruppen. B Veränderungen im mittleren relativen zerebralen Blutfluss (rCBF) von ROIs bei Post-CA-Ratten, die mit Vehikel, gefroren-aufgetauten Mitochondrien (gefroren-aufgetaut-Mito) oder frisch isolierten Mitochondrien (frisch-Mito) behandelt wurden. Es wurde ein Mixed-Effects-Modell für die Analyse wiederholter Messungen verwendet, gefolgt von einer ANOVA mit Šidák-Korrektur für Post-hoc-Vergleiche. n = 6 pro Gruppe. Die Daten stellen den Mittelwert ± Standardabweichung dar

In einer weiteren Reihe von Tierstudien haben wir mittels Mikroskopie die visuelle Persistenz markierter, frisch isolierter Spendermitochondrien in den kritischen Organen und Geweben von Empfänger-CA-Tieren bestimmt. Konfokale Fluoreszenzbildgebung von mit MitoTracker Deep Red markierten Mitochondrien bestätigte, dass 1 und 24 Stunden nach der Injektion nach CA transplantierte Mitochondrien im Gehirn, in der Niere und in der Milz beobachtet wurden (Abb. 8). Wir haben keine ähnliche Persistenz der markierten Mitochondrien nach 24 Stunden im Herzen, in der Leber oder in der Lunge beobachtet (Zusatzdatei 1: Abb. S3).

Die konfokale Fluoreszenzbildgebung zeigt die Persistenz der Spendermitochondrien in den Organen 1 und 24 Stunden nach Herzstillstand und Wiederbelebung. Transplantierte Mitochondrien (rot) wurden 1 und 24 Stunden nach dem Herzstillstand im Gehirn, in der Niere und in der Milz beobachtet. Pfeilspitzen zeigen die gespendeten mitochondrialen Partikel an, die vor der Injektion mit dem Farbstoff MitoTracker Deep Red markiert wurden. Die Zellkerne wurden mit DAPI (blau) gegengefärbt. Der Maßstabsbalken zeigt 20 µm an

In diesem Artikel berichten wir über das Potenzial von MTx, den Schaden zu mildern, der durch die schwere ischämische Verletzung in CA verursacht wird. Wir fanden heraus, dass MTx das neurologisch intakte Überleben in einem Rattenmodell, in dem Ratten nach 10 Minuten erstickender CA wiederbelebt wurden, dramatisch steigerte. Dieses verbesserte Überleben war mit Verbesserungen des Stoffwechsels, der Gehirndurchblutung und des Lungenödems verbunden. Unsere In-vitro-Studien bestätigen, dass neurale Zellkulturen leicht exogene, frisch isolierte Spendermitochondrien aufnehmen und dass Spendermitochondrien in der Lage sind zu atmen und ATP zu produzieren. Nachfolgende In-vivo-Studien ergaben, dass intravenös infundierte transplantierte Spendermitochondrien 24 Stunden nach der CA im Gewebe gefunden werden können.

Unser primäres Ergebnis war, dass MTx das Überleben nach CA von 55 auf 91 % verbesserte. Wir konnten keine früheren Studien zu MTx im Zusammenhang mit CA finden; Es wurde jedoch berichtet, dass MTx in anderen Tierkrankheitsmodellen schützend wirkt, wie z. B. Herz-I/R [10,11,12,13,14,15,16,17], Schlaganfall [6, 18] und Leber-I/R [30, 31], Nieren-I/R [32, 33], Lungen-I/R [25], Rückenmarksverletzung [34], Parkinson [35, 36] und Schizophrenie [37]. Beispielsweise wurden in einem Maus-Schlaganfallmodell aus Plazentagewebe stammende Mitochondrien nach einem fokalen Karotisverschluss intravenös in Tiere infundiert, was zu einer signifikanten Verringerung der Infarktgröße innerhalb von 72 Stunden führte [18]. Im ischämischen Gehirn können Astrozyten gesunde Mitochondrien in beschädigte Neuronen übertragen [6]. Eine andere Studie ergab, dass die Transplantation von aus Muskeln stammenden Mitochondrien den zellulären oxidativen Stress und die Apoptose reduzierte, das Gehirninfarktvolumen verringerte und neurologische Defizite nach einem ischämischen Schlaganfall bei Ratten umkehrte [38].

