العلاج باستبدال الميتوكوندريا (بالإنجليزية: Mitochondrial replacement therapy) (MRT)، ويشار إليه أحيانًا بتبرع الميتوكوندريا، هو إجراء يُستبدل فيه عدد من الميتوكوندريا في خلية واحدة أو أكثر بهدف الوقاية من الأمراض أو التخفيف من حدتها. وقد ظهر هذا العلاج في الأصل كأحد أشكال الإخصاب خارج الجسم، بحيث يأتي جزء من الحمض النووي الميتوكوندري للجنين المستقبلي أو كله من متبرع ثالث. وتُستخدم هذه التقنية عندما تحمل الأم طفرات مسببة لأمراض في الميتوكندريا. وقد أُقرت طريقة العلاج هذه في المملكة المتحدة وأستراليا، واعتبارًا من يوليو 2025 وُلد ثمانية أطفال باستخدامها في المملكة المتحدة.
ويجري تطبيق آخر لهذه التقنية عن طريق الاغتراس الذاتي، حيثُ تستخدم ميتوكوندريا ذاتية لاستبدال الميتوكوندريا التالفة في أحد الأنسجة، بهدف استعادة قدرته الوظيفية. وقد استُخدم هذا النهج في أبحاث سريرية بالولايات المتحدة لعلاج حديثي الولادة الذين يعانون من قصور قلبي.