Около 60% онкологических пациентов в США проходят лучевую терапию как часть лечения. Однако этот метод может вызывать серьезные побочные эффекты, которые часто становятся невыносимыми для пациентов. Вдохновившись микроскопическими организмами — тихоходками, способными выдерживать огромные дозы радиации, ученые из Массачусетского технологического института (MIT), Госпиталя Бригама и Женской больницы, а также Университета Айовы разработали новый подход, который может защитить пациентов от повреждений, вызванных облучением.
Исследователи использовали белок, выделенный из тихоходок, также известных как «водяные медведи». Эти существа, размером менее миллиметра, известны своей невероятной устойчивостью к экстремальным условиям, включая радиацию. Ученые ввели мышам матричную РНК (мРНК), кодирующую этот белок, и обнаружили, что он эффективно защищает ДНК клеток от повреждений, вызванных радиацией. Если метод будет адаптирован для людей, он может значительно улучшить качество жизни пациентов, проходящих лучевую терапию.
«Радиация очень эффективна против многих опухолей, но мы также понимаем, что побочные эффекты могут быть ограничивающими. Существует неудовлетворенная потребность в защите пациентов от повреждения здоровых тканей», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения MIT и гастроэнтеролог Госпиталя Бригама .
Лучевая терапия часто используется для лечения рака головы и шеи, а также желудочно-кишечного тракта. Однако она может вызывать такие побочные эффекты, как повреждение слизистой оболочки рта и горла, что делает прием пищи крайне болезненным, или кровотечения в прямой кишке. Многие пациенты вынуждены прерывать лечение из-за тяжелых последствий.
«Это затрагивает огромное количество пациентов. Побочные эффекты могут варьироваться от простых язв во рту, которые делают прием пищи невозможным из-за боли, до необходимости госпитализации из-за сильной боли, потери веса или кровотечений. Это серьезная проблема, которую мы хотели решить», — отмечает Бирн.
Тихоходки известны своей способностью выживать в экстремальных условиях, включая космическую радиацию. Ключевым элементом их защитной системы является уникальный белок Dsup, который связывается с ДНК и защищает ее от повреждений, вызванных радиацией. Этот белок позволяет тихоходкам выдерживать дозы радиации, в тысячи раз превышающие смертельные для человека. Исследователи предположили, что можно использовать мРНК, кодирующую белок Dsup, для временной защиты тканей пациентов перед лучевой терапией. После инъекции мРНК клетки начинают вырабатывать белок, который защищает ДНК во время облучения, а через несколько часов белок и мРНК естественным образом исчезают. Ученые разработали специальные частицы для доставки мРНК в ткани, которые показали высокую эффективность в лабораторных условиях. В эксперименте на мышах инъекция частиц за несколько часов до облучения снизила количество повреждений ДНК на 50%. При этом защитный эффект не распространялся за пределы места инъекции, что важно для предотвращения защиты опухоли от радиации.
«Мы используем мРНК, которая временно экспрессирует белок, что делает подход гораздо безопаснее, чем, например, использование ДНК, которая может встроиться в геном клеток», — объясняет Киртане.
В будущем исследователи планируют адаптировать белок Dsup для использования у людей, чтобы избежать иммунного ответа на чужеродный белок. Кроме того, этот подход может быть полезен для защиты от повреждений, вызванных химиотерапией, а также для предотвращения радиационного воздействия на космонавтов в космосе.