Küçücük tardigradlardan elde edilen bir protein, kanser hastalarının radyasyon tedavisine dayanmalarına yardımcı olabilir.
Bilim insanları, hücreleri “su ayılarının” ağır koşullara dayanmasına yardımcı olan bir protein sentezlemeye teşvik ettiklerinde, doku radyasyona maruz kaldıktan sonra önemli ölçüde azalmış DNA hasarı sergiledi.
Amerika Birleşik Devletleri’ndeki kanser hastalarının yaklaşık yüzde 60’ı tedavilerinin bir bileşeni olarak radyasyon tedavisi görmektedir. Bununla birlikte, iyonlaştırıcı radyasyonun hastalar için sıklıkla tahammül edilemez hale gelen önemli yan etkileri olabilir.
MIT, Brigham and Women’s Hospital ve Iowa Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, önemli radyasyon seviyelerine dayanabilen küçük bir organizmadan esinlenerek, hastaları bu tür zararlara karşı koruyabilecek yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Metodolojileri, genellikle bir milimetrenin altında uzunluğa sahip olan ve “su ayıları” olarak adlandırılan tardigradlardan türetilen bir protein kullanmaktadır.
Araştırmacılar, bu proteini kodlayan haberci RNA’yı farelere enjekte ettiklerinde, hücresel DNA’yı radyasyon kaynaklı hasardan korumak için yeterli protein üretimi olduğunu gördüler. Araştırmacılar, insan uygulaması için mükemmelleştirildiği takdirde, bu stratejinin çok sayıda kanser hastasına yardımcı olabileceğini ileri sürüyor.
“Radyasyon çok sayıda tümör için faydalı olabilir; ancak yan etkilerinin kısıtlayıcı olabileceğini kabul ediyoruz.” MIT’de makine mühendisliği doçenti ve Brigham and Women’s Hospital’da gastroenterolog olan Giovanni Traverso, “Hastalara çevre dokulara zarar verme riskini azaltmada yardımcı olmak için ele alınmamış bir ihtiyaç var” diyor.
Traverso ve Iowa Üniversitesi’nde radyasyon onkolojisi yardımcı doçenti olan James Byrne, bugün Nature Biomedical Engineering’de yayınlanan çalışmanın başlıca yazarlarıdır. Çalışmanın başlıca yazarları Harvard Tıp Fakültesi’nde tıp eğitmeni ve MIT Koch Bütünleştirici Kanser Araştırmaları Enstitüsü’nde misafir bilim insanı olan Ameya Kirtane ve Iowa Üniversitesi’nde araştırmacı bilim insanı olan Jianling Bi’dir.
Olağanüstü hayatta kalma
Radyasyon sıklıkla baş ve boyun kanserlerini tedavi etmek için kullanılır, burada ağız veya boğaza zarar verebilir, bu da yemek yerken veya içerken ciddi ağrıya neden olabilir. Rektal kanamaya neden olabilen gastrointestinal maligniteler için sıklıkla kullanılır. Hastaların önemli bir kısmı sonuçta tedaviyi ertelemekte ya da tamamen bırakmaktadır.
Bu durum, ağrı nedeniyle yemek yemeyi ciddi şekilde engelleyebilen hafif ağız yaralarından, ağrı, kilo kaybı veya kanamadan kaynaklanan aşırı acı nedeniyle hastaneye yatmayı gerektirmeye kadar değişen semptomlarla kendini gösteren önemli sayıda bireyi etkilemektedir. Byrne şöyle diyor: “Oldukça tehlikeli olabilir ve bu bizim yüzleşmek istediğimiz bir konu.”
Şu anda kanser hastalarında radyasyonun neden olduğu zararı önlemek için sınırlı yöntem var. Hasarı azaltmak için sınırlı sayıda ilaç mevcuttur ve prostat kanseri hastaları için, radyasyon tedavisi sırasında prostat ve rektum arasında fiziksel bir bariyer oluşturmak için bir hidrojel kullanılabilir.
