ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To dzieło zostało wsparte przez hojne fundusze przekazane S.N.T. przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia (R01DK134590). Z wdzięcznością przypominamy również o finansowaniu S.N.T przez amerykański Narodowy Instytut Zdrowia (K99/R00 HL1431149; R01HL157803; R24OD034189), Narodową Fundację Nauki (EEC 1941543), Fundację Rodziny Polsky oraz Shriners Children’s Boston (Grant #BOS-85115). Ponadto z wdzięcznością przypominamy o finansowaniu dla R.J. przez Grant #LIFER23-263034 od Amerykańskiego Stowarzyszenia na rzecz Badań nad Chorobami Wątroby. Autorzy wyrażają głębokie wdzięczność za wsparcie ekspertów z Patologii Core na Harvard Medical School za badania histologiczne. Chcielibyśmy również podziękować dr Robertowi Balabanowi i dr Armel Femnou z Narodowego Instytutu Serca, Płuc i Krwi NIH za ich wiedzę w dziedzinie energetyki mitochondrialnej oraz za ważne wsparcie w opracowaniu biblioteki RRS pojedynczych kompleksów mitochondrialnych.

<ol>
	<li>San-Mill&#225;n I. The key role of mitochondrial function in health and disease. Antioxidants (Basel). 2023;12(4):782.</li>
	<li>Rossmann MP, et al. Mitochondrial function in development and disease. Dis Model Mech. 2021;14(6):dmm048912.</li>
	<li>Chen W, Zhao H, Li Y. Mitochondrial dynamics in health and disease: mechanisms and potential targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:333.</li>
	<li>Acin-Perez R, et al. A novel approach to measure mitochondrial respiration in frozen biological samples. EMBO J. 2020;39(13):e104073.</li>
	<li>Sharma E, et al. Overview of methods that determine mitochondrial function in human disease. Metabolism. 2025;170:156300.</li>
	<li>Kowaltowski AJ, Abdulkader F. How and when to measure mitochondrial inner membrane potentials. Biophys J. 2024;123(24):4150-4157.</li>
	<li>Quinn KP, et al. Characterization of metabolic changes associated with the functional development of 3D engineered tissues by noninvasive, dynamic measurement of individual cell redox ratios. Biomaterials. 2012;33(21):5341-5348.</li>
	<li>Perry DA, et al. Responsive monitoring of mitochondrial redox states in heart muscle predicts impending cardiac arrest. Sci Transl Med. 2017;9(408):ean0117.</li>
	<li>Nguyen KT, et al. Mitochondrial hyperoxidation contributes to warm ischemia-reperfusion injury in rat and pig livers. Commun Med. 2026;6:307.</li>
	<li>de Vries RJ, et al. Noninvasive quantification of the mitochondrial redox state in livers during machine perfusion. PLoS One. 2021;16(10):e0258833.</li>
	<li>Ajenu EO, et al. Advancing assessment methods for human cardiac grafts during normothermic machine perfusion. Transplantation. 2025;110(2):e374-e384.</li>
	<li>Thomas AR, et al. Resonance Raman spectroscopy detects ischemia in experimental coarctation of the aorta in a rodent model. J Cardiovasc Transl Res. 2025;18:566-573.</li>
	<li>Cakir B, et al. In vivo noninvasive mitochondrial redox assessment of the optic nerve head to predict disease. PNAS Nexus. 2023;2(5):pgad148.</li>
	<li>Jain R, et al. Real-time monitoring of mitochondrial oxygenation during machine perfusion using resonance Raman spectroscopy predicts organ function. Sci Rep. 2024;14:7328.</li>
	<li>Covian R, Edwards LO, Balaban RS. Effect of the mitochondrial membrane potential on the absorbance of the reduced form of cytochrome c oxidase. Biochim Biophys Acta Bioenerg. 2024;1865(3):149048.</li>
	<li>Ljungdahl PO, Pennoyer JD, Robertson DE, Trumpower BL. Purification of highly active cytochrome bc1 complexes from phylogenetically diverse species by a single chromatographic procedure. Biochim Biophys Acta. 1987;891(3):227-241.</li>
	<li>Covian R, Chess D, Balaban RS. Continuous monitoring of enzymatic activity within native electrophoresis gels: application to mitochondrial oxidative phosphorylation complexes. Anal Biochem. 2012;431(1):30-39.</li>
	<li>Haque O, et al. Twenty-four hour ex-vivo normothermic machine perfusion in rat livers. Technology. 2020;8(1-2):27-36.</li>
</ol>

