پروتئینی از تاردیگرادهای کوچک ممکن است به بیماران سرطانی در تحمل پرتودرمانی کمک کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، وقتی دانشمندان سلول‌ها را تحریک کردند تا پروتئینی تولید کنند که به «خرس‌های آبی» کمک می‌کند تا در محیط‌های شدید زنده بمانند، بافت آسیب DNA بسیار کمتری پس از پرتو درمانی نشان داد.

حدود ۶۰ درصد از بیماران سرطانی در ایالات متحده پرتودرمانی را به عنوان بخشی از درمان خود دریافت می‌کنند. با این حال، این اشعه می‌تواند عوارض جانبی شدیدی داشته باشد که اغلب تحمل آن برای بیماران بسیار دشوار است.

محققان MIT، بریگام و بیمارستان زنان و دانشگاه آیووا با الهام گرفتن از یک ارگانیسم کوچک که می‌تواند مقادیر زیادی تشعشعات را تحمل کند، استراتژی جدیدی ایجاد کرده‌اند که ممکن است بیماران را از این نوع آسیب محافظت کند. رویکرد آنها از پروتئینی از تاردیگراد‌ها استفاده می‌کند که اغلب به آنها «خرس‌های آبی» نیز می‌گویند، که معمولاً کمتر از یک میلی‌متر طول دارند.

هنگامی که محققان RNA پیام رسان کد کننده این پروتئین را به موش تزریق کردند، دریافتند که پروتئین کافی برای محافظت از DNA سلول‌ها در برابر آسیب ناشی از تشعشع تولید می‌کند. به گفته محققان، اگر این روش برای استفاده در انسان توسعه یابد، می‌تواند برای بسیاری از بیماران سرطانی مفید باشد.

پرتو می‌تواند برای بسیاری از تومور‌ها بسیار مفید باشد، اما ما همچنین می‌دانیم که عوارض جانبی آن می‌تواند محدود کننده باشد. جیووانی تراورسو، دانشیار مهندسی مکانیک در MIT و متخصص گوارش در بیمارستان زنان و بریگهام می‌گوید: نیازی برآورده نشده برای کمک به بیماران برای کاهش خطر آسیب رساندن به بافت مجاور وجود دارد.

تراورسو و جیمز برن، استادیار انکولوژی تشعشع در دانشگاه آیووا، نویسندگان ارشد این مطالعه هستند که امروز در Nature Biomedical Engineering منتشر شده است. نویسندگان اصلی این مقاله، آمیا کرتان، مدرس پزشکی در دانشکده پزشکی هاروارد و دانشمند مدعو در موسسه کخ MIT برای تحقیقات یکپارچه سرطان، و جیانلینگ بی، دانشمند پژوهشی در دانشگاه آیووا هستند.

بقای افراطی

اشعه اغلب برای درمان سرطان‌های سر و گردن استفاده می‌شود، جایی که می‌تواند به دهان یا گلو آسیب برساند و خوردن یا نوشیدن آن را بسیار دردناک می‌کند. همچنین معمولاً برای سرطان‌های دستگاه گوارش استفاده می‌شود که می‌تواند منجر به خونریزی رکتوم شود. بسیاری از بیماران در نهایت درمان را به تعویق می‌اندازند یا به طور کلی آنها را متوقف می‌کنند.

این امر بر تعداد زیادی از بیماران تأثیر می‌گذارد، و می‌تواند به‌عنوان چیزی به سادگی زخم‌های دهان ظاهر شود، که می‌تواند توانایی فرد را برای غذا خوردن به دلیل دردناک بودن محدود کند، و نیاز به بستری شدن در بیمارستان داشته باشد، زیرا مردم به شدت از درد، کاهش وزن یا خونریزی رنج می‌برند. این می‌تواند بسیار خطرناک باشد، و این چیزی است که ما واقعاً می‌خواستیم آن را امتحان کنیم و به آن رسیدگی کنیم.

در حال حاضر راه‌های بسیار کمی برای جلوگیری از آسیب تشعشع در بیماران سرطانی وجود دارد. تعداد انگشت شماری از دارو‌ها وجود دارد که می‌توان برای کاهش آسیب استفاده کرد و برای بیماران مبتلا به سرطان پروستات، می‌توان از هیدروژل برای ایجاد یک مانع فیزیکی بین پروستات و راست روده در طول پرتودرمانی استفاده کرد.

برای چندین سال، Traverso و Byrne روی توسعه راه‌های جدید برای جلوگیری از آسیب تشعشع کار می‌کنند. در مطالعه جدید، آنها از توانایی خارق‌العاده بقای تاردیگراد الهام گرفتند. این موجودات در سرتاسر جهان، معمولاً در محیط‌های آبی، به دلیل انعطاف پذیری خود در برابر شرایط سخت شناخته شده‌اند. دانشمندان حتی آنها را به فضا فرستاده‌اند، جایی که نشان داده شد که از کم آبی شدید و تشعشعات کیهانی جان سالم به در می‌برند.