Wir haben auch bestätigt, dass der Gefrier-Tau-Prozess den ATP-Gehalt und ΔψM in den isolierten mitochondrialen Partikeln deutlich reduziert. Dieser Befund ist aus zwei Gründen wichtig: (1) Er bestätigt, dass unsere Verwendung des von McCully et al. beschriebenen Schnellisolierungsverfahrens zur Extraktion funktioneller ATP-erzeugender Spendermitochondrien führte, und (2) zum Einfrieren und Auftauen von Mitochondrien produzierte relativ nicht funktionierende Mitochondrien, die für die nachfolgende Serie als kritische zusätzliche negative Kontrollgruppe verwendet werden. Bemerkenswert ist, dass in den meisten früheren MTx-Studien die einfache Vehikellösung allein als einzige negative Kontrollgruppe verwendet wurde [10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 25, 33, 35, 36, 37, 39]. Für unsere MTx-Untersuchung wollten wir bestätigen, dass es die funktionelle Kapazität der infundierten Mitochondrien ist, die für Veränderungen im Ergebnis erforderlich ist, und nicht auf die Infusion einer anderen Komponente zurückzuführen ist, die in nicht funktionierenden mitochondrialen Partikeln vorhanden ist. Nicht funktionsfähige eingefrorene mitochondriale Partikel enthalten ähnliche Mengen an mitochondrialen Membranen, Proteinen und anderen Makromolekülen, und es ist vernünftig anzunehmen, dass einige dieser Komponenten biologische Aktivität haben könnten und möglicherweise als schädigungsassoziierte molekulare Muster oder Signalmoleküle wirken. Die Verwendung von eingefrorenen Mitochondrien als zusätzliche Negativkontrolle ermöglicht es uns, einen wichtigen möglichen Störfaktor zu eliminieren.

Die Übertragung unserer Erkenntnisse auf den Menschen könnte schnell erfolgen, insbesondere da einige Versuche am Menschen mit MTx bereits durchgeführt wurden, andere noch im Gange sind und weitere erwartet werden. MTx wurde bereits bei pädiatrischen Patienten mit Myokardischämie nach einer Herzoperation eingesetzt [39, 40]. Guariento et al. berichteten über pädiatrische Patienten mit schweren angeborenen Herzfehlern an Herz-Lungen-Maschinen, denen ihre eigenen Mitochondrien injiziert wurden. In ihrer Studie wurde MTx durchgeführt, um den Entwöhnungsprozess zu beschleunigen, und es wurde über einen gewissen Erfolg berichtet [39, 40]. Darüber hinaus ist eine Humanstudie im Gange, um die Sicherheit von autologem MTx zu untersuchen, das während einer zerebralen Ischämie an das Gehirn abgegeben wird. Walker et al. biopsierte das Muskelgewebe eines Patienten, um Mitochondrien am Krankenbett zu isolieren, und infundierte die frisch isolierten Mitochondrien direkt in das Gehirn des Patienten (NCT04998357). Wir hoffen, dass die hier vorgestellte Studienreihe die Forschung auf diesem Gebiet weiter anregen wird.

In unserer Studie haben wir gezeigt, dass exogene Mitochondrien in Kulturmedien wandern und sich durch einfache Co-Kultur für 24 Stunden zusammen mit endogenen Mitochondrien in neuronalen Zellkulturen lokalisieren. Die Fähigkeit von Mitochondrien, von einer Zelle zur anderen zu wandern, ist eine neue Entdeckung und ein derzeit kaum verstandenes Phänomen. Unsere Ergebnisse bestätigen, dass Mitochondrien leicht durch die Zellmembran gelangen; Dies kann ein natürlich vorkommendes Ereignis sein, das häufiger auftritt als bisher angenommen. Verschiedene Studien stützen unsere In-vitro-Ergebnisse. Andrabi et al. demonstrierten die Übertragung von Mitochondrien von Astrozyten und Mikroglia in beschädigte Neuronen [41]. Hayakawa et al. fanden heraus, dass in den extrazellulären Raum freigesetzte Mitochondrien nach einem Schlaganfall von Zelle zu Zelle im Gehirn übertragen werden können. Diese Ergebnisse deuten auf einen neuen mitochondrialen Mechanismus des neuroglialen Crosstalks hin, der zur endogenen Neuroprotektion nach einer Hirn-I/R-Verletzung beitragen könnte [6, 18]. Spees et al. zeigten die interzelluläre Übertragung normaler Mitochondrien von mesenchymalen Stammzellen auf Säugetierzellen, die dysfunktionale Mitochondrien beherbergen [42]. Daher wird zunehmend davon ausgegangen, dass Mitochondrien eine wichtige Rolle bei der Kommunikation und Funktion von Zelle zu Zelle spielen [41,42,43,44], und die Übertragung von Mitochondrien von gesunden Zellen auf geschädigte Zellen scheint ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zu sein [6]. , 8, 9]. Weitere Studien sind erforderlich, um die genauen Mechanismen zu bestimmen, durch die exogene Mitochondrien während der I/R von Zellen aufgenommen werden, und um aufzuklären, wie extrazelluläre Mitochondrien ihre Lebensfähigkeit aufrechterhalten, in Gewebe wandern und das Gewebe während des Transplantationsprozesses schützen.