Autorzy deklarują konflikt interesów. S.N.T i P.R. mają wnioski patentowe dotyczące niniejszego badania. P.R. jest pracownikiem i udziałowcem Pendar Technologies. Interesy S.N.T są zarządzane przez MGH i Partners HealthCare zgodnie z ich polityką konfliktu interesów. Interesy J.N.K są zarządzane zgodnie z polityką konfliktu interesów BCH. W niniejszym badaniu wykorzystano następujące opatentowane technologie: US2020/0281474A1 In vivo monitoring of cellular energetics with Raman spectroscopy (application). Złożono dodatkowe wnioski patentowe dotyczące zastosowania spektroskopii Resonance Raman w okulistyce, ocenie żywotności tkanek i ocenie obrażeń poparzeniowych, gdzie R.J. jest również wynalazcą.

Niniejsze badanie wskazuje na nieinwazyjną, czasowo rzeczywistą i wysoce czułą metodę ilościowego określania stanu zdrowia mitochondriów, wykorzystującą przenośny system spektroskopii rezonansowej Ramana, który składa się z lasera w kompaktowej sondzie, połączonej za pomocą kabla światłowodowego z pompą laserową. Metoda ta wykorzystuje laser o długości fali 441 nm do pobudzania mitochondriów, które wytwarzają unikalne sygnały spektralne w zależności od ich stopnia utlenienia. Tym samym, spektroskopia rezonansowa Ramana j...

Mitochondria odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu komórek i homeostazie. Mitochondria są głównymi napędami metabolizmu komórkowego, regulując produkcję ATP poprzez fosforylację utleniającą. Służą również jako organella sygnałowe, które dyktując los komórki, regulują szlaki apoptotyczne, a także sygnał ROS i Ca+21. Tym samym, dysfunkcja mitochondriów może prowadzić do różnych chorób neurodegeneracyjnych, mięśniowych i układu krążenia2,3. Mimo że mitochondria odgrywają kluczową rolę w progresji chorób, ocena funkcji mitochondriów może być inwazyjna, kosztowna i ograniczona.
Kluczowe wskaźniki funkcji mitochondriów, takie jak wskaźnik zużycia tlenu, fosforylacja utleniająca i aktywność różnych kompleksów w łańcuchu transportu elektronowym (ETC), są mierzone za pomocą respirometrii. ETC składa się z czterech kompleksów (I–IV) osadzone w wewnętrznej błonie mitochondrialnej (IMM). Te kompleksy, z pomocą innych koenzymów, przenoszą elektrony z zredukowanych substratów, takich jak NADH i FADH2, do końcowego akceptora elektronów, O2, który jest następnie zredukowany do wody. Większość współczesnych testów respirometrii, takich jak Seahorse i Orobros O2k, wymaga przetwarzania tkanki, co ogranicza ich zastosowanie do badań translacyjnych4,5. Pomiar potencjału membran mitochondriów (MMP) to kolejna metoda oceny dysfunkcji mitochondriów, która wykorzystuje kationiczne lipofilowe fluorofory, takie jak JC-1, wraz z obrazowaniem mikroskopowym, gdzie sprzężone (zdrowe) i nie sprzężone (uszkodzone) mitochondria fluoreskują na różnych długościach fal6. Jednak te testy mogą mieć niską czułość5. Sam barwnik może również mieć wysoką cytotoksyczność w wysokich stężeniach5. Ostatnio, podobnie jak pomiary respirometrii, ta technika również wymaga przetwarzania tkanki. Techniki oparte na spektroskopii zostały ostatnio wykorzystane jako nieinwazyjne metody oceny zdrowia mitochondriów. Na przykład, Spektroskopia Rezonansu Magnetycznego Fosforu (P-MRS), metoda oceny metabolizmu komórkowego przez pomiar stężeń metabolitów zawierających fosfor, została wykorzystana do charakteryzacji inżynieryjnych tkanek adypogennych poddanych różnicowaniu7. Jednak ta technika również wymaga specjalistycznego sprzętu i szkolenia.
Nasza grupa niedawno zademonstrowała technikę czasu rzeczywistego, nieinwazyjną i wysoce specyficzną do pomiaru stanu redoks mitochondriów jako markera żywotności narządów przy użyciu Spektroskopii Rezonansu Ramana (RRS). RRS wykorzystuje nieelastyczne rozpraszanie fotonów do ilościowego określania stanów redoks cytochromów mitochondrialnych. Pierścienie porfiryny w hemowych częściach cząsteczek, takich jak cytochromy mitochondrialne, hemoglobina i mioglobina, wytwarzają charakterystyczne widmo Ramana w zależności od ich stopnia utlenienia po pobudzeniu laserem o długości fali 441 nm8. Chociaż system RRS wykorzystuje długość fali 441 nm, można również zastosować lasery o długości fali 420 nm i 405 nm, z których każdy preferencyjnie wzmacnia inny kompleks cytochromowy. Spektrum uzyskane z nieznanej próbki interesującej jest skontrastowane z wcześniej nagranym księgozbiorem w pełni utlenionych lub zredukowanych, nieuszkodzonych mitochondriów, dając stosunek zredukowanych do całkowitych mitochondriów lub średni stan redoks in situ cytochromów ETC. Stosunek ten jest definiowany jako Rezonansowy Raman Redukowany Stosunek Mitochondriów (3RMR).
Istnieją 3 odrębne obliczenia/typy 3RMR: mitochondrialny 3RMR (mito-3RMR), 3RMR kompleksu III (cIII-3RMR) i 3RMR kompleksu IV (cIV-3RMR). Każdy z tych indeksów jest obliczany przez ułamek zredukowany do liczby wszystkich danych składników. Na przykład 3RMR cIII byłby stosunkiem zredukowanego cIII do całkowitej liczby cIII w tkankach (cIII-R/(cIII-O+CIII-R). Ten sam wzorzec dotyczy cIV. Tym samym, 3RMR-cIII odnosiłby się do stosunku zredukowanego cIII do całkowitej ilości cIII, a 3RMR-cIV odnosiłby się do stosunku zredukowanego cIV do całkowitej ilości cIV. Poprzez analizę regresji, albo mitochondrialne stany redoks (mito-3RMR) są obliczane za pomocą bibliotek spektralnych nieuszkodzonych mitochondriów, albo pojedyncze stany redoks kompleksów (cIII-3RMR i cIV-3RMR) są obliczane za pomocą bibliotek spektralnych cIII i cIV. Niedawny artykuł9 wykazał, że mito-3RMR jest reprezentatywny dla ważonej średniej stanów redoks cIII i cIV (lub cIII-3RMR i cIV-3RMR). Ważne jest, aby zauważyć, że cI i cII nie są aktywne Ramanem ani resonantnie wzmacniane przez długość fali 441 nm. W konsekwencji nie są obliczane podczas obliczania mito-3RMR.
Wykorzystując te typy 3RMR, określiliśmy optymalny zakres 3RMR. W "zdrowych" narządach mitochondria są nietknięte i mają

