人工設計ミトコンドリア「e-MITO」を開発~細胞機能を制御するオルガネラ製剤技術~

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2026-07-03 北海道大学

北海道大学の山田勇磨教授らの研究グループは、ルカ・サイエンス株式会社との共同研究により、人工設計ミトコンドリア**「e-MITO(Enhanced Artificially Designed Mitochondria)」を開発し、細胞内へ高効率に導入して細胞機能を制御する新しいオルガネラ製剤技術を実証した。ミトコンドリアは細胞のエネルギー産生を担う重要な細胞小器官であり、その機能低下は老化やミトコンドリア病、神経疾患、心疾患などに関与する。研究では、単離したミトコンドリア表面にPEG脂質を導入し、さらに細胞膜透過ペプチド(CPP)を修飾する独自の表面工学により、細胞への取り込み効率を大幅に向上させた。e-MITOを導入した細胞では、ミトコンドリア呼吸活性とATP産生能の増加が確認され、細胞機能を改善できることが示された。本成果は、「ミトコンドリアへ薬を届ける」のではなく、「ミトコンドリアそのものを機能性材料として利用する」という新たな治療概念を提案するものであり、細胞治療、再生医療、ミトコンドリア疾患や神経疾患の治療への応用が期待される。成果はAdvanced Materials Interfaces**誌に掲載された。

人工設計ミトコンドリア「e-MITO」を開発~細胞機能を制御するオルガネラ製剤技術~
e-MITO(Enhanced Artificially Designed Mitochondria)の概念図

<関連情報>

人工設計ミトコンドリア「e-MITO」による細胞導入と呼吸機能制御 CPP–PEG-Guided Surface Engineering of Mitochondria Enables Efficient Cellular Uptake and Respiratory Modulation

Masahiro Shiraishi, Yukari Muramatsu, Akihiro Nakaya, Yuji Maruo, Rick C. Tsai, Masashi Suganuma, Hisashi Ohta, Atsuhito Takeda, Hideyoshi Harashima, Yuma Yamada
Advanced Materials Interfaces  Published: 01 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/admi.70583

ABSTRACT

Mitochondrial transplantation has emerged as a promising strategy for modulating cellular bioenergetics in mitochondrial dysfunction. However, isolated mitochondria suffer from poor stability and limited cellular uptake, restricting their therapeutic application. To address these limitations, we developed a surface engineering strategy that stabilizes isolated mitochondria while enabling interactions with target cells, providing a platform for selective organ- and cell-targeting. Polyethylene glycol (PEG) with lipid/carbon chains was introduced to mitochondria-associated membrane structures, forming a protective hydration layer on the mitochondrial surface. This PEG layer also serves as a modular platform for functionalization with biomolecules, such as peptides and antibodies, thereby broadening its biomedical applications. In this study, we examined whether mitochondrial function in target cells can be modulated using PEG-shielded mitochondria functionalized with a cell-penetrating peptide (CPP) via a maleimide linkage. Our results suggest that CPP-PEG-modified mitochondria exhibit efficient cellular internalization and are associated with increased mitochondrial respiratory activity, consistent with intracellular bioenergetic modulation. These findings suggest that spatially controlled presentation of CPP at the terminus of a PEG layer may provide an effective approach for stabilizing isolated mitochondria while modulating intracellular dynamics and functional responses. This surface engineering strategy offers a proof-of-concept design framework for mitochondria-associated engineering and future bioenergetic strategies.

生物化学工学
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