Traverso ve Byrne uzun yıllardır radyasyonun zararlarını azaltmaya yönelik yenilikçi yöntemlerin geliştirilmesiyle uğraşıyor. Yeni çalışma, tardigradların olağanüstü hayatta kalma yeteneklerinden ilham aldı. Dünya çapında su ortamlarında her yerde bulunan bu canlılar, zorlu koşullara dayanıklılıklarıyla ünlüdür. Araştırmacılar bu canlıları uzaya göndererek şiddetli dehidrasyon ve kozmik radyasyona karşı dayanıklılık göstermelerini sağladı.
Tardigradların savunma mekanizmalarının önemli bir unsuru, DNA’ya bağlanan ve onu radyasyon kaynaklı zarardan korumaya yardımcı olan Dsup olarak bilinen ayırt edici bir hasar bastırıcı proteindir. Bu protein, tardigradların insanların toleransından 2.000 ila 3.000 kat daha yüksek radyasyon seviyelerine dayanma kapasitesi için çok önemlidir.
Kanser hastalarını radyasyondan korumak için yenilikçi yöntemler geliştirme sürecinde araştırmacılar, radyasyon tedavisinden önce hasta dokulara Dsup’ı kodlayan mesajcı RNA verilmesi olasılığını düşündüler. Bu mRNA, hücreleri proteini geçici olarak ifade etmeye teşvik ederek tedavi boyunca DNA’yı koruyacaktı. Birkaç saat sonra mRNA ve protein ortadan kaybolacaktı.
Bunu yapmak için araştırmacıların, hedef organlarda önemli miktarlarda protein üretecek mRNA’yı uygulamak için bir yönteme ihtiyaçları vardı. Etkili mRNA iletimi elde etmek için bağımsız olarak kullanılan hem polimerik hem de lipid bileşenleri içeren iletim partikülleri kütüphanelerini değerlendirdiler. Bu taramalardan, kolon uygulaması için en uygun olan bir polimer-lipit partikülünü ve oral dokuya mRNA iletimi için optimize edilmiş bir diğerini seçtiler.
“Bu iki sistemin – polimerler ve lipidler – entegre edilmesinin yüksek etkili RNA iletimi için en iyi sonuçları verebileceğini varsaydık. “Gözlemlediğimiz temelde buydu” diyor Kirtane. “Metodolojimizin önemli bir avantajı, proteini geçici olarak ifade eden ve hücresel genoma entegre olabilen DNA’dan önemli ölçüde daha güvenli hale getiren mesajcı RNA’nın kullanılmasıdır.”
Radyasyondan korunma
Bu partiküllerin mRNA’yı kültürlenmiş hücrelere etkili bir şekilde taşıyabildiğinin gösterilmesinin ardından araştırmacılar, bu yöntemin bir fare modelinde dokuyu radyasyona karşı korumadaki etkinliğini değerlendirdi.
Parçacıklar, kanser hastalarının aldığına benzer bir radyasyon dozu verilmeden birkaç saat önce yanak ya da rektum içine uygulandı. Araştırmacılar, bu hayvanlarda radyasyonun neden olduğu çift sarmallı DNA kırılmasında yüzde 50 azalma gözlemledi.
Araştırmada yer almayan Vanderbilt Üniversitesi Tıp Merkezi Vanderbilt-Ingram Kanser Merkezi Direktörü Ben Ho Park, “Bu çalışma önemli bir potansiyel ortaya koyuyor ve kanser için radyasyon tedavisi sırasında sağlıklı hücreleri korumak için DNA hasarına karşı doğal koruyucu mekanizmaları kullanan yenilikçi bir konsept sunuyor” dedi.
Araştırmacılar, Dsup proteininin koruyucu etkisinin enjeksiyon bölgesine lokalize olduğunu gösterdiler; bu da tümörü radyasyon hasarından korumayı amaçladıkları için önemli. Araştırmacılar, tedavinin olası insan uygulamaları için fizibilitesini artırmak amacıyla, orijinal tardigrade proteininin öngördüğü gibi bir bağışıklık tepkisi ortaya çıkarmayan bir Dsup proteini varyantı üretmeyi amaçlamaktadır.
Araştırmacılar, insan uygulaması için geliştirildiği takdirde, bu proteinin kemoterapötik ajanların neden olduğu DNA hasarına karşı potansiyel olarak koruma sağlayabileceğini ileri sürmektedir. Bir başka potansiyel uygulama da uzay görevleri sırasında astronotlarda radyasyon hasarının azaltılması olabilir.
Kaynak: MIT News