Unsere Ergebnisse von Genexpressionsmessungen legen nahe, dass sich die mitochondriale Dynamik in der Frisch-Mito-Gruppe während einer Erholungsphase bei überlebenden Tieren, die aus CA wiederbelebt wurden, in Richtung Spaltung verschiebt, was möglicherweise mit den vorteilhaften Auswirkungen der Ergänzung mit frischen Mitochondrien verbunden ist. Es wurde gezeigt, dass die Hemmung der Mitochondrienspaltung durch den Drp1-Inhibitor positive Auswirkungen auf Hirnschäden nach globaler Ischämie und Reperfusion hat [45]. Im Gegensatz dazu hat eine frühere Studie gezeigt, dass die Hemmung der Spaltung durch Hemmung von Drp1 oder siRNA zu einer Zunahme geschädigter mitochondrienvermittelter Schäden wie der ROS-Erzeugung, der Freisetzung von Cytochrom C und der Aktivierung von Caspase-3 nach einer ischämisch-hypoxischen Verletzung beitrug, was die ischämische Hirnschädigung verschlimmerte [46]. Es wurde gezeigt, dass die Mitochondrienspaltung es Mitochondrien ermöglicht, dysfunktionale Mitochondrien zu trennen, die beschädigtes Protein, mutierte DNA oder destabilisierte Membranen enthalten [47]. Diese widersprüchlichen Ergebnisse legen nahe, dass das Gleichgewicht zwischen Spaltung und Fusion und ihre Rolle bei der Wiederherstellung des Gehirns noch nicht geklärt sind. Darüber hinaus ist die Rolle der mitochondrialen Dynamik nicht nur für die akute Phase, sondern auch für die späte Erholungsphase nach einer Ischämie-Reperfusionsverletzung unvollständig untersucht. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Rolle von MTx auf die mitochondriale Dynamik und Hirnverletzungen nach CA-Wiederbelebung aufzuklären.

Ein wichtiger Befund unserer Studie ist die Persistenz fluoreszenzmarkierter Mitochondrien in kritischen Geweben von Tieren 24 Stunden nach CA. Bisher gibt es nur begrenzte Literatur über den anatomischen Ort, an dem zirkulierende Spendermitochondrien nach einer intravenösen Infusion aufgenommen werden. In einer Reihe früherer Studien wurde die direkte Injektion von Mitochondrien in den Herzmuskel und die intrakoronare Injektion untersucht. Diese Studien zeigten die Retention von Spendermitochondrien in den ischämischen Bereichen des Herzens, jedoch nicht in anderen Organen [10, 11, 16]. Im Gegensatz dazu zeigte eine Studie von Nakamura et al., die die gleiche intravenöse Infusion verwendete, die wir durchgeführt hatten, dass zusätzlich zum Auffinden von Mitochondrien in den ischämischen Hirnregionen nach einem Schlaganfall infundierte Mitochondrien auch in verschiedenen peripheren Organen, darunter Lunge, Leber, identifiziert wurden. Niere und Herz [18]. Eine aktuelle Studie von Shi et al. zeigten funktionelle Verbesserungen bei der Parkinson-Krankheit als Folge von MTx. Ihre Studie ermittelte die weit verbreitete Verteilung intravenös infundierter exogener Mitochondrien in vielen verschiedenen Geweben, darunter Gehirn, Leber, Niere, Muskel und Herz, und spekulierte, dass die Parkinson-Krankheit teilweise durch die multiplen Organfolgen einer Mitochondrienerkrankung verursacht werden könnte [36]. Während wir die Aufnahme von exogenen Spendermitochondrien in mehreren Organen 24 Stunden nach CA identifizierten, bleibt der Mechanismus für die zelluläre Aufnahme infundierter Mitochondrien unbekannt. Es wurde vermutet, dass exogene Mitochondrien über zelluläre Endozytosewege eindringen könnten [48,49,50]. Weitere Studien sind erforderlich, um die Transmembran-Aufnahmemechanismen zu bestimmen, zu definieren, welche Gewebe und Zellen die am meisten infundierten Mitochondrien aufnehmen, und um den Zeitplan für die Persistenz transplantierter Mitochondrien in den Zielgeweben weiter abzugrenzen.

Einzigartig an unserer Studie ist die Verwendung nicht funktionsfähiger gefrorener und aufgetauter Mitochondrien als zusätzliche Negativkontrolle. Diese gefrorenen und aufgetauten Mitochondrien hatten keine der schützenden Wirkungen, die bei frisch isolierten Mitochondrien beobachtet wurden. Dies deutet darauf hin, dass für eine erfolgreiche Transplantation relativ gesunde atmende und ATP-produzierende Mitochondrien erforderlich sind. Andere Studien haben gezeigt, dass MTx den ATP-Spiegel verbessern kann [51], mitochondriale Peptide schützen, übermäßige proinflammatorische Reaktionen verhindern kann [52] und die Aktivierung des Zelltodwegs reduzieren kann [53]. Dennoch bleiben viele wichtige Fragen offen.