<table><tbody><tr><td>16 G Catheter&nbsp;</td><td>BD Insyte Authoguard</td><td>381454</td><td>Używane do nakłucia żyły wrotnej</td></tr><tr><td>Activated Charcoral</td><td>Vet Equip Vapor Guard Activated Charcoal</td><td>931401</td><td>Używane do filtrowania nadmiaru pary podczas anestezji</td></tr><tr><td>BSA&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>A7906</td><td>Skład perfuzyjnego roztworu</td></tr><tr><td>Bubble Trap&nbsp;</td><td>Radnoti</td><td>130149</td><td></td></tr><tr><td>Dexamethasone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D2915</td><td>Skład perfuzyjnego roztworu</td></tr><tr><td>Glutamax&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>35050061</td><td>Skład perfuzyjnego roztworu</td></tr><tr><td>Masterflex L/S Precision Pump Tubing (24 G)</td><td>Fisher Scientific&nbsp;</td><td>13-200-292</td><td>Używane do przepływu perfuzyjnego roztworu przez wątrobę</td></tr><tr><td>Masterflex peristaltic pumps&nbsp;</td><td>Cole Parmer, Vernon Hill, IL</td><td>7528-30&nbsp;</td><td>Używane do przepływu perfuzyjnego roztworu przez wątrobę</td></tr><tr><td>Membrane Oxygenator&nbsp;</td><td>Radnoti</td><td>130144</td><td>Używane do utleniania perfuzyjnego roztworu.&nbsp;</td></tr><tr><td>Penicillin-streptomycin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4458</td><td>Skład perfuzyjnego roztworu</td></tr><tr><td>RAPIDPoint 500 Blood Gas System</td><td>Siemens Healthineers</td><td>41115805</td><td>Do analizy gazów krwi</td></tr><tr><td>Resonance Raman System&nbsp;&nbsp;</td><td>Pendar Technologies</td><td>A4D441</td><td>Skontaktuj się z Pendar Technologies w sprawie zapytań dotyczących tego produktu</td></tr></tbody></table>

w czasie rzeczywistym, nieinwazyjna ocena funkcji mitochondrialnych za pomocą spektroskopii rezonansowego rozpraszania ramana

