Около 60 процентов всех онкологических больных в США проходят лучевую терапию в рамках лечения. Однако эта терапия может иметь серьёзные побочные эффекты, которые часто оказываются слишком тяжёлыми для пациентов. Вдохновившись примером крошечного организма, способного выдерживать огромные дозы радиации, исследователи из Массачусетского технологического института, Бригамской женской больницы и Университета Айовы разработали новую стратегию, которая может защитить пациентов от такого рода повреждений. В их подходе используется белок из тихоходок, которых часто называют "водяными медведями" и которые обычно не превышают в длину одного миллиметра.

Когда исследователи ввели мышам матричную РНК, кодирующую этот белок, они обнаружили, что он вырабатывает достаточно белка, чтобы защитить ДНК клеток от повреждений, вызванных радиацией. По словам исследователей, если этот подход будет разработан для применения на людях, он может принести пользу многим больным раком.

Лучевая терапия может быть очень эффективной при лечении многих опухолей, но мы также понимаем, что побочные эффекты могут быть ограничивающими. Существует неудовлетворённая потребность в том, чтобы помочь пациентам снизить риск повреждения соседних тканей.

Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения в Массачусетском технологическом институте и гастроэнтеролог в Бригамской женской больнице

Траверсо и Джеймс Бирн, доцент кафедры радиационной онкологии в Университете Айовы, являются старшими авторами исследования, которое сегодня опубликовано в Nature Biomedical Engineering. Ведущими авторами статьи являются Амея Киртане, преподаватель медицины в Гарвардской медицинской школе и приглашённый учёный в Институте интегративных исследований рака Коха при Массачусетском технологическом институте, и Цзяньлин Би, научный сотрудник Университета Айовы.

Экстремальное выживание

Лучевая терапия часто используется для лечения рака головы и шеи, при котором она может повредить ротовую полость или горло, из-за чего становится очень больно есть и пить. Она также часто используется при раке желудочно-кишечного тракта, который может привести к ректальному кровотечению. Многие пациенты в итоге откладывают лечение или вовсе отказываются от него.

Это затрагивает огромное количество пациентов, и это может проявляться в виде таких простых симптомов, как язвы во рту, из-за которых человек не может есть, потому что это очень больно, или требует госпитализации, потому что люди ужасно страдают от боли, потери веса или кровотечений. Это может быть довольно опасно, и мы действительно хотели попытаться решить эту проблему.

Джеймс Бирн, доцент кафедры радиационной онкологии

В настоящее время существует очень мало способов предотвратить радиационные повреждения у онкологических больных. Есть несколько препаратов, которые можно принимать, чтобы попытаться уменьшить повреждения, а для пациентов с раком простаты можно использовать гидрогель, чтобы создать физический барьер между простатой и прямой кишкой во время лучевой терапии.

В течение нескольких лет Траверсо и Бирн работали над разработкой новых способов предотвращения радиационных повреждений. В новом исследовании их вдохновила невероятная способность к выживанию у тихоходок. Эти организмы, обитающие по всему миру, как правило, в водной среде, хорошо известны своей устойчивостью к экстремальным условиям. Ученые даже отправляли их в космос, где они выживали при сильном обезвоживании и воздействии космического излучения.

Одним из ключевых компонентов защитных систем тихоходок является уникальный белок-супрессор повреждений под названием Dsup, который связывается с ДНК и помогает защитить её от повреждений, вызванных радиацией. Этот белок играет важную роль в способности тихоходок выживать при дозах радиации в 2000–3000 раз превышающих допустимые для человека. В ходе мозгового штурма по поиску новых способов защиты онкологических больных от радиации исследователи задались вопросом, можно ли доставить матричную РНК, кодирующую Dsup, в ткани пациента перед лучевой терапией. Эта мРНК заставила бы клетки временно экспрессировать белок, защищая ДНК во время лечения. Через несколько часов мРНК и белок исчезли бы.

Чтобы это сработало, исследователям нужен был способ доставки мРНК, которая бы вырабатывала большое количество белка в тканях-мишенях. Они изучили библиотеки частиц для доставки, содержащих как полимерные, так и липидные компоненты, которые по отдельности использовались для эффективной доставки мРНК. В результате этих исследований они определили одну полимер-липидную частицу, которая лучше всего подходила для доставки в толстую кишку, и другую, которая была оптимизирована для доставки мРНК в ткани полости рта.

Мы подумали, что, возможно, объединив эти две системы — полимеры и липиды, — мы сможем получить лучшее из двух миров и добиться высокоэффективной доставки РНК. И это, по сути, то, что мы увидели.

авторы исследования

Одно из преимуществ нашего подхода в том, что мы используем матричную РНК, которая временно экспрессирует белок, поэтому она считается гораздо более безопасной, чем что-то вроде ДНК, которая может встраиваться в геном клеток".

Защита от радиации

После того как было показано, что эти частицы могут успешно доставлять мРНК в клетки, выращенные в лаборатории, исследователи проверили, может ли этот подход эффективно защищать ткани от радиации на мышиной модели. Они вводили частицы в щёку или прямую кишку за несколько часов до того, как мыши получали дозу радиации, аналогичную той, которую получают пациенты с онкологическими заболеваниями. У этих мышей исследователи наблюдали 50-процентное снижение количества разрывов двухцепочечной ДНК, вызванных радиацией.

Исследователи также показали, что защитный эффект белка Dsup не распространяется за пределы места инъекции, что важно, поскольку они не хотят защищать саму опухоль от воздействия радиации. Чтобы сделать это лечение более подходящим для потенциального применения на людях, исследователи планируют разработать версию белка Dsup, которая не будет вызывать иммунный ответ, как, вероятно, вызывает исходный белок тихоходки. По словам исследователей, если этот белок будет разработан для использования на людях, его также можно будет применять для защиты от повреждений ДНК, вызванных химиотерапевтическими препаратами. Ещё одним возможным применением может быть предотвращение радиационных повреждений у астронавтов в космосе.

Среди других авторов статьи значатся  — Нетра Раджеш, Чаоян Тан, Мигель Хименес, Эмили Уитт, Меган Макговерн, Ариэль Кафи, Самуэль Хэтфилд, Лорен Розенсток, Сара Беккер, Николь Мачадо, Вина Венкатачалам, Дилан Фрейтас, Сиша Хуанг, Элвин Чан, Аарон Лопес, Хён Джун Ким, Найюн Ким, Джой Коллинз, Мишель Ховард, Шриджа Манчканти и Теодор Хонг. Исследование было профинансировано Фондом исследований рака предстательной железы в рамках премии для молодых исследователей, Программой исследований рака предстательной железы Министерства обороны США в рамках премии для начинающих исследователей, стипендией Hope Funds для исследований рака, Американским онкологическим обществом, Национальным институтом рака, факультетом машиностроения Массачусетского технологического института и Агентством перспективных исследовательских проектов США в области здравоохранения.

Солнце выбросило самое крупное в 2025 году облако плазмы.

Фото: pxhere.com