Die hier vorgestellten vorläufigen Studien weisen eine Reihe von Einschränkungen auf. Der genaue Mechanismus, durch den MTx die Überlebensergebnisse verbesserte, ist weiterhin unbekannt. Wir müssen noch feststellen, ob sich der ATP-Spiegel im Empfängergewebe durch MTx verändert. Wir haben weder die Anzahl der aufgenommenen Mitochondrien quantifiziert, noch haben wir festgestellt, ob die Gewebe, die Mitochondrien aufnehmen, die Gewebe waren, die am meisten für verbesserte Ergebnisse verantwortlich waren. Darüber hinaus sind unsere Dosierung und der Zeitpunkt von MTx möglicherweise nicht optimal. Unser tierisches CA-Modell ist ein relativ kurzfristiges 72-Stunden-Modell. Daher bleiben längerfristige Vorteile (oder Nebenwirkungen) unbekannt. Viele unserer Messungen wurden zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt; Daher ist es uns möglicherweise nicht gelungen, signifikante Änderungen zu erkennen, die zu anderen Zeitpunkten aufgetreten sind. Für die Umsetzung in Humantherapien sind zusätzliche Studien erforderlich, um die optimale Dosis der Spendermitochondrien, die optimalen Isolierungsmethoden und den idealen Zeitpunkt von MTx zur Behandlung von I/R-Verletzungen zu klären. Darüber hinaus konzentrierten wir diese Studien auf allogenes MTx; Dies ist jedoch im akuten klinischen Umfeld möglicherweise nicht möglich. Für die Entwicklung pragmatischer Humantherapien wurde die Möglichkeit der Xenotransplantation im Gegensatz zur allogenen oder autologen Transplantation als gangbare Zukunftsrichtung vorgeschlagen [11, 54, 55].

Wir fanden heraus, dass MTx unmittelbar nach der Wiederbelebung nach CA das Überleben und die neurologische Erholung bei Ratten verbesserte. MTx war mit einer schnellen Erholung der Laktat-, pH- und Glukosewerte verbunden; verbesserte Mikrozirkulation und Gehirndurchblutung; und verringerte Lungenschäden. Diese Ergebnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Studien, um unser grundlegendes Verständnis der mitochondrialen Biologie zu verbessern und die Entwicklung von MTx als neuartige Therapiestrategie zur Rettung von Leben zu fördern, die derzeit nach CA verloren gehen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Mitochondriale Transplantation

Herzstillstand

Adenosintriphosphat

Ischämie und Reperfusion

Phosphatgepufferte Kochsalzlösung

Rinderserumalbumin

Mitochondriales Membranpotential

Carbonylcyanid 3-Chlorphenylhydrazon

Atemfrequenz

Gezeitenvolumen

Neurologische Funktionsbewertung

Linksventrikuläre Ejektionsfraktion

Gewichtsverhältnis von Nass zu Trocken

Dynamin-verwandtes Protein 1

Mitochondriales Spaltungs-1-Protein

Optikusatrophie-1

Mitofusin-1

Mitofusin-2

Cytochrom-C-Oxidase

Relativer zerebraler Blutfluss

Interessante Regionen

4,6-Diamidino-2-phenylindol

Varianzanalyse

Neumar RW, Nolan JP, Adrie C, Aibiki M, Berg RA, Bottiger BW, Callaway C, Clark RS, Geocadin RG, Jauch EC, et al. Post-Herzstillstandssyndrom: Epidemiologie, Pathophysiologie, Behandlung und Prognose. Eine Konsenserklärung des International Liaison Committee on Resuscitation (American Heart Association, Australian and New Zealand Council on Resuscitation, European Resuscitation Council, Heart and Stroke Foundation of Canada, InterAmerican Heart Foundation, Resuscitation Council of Asia und Resuscitation Council of Southern Africa). ); das Komitee für kardiovaskuläre Notfallversorgung der American Heart Association; der Rat für Herz-Kreislauf-Chirurgie und Anästhesie; der Rat für kardiopulmonale, perioperative und kritische Pflege; der Rat für klinische Kardiologie; und der Schlaganfallrat. Verkehr. 2008;118(23):2452–83.