Real-Time, Noninvasive Evaluation of Mitochondrial Function Using Resonance Raman Spectroscopy

Mimo że mitochondria są centralne dla patogenezy i postępu choroby, mechanistyczne wglądy w dynamikę zdrowia mitochondrialnego pozostają kosztowne i niedostępne. Aby wypełnić tę lukę, w niniejszym badaniu zastosowano Spektroskopio Rezonansu Ramana (RRS) do oceny funkcji mitochondrialnych, wykorzystując przenośny system, który dostarcza czasowych, nieinwazyjnych i ilościowych pomiarów stanów redoks cytochromów mitochondrialnych w wątrobach szczurów. W tym protokole demonstrujemy zastosowanie tej technologii, w tym konfigurację, zbieranie danych i przetwarzanie danych. Niniejsze badanie przedstawia eksperyment udowadniający koncepcję, który podkreśla zdolność RRS do pomiaru zmian w czasie rzeczywistym w stanie redoks mitochondrialnym - a przez rozszerzenie, funkcji mitochondrialnej. W skrócie, urządzenie RRS zostało podłączone do pompy laserowej oraz komputera do zbierania danych i umieszczone 1 cm od wątroby szczura.  Parametry zbierania danych zostały wybrane zgodnie z protokołem dotyczącym wątroby szczura; stany redoks zostały zmierzone w warunkach natlenionych i niedotlenionych przy użyciu testu stresu tlenowego. Zmiany w stanach redoks mitochondrialnych były śledzone podczas całego testu stresu tlenowego.

Świeże wątroby poddano okresom niedokrwienia i reperfuzji z wykorzystaniem testu stresu tlenowego. Następnie zmiany 3RMR w czasie rzeczywistym podczas testu stresowego porównano z szybkością zużycia tlenu oraz poziomem mleczanu i potasu w odpływie, otrzymanymi z analizy perfuzatu w punktach T0, T5, T10, T15. W warunkach prawidłowych wartości 3RMR powinny mieścić się w zakresie od 10% do 30% (Rysunek 5A). Zgodnie z oczekiwaniami wartości 3RMR w T<su...

Prezentujemy nieinwazyjną, czasu rzeczywistego metodę monitorowania zdrowia mitochondriów za pomocą Spektroskopi Rezonansowo-Ramanowskiej (RRS). Wykorzystaliśmy RRS do ilościowego określania stanów redoks mitochondriów i opracowaliśmy wskaźnik zdrowia mitochondriów, Redukowany Rezonansowo-Ramanowski Wskaźnik Mitochondriów (3RMR), który wykazuje szybszą reakcję na zmiany w tlenowania niż tradycyjne analityki gazów we krwi.

W czasie rzeczywistym, nieinwazyjna ocena funkcji mitochondrialnych za pomocą spektroskopii rezonansowego rozpraszania Ramana

Although mitochondria are central to pathogenesis and disease progression, mechanistic insight into mitochondrial health dynamics remains costly and ...

real-time-noninvasive-evaluation-mitochondrial-function-using

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Fibroblasty pobrane od pacjentów z mutacjami w genach odpowiedzialnych za chorobę Parkinsona stanowią łatwo dostępny model ex vivo do badania fenotypów związanych z tą chorobą. Obrazowanie żywych komórek daje możliwość analizy parametrów morfologicznych i funkcjonalnych w żywych komórkach. W niniejszym opracowaniu opisujemy przygotowanie ludzkich fibroblastów oraz późniejsze monitorowanie fenotypów mitochondrialnych.

Wykorzystanie pierwotnych ludzkich fibroblastów do monitorowania fenotypów mitochondrialnych w badaniach nad chorobą Parkinsona

Opisujemy użycie dwóch ratiometrycznych, genetycznie kodowanych biosensorów, które są oparte na GFP, do monitorowania mitochondrialnego stanu redoks i poziomów ATP w rozdzielczości subkomórkowej w żywych komórkach drożdży.

Biosensory ratiometryczne, które mierzą mitochondrialny stan redoks i ATP w żywych komórkach drożdży

Ta praca demonstruje wykonalność techniki spektroskopii rezonansu magnetycznego in vivo fosforu-31 (31PMRS) do ilościowego określenia zdolności mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej (OXPHOS) w ludzkich mięśniach szkieletowych.

