Белок микроскопических организмов защитит здоровые клетки от последствий лучевой терапии

Около 60 % онкологических больных проходят лучевую терапию, побочные эффекты которой часто оказываются слишком тяжёлыми для пациентов. Вдохновившись микроскопическими организмами — тихоходками, способными выдерживать огромные дозы радиации, ученые из Массачусетского технологического института (MIT), Бригамской женской больницы и Университета Айовы разработали новый подход, который может защитить пациентов от повреждений, вызванных облучением.

Радиация применяется при лечении многих опухолей, но  она часто вызывает серьезные побочные эффекты, такие как повреждение тканей, язвы и кровотечения. Это может привести к прерыванию процедур или ухудшению качества жизни. Многие пациенты в итоге откладывают лечение или вовсе прекращают его.

«Существует неудовлетворённая потребность в том, чтобы помочь пациентам снизить риск повреждения прилегающих тканей», — говорит  гастроэнтеролог Джованни Траверсо из Бригамской женской больницы.

В настоящее время есть очень мало способов предотвратить радиационные повреждения у онкологических больных. Существует несколько препаратов, которые можно использовать, 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 данном исследовании они вдохновились необычайной способностью к выживанию у тихоходок.  Эти организмы, обитающие по всему миру, обычно в водной среде, хорошо известны своей устойчивостью к экстремальным условиям. Ученые даже отправили их в космос, где было доказано, что они способны выживать при сильном обезвоживании и космической радиации.

Одним из ключевых компонентов защитных систем тихоходок является уникальный белок-супрессор повреждений под названием Dsup, который связывается с ДНК и помогает защитить ее от повреждений, вызванных радиацией. Этот белок играет важную роль в способности тихоходок переносить дозы облучения, в 2000-3000 раз превышающие те, которые может вынести человек.

Разрабатывая идеи для 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 исчезают.

Для доставки РНК в ткани исследователи использовали полимерно-липидные наночастицы, которые показали высокую эффективность в лабораторных испытаниях. В эксперименте на мышах введение частиц в ткани перед облучением снизило количество повреждений ДНК на 50%.

«Одно из преимуществ нашего подхода заключается 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», - говорят ученые.

После того как исследователи показали, что эти частицы могут успешно доставлять мРНК в клетки, выращенные в лаборатории, они 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 облучения, аналогичного тому, которое получают пациенты с раком. У этих мышей исследователи наблюдали 50-процентное снижение количества двухцепочечных разрывов ДНК, вызванных облучением.

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 эффективным для потенциального применения на людях, исследователи планируют разработать версию белка Dsup, которая не будет вызывать иммунный ответ, как это, вероятно, происходит с оригинальным белком тихоходок.

 Если этот белок будет разработан для применения на людях, его также можно будет использовать для защиты от повреждений ДНК, вызванных химиотерапевтическими препаратами, говорят исследователи.  Ещё одним возможным применением может быть предотвращение радиационных повреждений у космонавтов.

Марина КЫН