Artikel PubMed Google Scholar

Gazmuri RJ, Radhakrishnan J. Schutz der mitochondrialen bioenergetischen Funktion während der Wiederbelebung nach Herzstillstand. Crit Care Klinik. 2012;28(2):245–70.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Scharfer WW. Dynamin-verwandtes Protein 1 als therapeutisches Ziel bei Herzstillstand. J Mol Med (Berl). 2015;93(3):243–52.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Tait SW, Green DR. Mitochondrien und Zellsignalisierung. J Cell Sci. 2012;125(Teil 4):807–15.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kaur MM, Sharma DS. Mitochondriale Reparatur als potenzielles pharmakologisches Ziel bei zerebraler Ischämie. Mitochondrium. 2022;63:23–31.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hayakawa K, Esposito E, Wang X, Terasaki Y, Liu Y, Xing C, Ji X, Lo EH. Übertragung von Mitochondrien von Astrozyten auf Neuronen nach einem Schlaganfall. Natur. 2016;535(7613):551–5.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hayashida K, Takegawa R, Shoaib M, Aoki T, Choudhary RC, Kuschner CE, Nishikimi M, Miyara SJ, Rolston DM, Guevara S, et al. Mitochondriale Transplantationstherapie bei Ischämie-Reperfusionsschäden: eine systematische Überprüfung von Tier- und Humanstudien. J Transl Med. 2021;19(1):214.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

McCully JD, Cowan DB, Emani SM, Del Nido PJ. Mitochondriale Transplantation: Von Tiermodellen bis zur klinischen Anwendung beim Menschen. Mitochondrium. 2017;34:127–34.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Nakamura Y, Park JH, Hayakawa K. Therapeutischer Einsatz extrazellulärer Mitochondrien bei ZNS-Verletzungen und -Erkrankungen. Exp Neurol. 2020;324:113114.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Masuzawa A, Black KM, Pacak CA, Ericsson M, Barnett RJ, Drumm C, Seth P, Bloch DB, Levitsky S, Cowan DB, et al. Die Transplantation autolog gewonnener Mitochondrien schützt das Herz vor Ischämie-Reperfusionsschäden. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2013;304(7):H966-982.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cowan DB, Yao R, Akurathi V, Snay ER, Thedsanamoorthy JK, Zurakowski D, Ericsson M, Friehs I, Wu Y, Levitsky S, et al. Intrakoronare Abgabe von Mitochondrien an das ischämische Herz zur Kardioprotektion. Plus eins. 2016;11(8):e0160889.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Blitzer D, Guariento A, Doulamis IP, Shin B, Moskowitzova K, Barbieri GR, Orfany A, Del Nido PJ, McCully JD. Verzögerte Transplantation autologer Mitochondrien zur Kardioprotektion in einem Schweinemodell. Ann Thoraxchirurgin. 2020;109(3):711–9.

Artikel PubMed Google Scholar

Kaza AK, Wamala I, Friehs I, Kuebler JD, Rathod RH, Berra I, Ericsson M, Yao R, Thedsanamoorthy JK, Zurakowski D, et al. Myokardrettung durch autologe Mitochondrientransplantation in einem Schweinemodell für Ischämie/Reperfusion. J Thorax-Herz-Kreislauf-Chirurgie. 2017;153(4):934–43.

Artikel PubMed Google Scholar

Shin B, Saeed MY, Esch JJ, Guariento A, Blitzer D, Moskowitzova K, Ramirez-Barbieri G, Orfany A, Thedsanamoorthy JK, Cowan DB, et al. Eine neuartige biologische Strategie zum Myokardschutz durch intrakoronare Abgabe von Mitochondrien: Sicherheit und Wirksamkeit. JACC Basic Transl Sci. 2019;4(8):871–88.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Guariento A, Blitzer D, Doulamis I, Shin B, Moskowitzova K, Orfany A, Ramirez-Barbieri G, Staffa SJ, Zurakowski D, Del Nido PJ, et al. Preischemische autologe Mitochondrientransplantation durch intrakoronare Injektion zum Myokardschutz. J Thorax-Herz-Kreislauf-Chirurgie. 2020;160(2):e15–29.

Artikel PubMed Google Scholar

McCully JD, Cowan DB, Pacak CA, Toumpoulis IK, Dayalan H, Levitsky S. Injektion isolierter Mitochondrien während der frühen Reperfusion zur Kardioprotektion. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009;296(1):H94–105.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Moskowitzova K, Shin B, Liu K, Ramirez-Barbieri G, Guariento A, Blitzer D, Thedsanamoorthy JK, Yao R, Snay ER, Inkster JAH, et al. Mitochondriale Transplantation verlängert die Kaltischämiezeit bei muriner Herztransplantation. J Herz-Lungen-Transplantation. 2019;38(1):92–9.

Artikel PubMed Google Scholar

Nakamura Y, Lo EH, Hayakawa K. Plazenta-Mitochondrien-Therapie bei zerebraler Ischämie-Reperfusionsverletzung bei Mäusen. Schlaganfall. 2020;51(10):3142–6.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Benjamin EJ, Muntner P, Alonso A, Bittencourt MS, Callaway CW, Carson AP, Chamberlain AM, Chang AR, Cheng S, Das SR, et al. Aktualisierung der Herzkrankheits- und Schlaganfallstatistik 2019: ein Bericht der American Heart Association. Verkehr. 2019;139(10):e56–528.