Spektroskopia rezonansu magnetycznego Phosphorus-31: narzędzie do pomiaru zdolności ultrautleniającej fosforylacji mitochondrialnej in vivo w ludzkich mięśniach szkieletowych

Wysokorozdzielcza respirometria sprzężona z czujnikami fluorescencyjnymi określa zużycie tlenu w mitochondriach i generowanie reaktywnych form tlenu (ROS). Niniejszy protokół opisuje technikę oceny częstości oddechów mitochondriów i produkcji ROS w przepuszczalnym nerwie kulszowym.

Ocena funkcji mitochondriów w nerwie kulszowym za pomocą respirometrii o wysokiej rozdzielczości

Opisujemy stopniowe protokoły mierzące oddychanie mitochondrialne mysich i ludzkich neutrofili oraz komórek HL60 za pomocą analizatora metabolicznego przepływu zewnątrzkomórkowego.

Pomiar w czasie rzeczywistym mitochondrialnego profilu bioenergetycznego neutrofili

Konie mają wyjątkową zdolność do ćwiczeń aerobowych, co sprawia, że mięśnie szkieletowe koni są ważną tkanką zarówno do badania fizjologii ćwiczeń koni, jak i fizjologii mitochondriów ssaków. W artykule opisano techniki kompleksowej oceny funkcji mitochondriów w mięśniach szkieletowych koni.

Fluororespirometria mięśni szkieletowych koni w wysokiej rozdzielczości

Sieć mitochondrialna jest niezwykle złożona, co czyni ją bardzo trudną do analizy. Nowatorskie narzędzie MATLAB analizuje na żywo mitochondria zobrazowane konfokalnie na zdjęciach poklatkowych, ale skutkuje dużą objętością wyjściową wymagającą indywidualnej uwagi ręcznej. Aby rozwiązać ten problem, opracowano rutynową optymalizację, która pozwala na szybką analizę plików.

Zoptymalizowana zautomatyzowana analiza modulacji homeostazy mitochondriów neuronalnych w żywych organizmach neuronalnych przez specyficzne dla izoform receptory kwasu retinowego

Tutaj opisujemy kompleksową metodę pomiaru mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej w świeżych, przepuszczalnych włóknach mięśni szkieletowych z mięśni ludzkich lub myszy. Metoda ta pozwala na ilościowe określenie oddychania mitochondriów w czasie rzeczywistym oraz ocenę preferencji paliwowych i elastyczności metabolicznej przy jednoczesnym zachowaniu istniejących sieci mitochondrialnych i integralności błony.

Pomiar oddychania mitochondrialnego we włóknach mięśni szkieletowych ludzi i myszy za pomocą respirometrii o wysokiej rozdzielczości

Metody badania bioenergetyki mitochondriów pod fizjologicznie istotnymi stężeniami substratów w komórkach odpornościowych są ograniczone. Zapewniamy szczegółowy protokół, który wykorzystuje fluorespirometrię o wysokiej rozdzielczości do oceny zmian w odpowiedzi potencjału błony mitochondrialnej na zapotrzebowanie na energię w ludzkich limfocytach T, monocytach i obwodowych komórkach jednojądrzastych.

Fluorespirometria o wysokiej rozdzielczości do oceny dynamicznych zmian potencjału błony mitochondrialnej w ludzkich komórkach odpornościowych

Perfuzja izolowanego serca w trybie Langendorffa, w połączeniu ze spektroskopią NMR 31P, łączy dziedziny biochemii i fizjologii w jednym eksperymencie. Protokół ten umożliwia dynamiczny pomiar zawartości i obrotu fosforanów wysokoenergetycznych w sercu przy jednoczesnym monitorowaniu funkcji fizjologicznych. Prawidłowo wykonana, technika ta stanowi cenne narzędzie w ocenie energetyki serca.

Ocena funkcji i energetyki serca w izolowanych sercach myszy z wykorzystaniem spektroskopii 31P NMR

Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School.  We present a noninvasive, real-time method for monitoring mitochondrial health using Resonance Raman Spectroscopy (RRS). We used RRS to quantify mitochondrial redox states and developed a metric for mitochondrial health, the Resonance Raman reduced mitochondrial ratio (3RMR), which shows a faster response to changes in oxygenation than traditional blood-gas analytes.

W czasie rzeczywistym, nieinwazyjna ocena funkcji mitochondrialnych za pomocą spektroskopii rezonansowego rozpraszania Ramana

Przeglądaj więcej filmów