یکی از اجزای کلیدی سیستم‌های دفاعی تاردیگرادها، یک پروتئین سرکوب‌کننده آسیب منحصر‌به‌فرد به نام Dsup است که به DNA متصل می‌شود و به محافظت از آن در برابر آسیب‌های ناشی از تشعشع کمک می‌کند. این پروتئین نقش مهمی در توانایی تاردیگرید‌ها برای زنده ماندن در دوز‌های تشعشعی ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ برابر بیشتر از آنچه که یک انسان می‌تواند تحمل کند بازی می‌کند.

هنگامی که ایده‌های طوفان مغزی برای راه‌های جدید محافظت از بیماران سرطانی در برابر تشعشعات را مطرح می‌کردند، محققان به این فکر می‌کردند که آیا ممکن است بتوانند RNA پیام‌رسان کدکننده Dsup را قبل از پرتودرمانی به بافت‌های بیمار تحویل دهند. این mRNA سلول‌ها را تحریک می‌کند تا به طور موقت پروتئین را بیان کنند و از DNA در طول درمان محافظت کنند. پس از چند ساعت، mRNA و پروتئین ناپدید می‌شوند.

برای این کار، محققان به راهی برای تحویل mRNA نیاز داشتند که مقادیر زیادی پروتئین در بافت‌های هدف تولید کند. آنها کتابخانه‌هایی از ذرات تحویل حاوی اجزای پلیمری و لیپیدی را غربال کردند که به طور جداگانه برای رسیدن به تحویل mRNA کارآمد استفاده شده‌اند. از این صفحه‌ها، آنها یک ذره پلیمر-لیپیدی را شناسایی کردند که برای تحویل به کولون مناسب‌تر بود و دیگری که برای رساندن mRNA به بافت دهان بهینه‌سازی شده بود.

ما فکر کردیم که شاید با ترکیب این دو سیستم - پلیمر‌ها و لیپید‌ها - بتوانیم بهترین‌های هر دو جهان را بدست آوریم و تحویل RNA بسیار قوی داشته باشیم؛ و این اساساً همان چیزی است که ما دیدیم» Kirtane می‌گوید. یکی از نقاط قوت رویکرد ما این است که ما از یک RNA پیام رسان استفاده می‌کنیم که فقط به طور موقت پروتئین را بیان می‌کند، بنابراین بسیار ایمن‌تر از چیزی مانند DNA است که ممکن است در ژنوم سلول‌ها گنجانده شود.

محافظت در برابر تشعشع

پس از نشان دادن اینکه این ذرات می‌توانند با موفقیت mRNA را به سلول‌های رشد یافته در آزمایشگاه برسانند، محققان آزمایش کردند که آیا این رویکرد می‌تواند به طور موثر از بافت در برابر تشعشعات در مدل موش محافظت کند یا خیر.

آنها چندین ساعت قبل از دادن دوز تشعشع مشابه آنچه بیماران سرطانی دریافت می‌کردند، ذرات را به گونه یا راست روده تزریق کردند. در این موش ها، محققان کاهش ۵۰ درصدی در میزان شکسته شدن DNA دو رشته‌ای ناشی از تشعشع را مشاهده کردند.

بن هو پارک، مدیر مرکز سرطان واندربیلت-اینگرام در مرکز پزشکی دانشگاه واندربیلت که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: این مطالعه نویدبخش است و ایده‌ای واقعاً جدید است که از مکانیسم‌های طبیعی محافظت دوباره آسیب DNA به منظور محافظت از سلول‌های سالم در طول درمان‌های پرتودرمانی سرطان استفاده می‌کند.

محققان همچنین نشان دادند که اثر محافظتی پروتئین Dsup فراتر از محل تزریق گسترش نمی‌یابد، که مهم است، زیرا آنها نمی‌خواهند از خود تومور در برابر اثرات تشعشع محافظت کنند. برای اینکه این درمان برای استفاده بالقوه در انسان امکان پذیرتر باشد، محققان اکنون قصد دارند روی توسعه نسخه‌ای از پروتئین Dsup کار کنند که پاسخ ایمنی را تحریک نکند، همانطور که احتمالاً پروتئین tardigrade اصلی این کار را انجام می‌دهد.

به گفته محققان، اگر برای استفاده در انسان ساخته شود، این پروتئین می‌تواند به طور بالقوه برای محافظت در برابر آسیب DNA ناشی از دارو‌های شیمی درمانی نیز استفاده شود. یکی دیگر از کاربرد‌های احتمالی کمک به جلوگیری از آسیب تشعشع در فضانوردان در فضا است.

سایر نویسندگان مقاله عبارتند از: نترا راجش، چائویانگ تانگ، میگل خیمنز، امیلی ویت، مگان مک گاورن، آریل کافی، ساموئال هتفیلد، لورن روزنستاک، سارا بکر، نیکول ماچادو، وینا ونکاتاچالم، دیلن فریتاس، شیشا هوانگ، آلوین لو چان، کیوون، آا. کالینز، میشل هاوارد، سریجا مانچکانتی و تئودور هونگ.

این تحقیق توسط جایزه محقق جوان بنیاد سرطان پروستات، جایزه پژوهشگر اولیه برنامه سرطان پروستات وزارت دفاع ایالات متحده، کمک هزینه‌های تحقیقاتی Hope Funds برای تحقیقات سرطان، انجمن سرطان آمریکا، موسسه ملی سرطان، بخش مهندسی مکانیک MIT و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته ایالات متحده برای سلامت تامین شد.