Artikel PubMed Google Scholar

Virani SS, Alonso A, Aparicio HJ, Benjamin EJ, Bittencourt MS, Callaway CW, Carson AP, Chamberlain AM, Cheng S, Delling FN, et al. Aktualisierung der Herzkrankheits- und Schlaganfallstatistik 2021: ein Bericht der American Heart Association. Verkehr. 2021;143(8):e254–743.

Artikel PubMed Google Scholar

Soar J, Donnino MW, Maconochie I, Aickin R, Atkins DL, Andersen LW, Berg KM, Bingham R, Bottiger BW, Callaway CW, et al. Internationaler Konsens 2018 zur Herz-Lungen-Wiederbelebung und kardiovaskulären Notfallversorgung mit Zusammenfassung der Behandlungsempfehlungen. Verkehr. 2018;138(23):e714–30.

Artikel PubMed Google Scholar

Grasner JT, Herlitz J, Tjelmeland IBM, Wnent J, Masterson S, Lilja G, Bein B, Bottiger BW, Rosell-Ortiz F, Nolan JP, et al. Leitlinien des European Resuscitation Council 2021: Epidemiologie des Herzstillstands in Europa. Reanimation. 2021;161:61–79.

Artikel PubMed Google Scholar

Nichol G, Thomas E, Callaway CW, Hedges J, Powell JL, Aufderheide TP, Rea T, Lowe R, Brown T, Dreyer J, et al. Regionale Unterschiede in der Häufigkeit und dem Ergebnis von Herzstillständen außerhalb des Krankenhauses. JAMA. 2008;300(12):1423–31.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Preble JM, Pacak CA, Kondo H, MacKay AA, Cowan DB, McCully JD. Schnelle Isolierung und Reinigung von Mitochondrien für die Transplantation durch Gewebedissoziation und Differenzfiltration. J Vis Exp. 2014;91:e51682.

Google Scholar

Moskowitzova K, Orfany A, Liu K, Ramirez-Barbieri G, Thedsanamoorthy JK, Yao R, Guariento A, Doulamis IP, Blitzer D, Shin B, et al. Mitochondriale Transplantation verbessert die Lebensfähigkeit und Erholung der murinen Lunge nach einer Ischämie-Reperfusionsverletzung. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2020;318(1):L78–88.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Shinozaki K, Becker LB, Saeki K, Kim J, Yin T, Da T, Lampe JW. Dissoziierter Sauerstoffverbrauch und Kohlendioxidproduktion bei Ratten nach Herzstillstand: ein neuartiger metabolischer Phänotyp. J Am Heart Assoc. 2018;7(13):e007721.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nishikimi M, Yagi T, Shoaib M, Takegawa R, Rasul R, Hayashida K, Okuma Y, Yin T, Choudhary RC, Becker LB, et al. Phospholipid-Screening bei Herzstillstand erkennt vermindertes Plasma-Lysophosphatidylcholin: Nahrungsergänzung als neuer Therapieansatz. Crit Care Med. 2022;50(2):e199–208.

Nukala VN, Singh IN, Davis LM, Sullivan PG. Kryokonservierung von Gehirnmitochondrien: eine neuartige Methode für Funktionsstudien. J Neurosci-Methoden. 2006;152(1–2):48–54.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li R, Shen Y, Li Schock. 2021;56(5):755–61.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ko SF, Chen YL, Sung PH, Chiang JY, Chu YC, Huang CC, Huang CR, Yip HK. Hepatische (31) P-Magnetresonanzspektroskopie identifizierte den Einfluss von mit Melatonin vorbehandelten Mitochondrien auf akute Leberischämie-Reperfusionsschäden. J Cell Mol Med. 2020;24(17):10088–99.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lin HC, Lai IR. Isolierte Mitochondrieninfusion lindert Ischämie-Reperfusionsschäden der Leber bei Ratten: Antwort. Schock. 2013;39(6):543.

Artikel PubMed Google Scholar

Jabbari H, Roushandeh AM, Rostami MK, Razavi-Toosi MT, Shokrgozar MA, Jahanian-Najafabadi A, Kuwahara Y, Roudkenar MH. Eine mitochondriale Transplantation lindert die durch Ischämie/Reperfusion verursachte Nierenschädigung bei Ratten. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2020;1866(8):165809.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Doulamis IP, Guariento A, Duignan T, Kido T, Orfany A, Saeed MY, Weixler VH, Blitzer D, Shin B, Snay ER, et al. Mitochondriale Transplantation durch intraarterielle Injektion bei akuter Nierenschädigung. Am J Physiol Renal Physiol. 2020;319(3):F403–13.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fang SY, Roan JN, Lee JS, Chiu MH, Lin MW, Liu CC, Lam CF. Die Transplantation lebensfähiger Mitochondrien lindert neurologische Schäden nach einer Rückenmarksischämie. J Thorax-Herz-Kreislauf-Chirurgie. 2021;161(5):e337–47.

