Protein z drobných vodních medvědů by mohl pomoci pacientům s rakovinou snášet radioterapii

Přibližně 60 % všech pacientů s rakovinou ve Spojených státech podstupuje radioterapii jako součást léčby. Toto záření však může mít závažné vedlejší účinky, které jsou pro pacienty často příliš obtížně snesitelné.

Vědci z MIT, Brigham and Women’s Hospital a University of Iowa vyvinuli novou strategii, která by mohla pacienty před tímto druhem poškození chránit. Inspiraci čerpali z drobných organismů, které odolávají obrovskému množství záření – vodních medvědů (tardigrades), jejichž délka nepřesahuje jeden milimetr.

Když vědci injektovali myším mRNA kódující tento protein, zjistili, že vygeneroval dostatek proteinu k ochraně DNA buněk před poškozením způsobeným zářením. Pokud by se tato metoda vyvinula pro použití u lidí, mohla by prospět mnoha pacientům s rakovinou, tvrdí vědci.

„Záření může být pro mnoho nádorů velmi prospěšné, ale také si uvědomujeme, že vedlejší účinky mohou být limitující. Existuje neuspokojená potřeba pomoci pacientům zmírnit riziko poškození okolní tkáně,“ říká Giovanni Traverso, docent strojního inženýrství na MIT a gastroenterolog v Brigham and Women’s Hospital.

Traverso a James Byrne, docent radiační onkologie na University of Iowa, jsou hlavními autory studie, která vyšla dnes v časopise Nature Biomedical Engineering. Hlavními autory článku jsou Ameya Kirtane, instruktor medicíny na Harvard Medical School a hostující vědec v MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, a Jianling Bi, výzkumný vědec na University of Iowa.

Extrémní přežití

Záření se často používá k léčbě rakoviny hlavy a krku, kde může poškodit ústa nebo hrdlo, což znemožňuje příjem potravy nebo tekutin. Používá se také běžně při rakovině gastrointestinálního traktu, která může vést k rektálnímu krvácení. Mnoho pacientů nakonec léčbu odkládá nebo zcela ukončuje.

„To se týká obrovského počtu pacientů a může se projevovat něčím tak jednoduchým jako vředy v ústech, které mohou omezit schopnost člověka jíst kvůli bolestem, až po hospitalizaci, protože lidé strašně trpí bolestí, úbytkem na váze nebo krvácením. Může to být docela nebezpečné a je to něco, co jsme se opravdu snažili řešit,“ říká Byrne.

V současné době existuje jen velmi málo způsobů, jak zabránit poškození zářením u pacientů s rakovinou. Existuje několik léků, které lze podávat ke snížení poškození, a u pacientů s rakovinou prostaty lze použít hydrogel k vytvoření fyzické bariéry mezi prostatou a konečníkem během radioterapie.

Traverso a Byrne několik let pracují na vývoji nových způsobů prevence poškození zářením. V nové studii se inspirovali mimořádnou schopností přežití tardigradů. Tito organismy, které se nacházejí po celém světě, obvykle ve vodním prostředí, jsou známé svou odolností vůči extrémním podmínkám. Vědci je dokonce vyslali do vesmíru, kde přežili extrémní dehydrataci a kosmické záření.

Jednou z klíčových součástí obranných systémů tardigradů je jedinečný protein potlačující poškození zvaný Dsup, který se váže na DNA a pomáhá ji chránit před poškozením způsobeným zářením. Tento protein hraje hlavní roli ve schopnosti tardigradů přežít dávky záření 2 000 až 3 000krát vyšší, než kolik snese člověk.

Při brainstormingu nápadů na nové způsoby ochrany pacientů s rakovinou před zářením se vědci zamýšleli nad tím, zda by mohli před radioterapií dodat do tkání pacientů mRNA kódující Dsup. Tato mRNA by vyvolala přechodnou expresi proteinu v buňkách a chránila by DNA během léčby. Po několika hodinách by mRNA a protein zmizely.

Aby to fungovalo, vědci potřebovali způsob, jak dodat mRNA, která by generovala velké množství proteinu v cílových tkáních. Prověřili knihovny dodávacích částic obsahujících polymerní a lipidní složky, které se samostatně používají k dosažení efektivního dodání mRNA. Z těchto testů identifikovali jednu polymerně-lipidní částici, která byla nejvhodnější pro dodání do tlustého střeva, a druhou, která byla optimalizována pro dodání mRNA do tkáně úst.

„Mysleli jsme si, že kombinací těchto dvou systémů – polymerů a lipidů – můžeme dosáhnout toho nejlepšího z obou světů a získat vysoce účinné dodávání RNA. A to jsme v podstatě viděli,“ říká Kirtane. „Jednou z předností našeho přístupu je, že používáme messenger RNA, která protein pouze dočasně exprimuje, takže je považována za mnohem bezpečnější než něco jako DNA, která se může začlenit do genomu buněk.“

Ochrana před zářením

Poté, co vědci prokázali, že tyto částice mohou úspěšně dodat mRNA do buněk pěstovaných v laboratoři, testovali, zda tento přístup může účinně chránit tkáň před zářením v myším modelu.

Injektovali částice do tváře nebo konečníku několik hodin před podáním dávky záření podobné dávce, kterou dostávají pacienti s rakovinou. U těchto myší vědci zaznamenali 50% snížení množství dvouřetězcových zlomů DNA způsobených zářením.

„Tato studie ukazuje velký slib a je opravdu novým nápadem, který využívá přirozené mechanismy ochrany před poškozením DNA za účelem ochrany zdravých buněk během radioterapie rakoviny,“ říká Ben Ho Park, ředitel Vanderbilt-Ingram Cancer Center na Vanderbilt University Medical Center, který se na studii nepodílel.

Vědci také prokázali, že ochranný účinek proteinu Dsup se nerozšířil za místo injekce, což je důležité, protože nechtějí chránit samotný nádor před účinky záření. Aby tuto léčbu lépe připravili pro potenciální použití u lidí, vědci nyní plánují pracovat na vývoji verze proteinu Dsup, která by nevyvolávala imunitní reakci, jak by pravděpodobně původní protein tardigradu dělal.

Pokud by se tento protein vyvinul pro použití u lidí, mohl by se potenciálně použít i k ochraně před poškozením DNA způsobeným chemoterapeutickými léky, tvrdí vědci. Další možnou aplikací by bylo zabránění poškození zářením u astronautů ve vesmíru.