Białko niesporczaków – klucz do ochrony pacjentów onkologicznych przed skutkami radioterapii?

Około 60 procent pacjentów onkologicznych w Stanach Zjednoczonych otrzymuje radioterapię jako część swojego leczenia. Jednak promieniowanie to może powodować poważne skutki uboczne, które często są trudne do zniesienia dla pacjentów.

Czerpiąc inspirację z niewielkiego organizmu, który potrafi przetrwać ekstremalne dawki promieniowania, naukowcy z MIT, Brigham and Women’s Hospital oraz University of Iowa opracowali nową strategię ochrony pacjentów przed tym rodzajem uszkodzeń. Ich podejście wykorzystuje białko pochodzące z niesporczaków, często nazywanych „niedźwiedziami wodnymi”, które zwykle mają mniej niż milimetr długości.

Gdy badacze wstrzyknęli myszom mRNA kodujące to białko, zaobserwowali, że organizm wytwarzał wystarczającą ilość białka, aby chronić DNA komórek przed uszkodzeniami wywołanymi promieniowaniem. Jeśli metoda ta zostanie opracowana dla ludzi, mogłaby przynieść korzyści wielu pacjentom onkologicznym – twierdzą naukowcy.

– Radioterapia może być niezwykle skuteczna w leczeniu wielu nowotworów, ale wiemy też, że jej skutki uboczne mogą ograniczać możliwości terapii. Istnieje pilna potrzeba opracowania sposobów na zmniejszenie ryzyka uszkodzeń sąsiadujących tkanek – mówi Giovanni Traverso, profesor inżynierii mechanicznej w MIT oraz gastroenterolog w Brigham and Women’s Hospital.

Traverso i James Byrne, profesor onkologii radiacyjnej na University of Iowa, są głównymi autorami badania, które zostało opublikowane na łamach „Nature Biomedical Engineering”. Współautorami pracy są Ameya Kirtane, wykładowca w Harvard Medical School oraz naukowiec wizytujący w Koch Institute for Integrative Cancer Research w MIT, a także Jianling Bi, badacz z University of Iowa.

Ekstremalne zdolności przetrwania
Radioterapia jest często stosowana w leczeniu nowotworów głowy i szyi, gdzie może uszkodzić błonę śluzową jamy ustnej lub gardła, powodując silny ból i utrudniając jedzenie oraz picie. Jest również powszechnie używana w leczeniu nowotworów przewodu pokarmowego, co może prowadzić do krwawień z odbytu. Wiele osób decyduje się na opóźnienie leczenia lub nawet jego przerwanie ze względu na skutki uboczne.

– Problem ten dotyczy ogromnej liczby pacjentów. Objawy mogą być stosunkowo łagodne, jak bolesne owrzodzenia jamy ustnej, które utrudniają jedzenie, ale także poważne – wymagające hospitalizacji z powodu skrajnego bólu, utraty masy ciała lub krwawień. To bardzo niebezpieczne, dlatego chcieliśmy znaleźć rozwiązanie – wyjaśnia Byrne.

Obecnie istnieje niewiele sposobów na ochronę pacjentów onkologicznych przed uszkodzeniami spowodowanymi radioterapią. Istnieje kilka leków, które mogą zmniejszać skutki promieniowania, a w przypadku nowotworu prostaty stosuje się specjalny hydrożel, który tworzy fizyczną barierę między prostatą a odbytnicą.

Od kilku lat Traverso i Byrne pracują nad nowymi metodami ochrony tkanek przed promieniowaniem. W nowym badaniu zainspirowali się niesporczakami, znanymi ze swojej niezwykłej odporności na ekstremalne warunki. Organizmy te występują na całym świecie, głównie w środowiskach wodnych, i potrafią przetrwać nie tylko ekstremalne odwodnienie, ale także promieniowanie kosmiczne.

Jednym z kluczowych elementów ich mechanizmu obronnego jest unikalne białko zwane Dsup (damage suppressor), które wiąże się z DNA i chroni je przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem. Białko to pozwala niesporczakom przeżyć dawki promieniowania 2 000–3 000 razy większe niż te, które toleruje człowiek.

Ochrona DNA przed promieniowaniem
Badacze postanowili sprawdzić, czy dostarczenie mRNA kodującego białko Dsup do tkanek pacjentów przed radioterapią mogłoby zapewnić im tymczasową ochronę. Po kilku godzinach mRNA i samo białko ulegałyby degradacji, eliminując ryzyko długotrwałych zmian w organizmie.

Aby to osiągnąć, naukowcy potrzebowali skutecznego sposobu dostarczania mRNA, który zapewniłby produkcję dużej ilości białka w docelowych tkankach. Przeanalizowali różne nośniki zawierające polimery i lipidy, które wcześniej stosowano do efektywnego transportu mRNA. Na podstawie badań wyselekcjonowali jeden polimerowo-lipidowy nośnik najlepiej nadający się do dostarczania mRNA do jelita grubego oraz drugi, który skutecznie działał na błonę śluzową jamy ustnej.

– Połączenie tych dwóch systemów – polimerów i lipidów – pozwoliło nam uzyskać bardzo efektywną dostawę mRNA. Nasze podejście polega na tym, że używamy mRNA, które tymczasowo koduje białko, co jest znacznie bezpieczniejsze niż wprowadzanie DNA, które mogłoby zostać wbudowane w genom komórek – mówi Kirtane.

Po wykazaniu skuteczności dostarczania mRNA do komórek w warunkach laboratoryjnych, badacze przetestowali tę metodę na myszach.

Kilka godzin przed podaniem dawki promieniowania, porównywalnej z tą stosowaną u pacjentów onkologicznych, naukowcy wstrzyknęli nośniki mRNA do błony śluzowej policzka lub odbytnicy myszy. W efekcie liczba uszkodzeń DNA w postaci pęknięć podwójnej nici zmniejszyła się o 50 procent.

Co istotne, ochronne działanie białka Dsup było ograniczone do miejsca wstrzyknięcia, co jest kluczowe – naukowcy nie chcą chronić przed promieniowaniem samego nowotworu. Obecnie badacze pracują nad zmodyfikowaną wersją białka Dsup, która nie wywoływałaby odpowiedzi immunologicznej, ponieważ oryginalne białko niesporczaków mogłoby zostać rozpoznane przez układ odpornościowy jako obce.

Jeśli metoda ta zostanie dostosowana do zastosowania u ludzi, mogłaby również znaleźć zastosowanie w ochronie przed uszkodzeniami DNA wywołanymi lekami stosowanymi w chemioterapii. Naukowcy sugerują także możliwość jej wykorzystania do ochrony astronautów przed promieniowaniem kosmicznym.

Źródło:  Nature Biomedical Engineering, fot. Adobe

DOI: 10.1038/s41551-025-01360-5