Artikel PubMed Google Scholar

Chang JC, Wu SL, Liu KH, Chen YH, Chuang CS, Cheng FC, Su HL, Wei YH, Kuo SJ, Liu CS. Allogene/xenogene Transplantation von peptidmarkierten Mitochondrien bei der Parkinson-Krankheit: Wiederherstellung der Mitochondrienfunktionen und Abschwächung der 6-Hydroxydopamin-induzierten Neurotoxizität. Übers. Res. 2016;170(40–56):e43.

Google Scholar

Shi X, Zhao M, Fu C, Fu A. Intravenöse Verabreichung von Mitochondrien zur Behandlung der experimentellen Parkinson-Krankheit. Mitochondrium. 2017;34:91–100.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Robicsek O, Ene HM, Karry R, ​​Ytzhaki O, Asor E, McPhie D, Cohen BM, Ben-Yehuda R, Weiner I, Ben-Shachar D. Der isolierte Mitochondrientransfer verbessert die neuronale Differenzierung von aus Schizophrenie stammenden induzierten pluripotenten Stammzellen und rettet Defizite in einem Rattenmodell der Störung. Schizophre Bulle. 2018;44(2):432–42.

Artikel PubMed Google Scholar

Zhang Z, Ma Z, Yan C, Pu K, Wu M, Bai J, Li Y, Wang Q. Von Muskeln abgeleitete autologe mitochondriale Transplantation: eine neuartige Strategie zur Behandlung zerebraler ischämischer Verletzungen. Behav Brain Res. 2019;356:322–31.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Guariento A, Piekarski BL, Doulamis IP, Blitzer D, Ferraro AM, Harrild DM, Zurakowski D, Del Nido PJ, McCully JD, Emani SM. Autologe mitochondriale Transplantation bei kardiogenem Schock bei pädiatrischen Patienten nach Ischämie-Reperfusions-Verletzung. J Thorax-Herz-Kreislauf-Chirurgie. 2021;162(3):992–1001.

Artikel PubMed Google Scholar

Emani SM, Piekarski BL, Harrild D, Del Nido PJ, McCully JD. Autologe mitochondriale Transplantation bei Dysfunktion nach Ischämie-Reperfusions-Verletzung. J Thorax-Herz-Kreislauf-Chirurgie. 2017;154(1):286–9.

Artikel PubMed Google Scholar

Andrabi SS, Parvez S, Tabassum H. Ischämischer Schlaganfall und Mitochondrien: Mechanismen und Ziele. Protoplasma. 2020;257(2):335–43.

Artikel PubMed Google Scholar

Spees JL, Olson SD, Whitney MJ, Prockop DJ. Mitochondrialer Transfer zwischen Zellen kann die aerobe Atmung retten. Proc Natl Acad Sci US A. 2006;103(5):1283–8.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Islam MN, Das SR, Emin MT, Wei M, Sun L, Westphalen K, Rowlands DJ, Quadri SK, Bhattacharya S, Bhattacharya J. Mitochondrialer Transfer von aus dem Knochenmark stammenden Stromazellen zu Lungenalveolen schützt vor akuten Lungenschäden. Nat Med. 2012;18(5):759–65.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu D, Gao Y, Liu J, Huang Y, Yin J, Feng Y, Shi L, Meloni BP, Zhang C, Zheng M, et al. Interzellulärer mitochondrialer Transfer als Mittel zur Geweberevitalisierung. Signaltransduktionsziel Ther. 2021;6(1):65.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Sharp WW, Beiser DG, Fang YH, Han M, Piao L, Varughese J, Archer SL. Die Hemmung des mitochondrialen Spaltproteins Dynamin-verwandtes Protein 1 verbessert das Überleben in einem Maus-Herzstillstandsmodell. Crit Care Med. 2015;43(2):e38-47.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zuo W, Zhang S, Xia CY, Guo XF, He WB, Chen NH. Mitochondrien-Autophagie wird nach hypoxischem/ischämischem Stress in einer Drp1-abhängigen Weise induziert: die Rolle der Hemmung von Drp1 bei ischämischen Hirnschäden. Neuropharmakologie. 2014;86:103–15.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Anzell AR, Maizy R, Przyklenk K, Sanderson TH. Mitochondriale Qualitätskontrolle und Krankheit: Einblicke in Ischämie-Reperfusionsschäden. Mol Neurobiol. 2018;55(3):2547–64.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kesner EE, Saada-Reich A, Lorberboum-Galski H. Merkmale der mitochondrialen Transformation in menschliche Zellen. Sci-Repräsentant. 2016;6:26057.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cowan DB, Yao R, Thedsanamoorthy JK, Zurakowski D, Del Nido PJ, McCully JD. Transit und Integration extrazellulärer Mitochondrien in menschlichen Herzzellen. Sci Rep. 2017;7(1):17450.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Sun C, Liu X, Wang B, Wang Z, Liu Y, Di C, Si J, Li H, Wu Q, Xu D, et al. Endozytose-vermittelte Mitochondrientransplantation: Die Übertragung normaler menschlicher Astrozyten-Mitochondrien in Gliomzellen rettet die aerobe Atmung und erhöht die Strahlenempfindlichkeit. Theranostik. 2019;9(12):3595–607.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hayakawa K, Chan SJ, Mandeville ET, Park JH, Bruzzese M, Montaner J, Arai K, Rosell A, Lo EH. Schutzwirkung von aus endothelialen Vorläuferzellen stammenden extrazellulären Mitochondrien im Gehirnendothel. Stammzellen. 2018;36(9):1404–10.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jung JE, Sun G, Bautista Garrido J, Obertas L, Mobley AS, Ting SM, Zhao J Neurosci. 2020;40(10):2154–65.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang X, Gerdes HH. Der Transfer von Mitochondrien über tunnelnde Nanoröhren rettet apoptotische PC12-Zellen. Zelltod ist unterschiedlich. 2015;22(7):1181–91.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pourmohammadi-Bejarpasi Z, Roushandeh AM, Saberi A, Rostami MK, Toosi SMR, Jahanian-Najafabadi A, Tomita K, Kuwahara Y, Sato T, Roudkenar MH. Die aus mesenchymalen Stammzellen gewonnene Mitochondrientransplantation lindert I/R-induzierte Verletzungen, beseitigt I/R-induzierte Apoptose und stellt die motorische Funktion im Rattenmodell mit akuter Ischämie und Schlaganfall wieder her. Brain Res Bull. 2020;165:70–80.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Huang PJ, Kuo CC, Lee HC, Shen CI, Cheng FC, Wu SF, Chang JC, Pan HC, Lin SZ, Liu CS, et al. Die Übertragung xenogener Mitochondrien bietet neuronalen Schutz vor ischämischem Stress in ischämischen Rattengehirnen. Zelltransplantation. 2016;25(5):913–27.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

