Тихоходки, также известные как водяные медведи или моховые поросята, — это микроскопические организмы, обладающие невероятной устойчивостью к экстремальным условиям. Они способны выживать в условиях сильной засухи, радиации, недостатка кислорода, а также при экстремально высоких и низких температурах. Ученые давно изучают их уникальные свойства, особенно устойчивость к радиации, что может иметь важное значение для медицины.
Больше половины пациентов с онкологическими заболеваниями проходят лучевую терапию. Хотя этот метод эффективен в борьбе с раком, он часто вызывает серьезные побочные эффекты, такие как повреждение здоровых тканей. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Госпиталя Бригама и Уименс, а также Университета Айовы считают, что уникальный белок тихоходок может стать ключом к решению этой проблемы.
Ученые сосредоточились на белке под названием 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. Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи ввели мышам мРНК, кодирующую этот белок, и обнаружили, что он эффективно защищает клетки от радиационного повреждения.
«Лучевая терапия крайне важна для лечения многих видов рака, но ее побочные эффекты могут быть серьезными. Существует острая необходимость в разработке методов, которые помогут пациентам минимизировать риски повреждения здоровых тканей», — объясняет Джованни Траверсо, доктор философии, доцент MIT и гастроэнтеролог Госпиталя Бригама и Уименс.
Как работает новый подход
Лучевая терапия часто используется для лечения рака ротовой полости, горла и желудочно-кишечного тракта, но она может вызывать такие побочные эффекты, как язвы во рту, болезненность при приеме пищи и даже кровотечения. «Это серьезно влияет на качество жизни пациентов. Мы хотели найти способ уменьшить эти последствия», — добавляет Джеймс Бирн, доктор философии, доцент радиационной онкологии Университета Айовы.
Исследователи решили использовать мРНК для доставки белка Dsup в ткани пациента перед проведением лучевой терапии. Этот подход позволяет клеткам временно вырабатывать защитный белок, который затем естественным образом разрушается в течение нескольких часов, не оставляя следов. Для эффективной доставки мРНК ученые разработали специальные полимерно-липидные частицы, которые успешно протестировали на клеточных культурах и мышах.
«Мы объединили преимущества полимеров и липидов, чтобы создать высокоэффективную систему доставки мРНК. Использование мРНК безопасно, так как она не встраивается в геном клетки, а лишь временно активирует производство белка», — говорит Амея Киртане, доктор философии, преподаватель Гарвардской медицинской школы.
Результаты исследования
Ученые ввели частицы с мРНК в ткани мышей за несколько часов до облучения. Результаты показали, что количество двунитевых разрывов ДНК, вызванных радиацией, сократилось на 50%. При этом защитный эффект белка Dsup был локализован в месте инъекции, что не мешало лучевой терапии воздействовать на опухоль.
В будущем исследователи планируют модифицировать белок Dsup, чтобы избежать возможной иммунной реакции у пациентов. Если метод будет адаптирован для людей, он может не только снизить побочные эффекты лучевой терапии, но и защитить астронавтов от космической радиации или уменьшить повреждения ДНК, вызванные химиотерапией.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.
