从水熊虫获得灵感，研究人员开发了一种新策略，可能保护癌症患者免受放疗副作用的影响。
在美国，约60%的癌症患者在治疗过程中接受放疗。然而，这种放射线可能会产生严重的副作用，通常会让患者难以忍受。
受到能够耐受巨大辐射量的微小生物启发，麻省理工学院、布莱根妇女医院和爱荷华大学的研究人员开发了一种新的策略，可能保护患者免受这种损害。他们的方法利用水熊虫中的一种蛋白质，水熊虫通常也被称为“水熊”，其长度通常不足一毫米。
当研究人员将编码这种蛋白质的信使RNA注入小鼠时，他们发现其生成足够的蛋白质以保护细胞的DNA免受辐射引起的损害。如果这种方法能开发用于人类，研究人员表示，这可能会使许多癌症患者受益。
麻省理工学院机械工程副教授、布莱根妇女医院消化科医生乔瓦尼·特拉维索说：“放疗对于许多肿瘤非常有帮助，但我们也认识到副作用可能成为限制因素。在帮助患者减轻对邻近组织造成的损伤风险方面存在未满足的需求。”
特拉维索和爱荷华大学放射肿瘤学助理教授詹姆斯·伯恩是今日发表于《自然生物医学工程》杂志的研究的高级作者。论文的主要作者包括哈佛医学院医学讲师阿梅亚·基尔坦和爱荷华大学的研究科学家蒋凌。
极端生存
放射疗法通常用于治疗头颈部的癌症，但这可能损害口腔或喉咙，使患者在饮食时感到非常疼痛。它也常用于胃肠道癌症，这可能导致直肠出血。许多患者最终会推迟治疗或完全停止治疗。
伯恩表示：“这影响了大量患者，它可能表现为简单的口腔溃疡，这可能限制一个人的饮食能力，因为它如此疼痛，甚至需要住院治疗，因为人们在疼痛、体重下降或出血中遭受极大的痛苦。这可能非常危险，我们确实想尝试解决这个问题。”
目前，癌症患者预防放射损伤的方法非常少。有少数药物可以用来试图减少损伤，而对前列腺癌患者，可以使用水凝胶在放疗过程中在前列腺和直肠之间创造物理屏障。
在过去几年中，特拉维索和伯恩一直在开发新的方法来预防放射损伤。在新研究中，他们受到水熊虫非凡生存能力的启发。这些生物在全球范围内常见，通常生活在水生环境中，以其对极端条件的抵抗力而闻名。科学家甚至将它们送入太空，证明它们能在极端脱水和宇宙辐射下生存。
水熊虫防御系统的一个关键组成部分是一种独特的损伤抑制蛋白，被称为Dsup，它与DNA结合并帮助保护其免受辐射引起的损伤。这种蛋白在水熊虫生存辐射剂量（人类可耐受的剂量的2000到3000倍）方面起着重要作用。
在为保护癌症患者免受放射线伤害而进行头脑风暴时，研究人员想知道是否可以在放疗前将编码Dsup的信使RNA输送到患者组织。这种mRNA将触发细胞暂时表达这种蛋白质，从而在治疗期间保护DNA。几个小时后，mRNA和蛋白质将消失。
为了实现这一目标，研究人员需要一种能够在目标组织中大量产生蛋白质的mRNA传递方式。他们筛选了含有聚合物和脂质组分的传递颗粒库，这些组分分别用于高效的mRNA递送。从这些筛选中，他们确定了一种最适合肠道递送的聚合物-脂质颗粒，以及另一种优化用于递送至口腔组织的mRNA的颗粒。
基尔坦表示：“我们认为通过将这两种系统——聚合物和脂质结合在一起，可能会获得两者的最佳效果，实现高度有效的RNA递送。这就是我们所看到的。” “我们方法的一个优势是我们使用的是信使RNA，它只是暂时表达蛋白质，因此被认为比可能被纳入细胞基因组的DNA安全得多。”
放射保护
在证明这些颗粒能够成功将mRNA递送到实验室培养的细胞后，研究人员测试了这种方法是否能够有效保护小鼠模型的组织免受辐射影响。
他们在给小鼠投放与癌症患者所接受的放射剂量相似的剂量之前，将颗粒注入了小鼠的面颊或直肠。研究人员观察到在这些小鼠中，由放射引起的双链DNA断裂数量减少了50%。
研究人员还展示了Dsup蛋白的保护作用没有扩散到注射部位之外，这一点很重要，因为他们不想保护肿瘤本身免受放射的影响。为了使这种治疗在潜在的人类应用中更可行，研究人员现在计划开发一种不会引发免疫反应的Dsup蛋白版本，因为原始水熊虫蛋白可能会导致免疫反应。
研究人员表示，如果开发用于人类，这种蛋白也可能用于保护免受化疗药物引起的DNA损伤。另一种可能的应用是帮助防止宇航员在太空中的辐射损伤。