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Keiner.

Diese Studie wurde von einem Fonds des Laboratory for Critical Care Physiology, Feinstein Institutes for Medical Research, Northwell Health, unterstützt.

Labor für Intensivphysiologie, The Feinstein Institutes for Medical Research, Northwell Health, Manhasset, NY, USA

Kei Hayashida, Ryosuke Takegawa, Yusuke Endo, Tai Yin, Rishabh C. Choudhary, Tomoaki Aoki, Mitsuaki Nishikimi, Eriko Nakamura, Muhammad Shoaib, Cyrus Kuschner, Santiago J. Miyara, Junhwan Kim, Koichiro Shinozaki und Lance B. Becker

Zentrum für Immunologie und Entzündung, The Feinstein Institutes for Medical Research, Northwell Health, Manhasset, NY, USA

Atsushi Murao & Ping Wang

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Konzeptualisierung: KH und LBB. Methodik: KH, RT, YE, TY, RCC, TA, MN, AM, EN, MS, CK, SJM, JK, KS, PW und LBB. Untersuchung: KH, RT, YE, TY, RCC, MN, AM und EN. Visualisierung: KH. Fördermittelakquise: KH und LBB. Projektleitung: LBB. Schreiben – Originalentwurf: KH. Rezension und Bearbeitung: KH und LBB. Die Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Kei Hayashida oder Lance B. Becker.

Unzutreffend.

Unzutreffend.

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Arterielle Blut- und Stoffwechselmessungen, die zu Beginn vor dem Herzstillstand und 15 und 120 Minuten nach der Wiederbelebung entnommen wurden. Abb. S2. Die Cytochrom-C-Oxidase (COX)-Aktivität in Gewebehomogenaten aus dem Gehirn und der Milz überlebender Tiere 72 Stunden nach CA in der Vehikel-, gefroren-aufgetauten oder frischen Mito-Gruppe. Abb. S3. Konfokale Fluoreszenzbildgebung für Herz, Leber und Lunge 24 Stunden nach CA-Wiederbelebung bei Ratten, die mit Vehikel oder frischer Mitochondrientransplantation behandelt wurden.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Der Creative Commons Public Domain Dedication-Verzicht (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) gilt für die in diesem Artikel zur Verfügung gestellten Daten, sofern in einer Quellenangabe für die Daten nichts anderes angegeben ist.

Nachdrucke und Genehmigungen

Hayashida, K., Takegawa, R., Endo, Y. et al. Eine exogene Mitochondrientransplantation verbessert das Überleben und die neurologischen Ergebnisse nach der Wiederbelebung nach einem Herzstillstand. BMC Med 21, 56 (2023). https://doi.org/10.1186/s12916-023-02759-0

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Eingegangen: 04. Oktober 2022

Angenommen: 30. Januar 2023

Veröffentlicht: 16. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12916-023-02759-0

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