Niesporczaki (Tardigrada) to typ pospolitych, bardzo małych zwierząt bezkręgowych, zaliczanych do pierwoustych (Protostomia). Są to zadziwiające stworzenia. Uznawane są za najbardziej odporne na warunki zewnętrzne ze znanych organizmów. W stanie anabiozy mogą przetrwać w temperaturach od prawie zera absolutnego do ponad 150°C, znoszą 1000 razy silniejsze promieniowanie jonizujące niż jakiekolwiek inne zwierzę, ciśnienie 6000 atmosfer, potrafią również przetrwać ponad 100 lat bez wody, a nawet w przestrzeni kosmicznej (ich ostatnia podróż w kosmos odbyła się 3 czerwca 2021 r. o godz. 13:29 ET – SpaceX wystrzelił 5000 niesporczaków na Międzynarodową Stację Kosmiczną). Organizmy te są również w stanie znieść niezwykłe stężenia soli. Zespół naukowców z Kent zidentyfikował także ich górną granicę przetrwania podczas wystrzelenia zamrożonych próbek niesporczaków z lekkiego pistoletu gazowego w piasek. Zmierzono prędkość uderzenia i ciśnienie uderzeniowe, przy których są w stanie przeżyć. Przy prędkości uderzenia 2621 km/h przeżyło 100% niesporczaków, podczas gdy ok. 60% przetrwało uderzenia do 2970 km/h.

Od kilku lat naukowcy głowią się nad opracowaniem sposobów zapobiegania uszkodzeniom popromiennym. Do przeprowadzenia nowego badania zainspirowała ich niezwykła zdolność przetrwania niesporczaków. Jednym z kluczowych składników systemów obronnych tych stworzeń jest unikalne białko o nazwie Dsup, które wiąże się z DNA i pomaga chronić je przed uszkodzeniami wywołanymi promieniowaniem. Białko to odgrywa główną rolę w zdolności niesporczaków do przetrwania przy narażeniu na promieniowanie od 2000 do 3000 razy mocniejszym niż te, które może tolerować człowiek. Badacze zastanawiali się, czy byliby w stanie dostarczyć informacyjny RNA kodujący Dsup do tkanek pacjenta przed radioterapią. To mRNA wyzwalałoby komórki do przejściowej ekspresji białka, chroniąc DNA pacjenta podczas leczenia. Po kilku godzinach dostarczone mRNA i białko uległoby rozpadowi.

Aby to zadziałało, naukowcy potrzebowali sposobu dostarczania mRNA, który generowałby duże ilości białka w tkankach docelowych. Przeanalizowali biblioteki cząstek dostarczających zawierających zarówno składniki polimerowe, jak i lipidowe, które były używane oddzielnie w celu osiągnięcia skutecznego przesyłania mRNA. Na podstawie tych badań zidentyfikowali jedną cząsteczkę polimerowo-lipidową, która najlepiej nadawała się do podawania mRNA poprzez okrężnicę, oraz inną, która została zoptymalizowana pod kątem dostarczania informacyjnego RNA przez tkanki jamy ustnej. – Pomyśleliśmy, że być może łącząc te dwa systemy (polimery i lipidy), będziemy w stanie uzyskać to, co najlepsze z obu opcji. Jedną z mocnych stron naszego podejścia jest to, że używamy informacyjnego RNA, które tylko tymczasowo wyraża białko, więc jest uważane za znacznie bezpieczniejsze niż DNA, które może zostać włączone do genomu komórek – tłumaczą autorzy badania.

Po wykazaniu, że cząsteczki te mogą z powodzeniem dostarczać mRNA do komórek hodowanych w laboratorium przetestowano, czy takie podejście może skutecznie chronić tkanki przed promieniowaniem na modelu mysim. Naukowcy wstrzyknęli myszom cząsteczki w policzek lub odbyt na kilka godzin przed podaniem dawki promieniowania podobnej do tej, jaką otrzymaliby pacjenci z rakiem. U myszy narażonych na promieniowanie naukowcy zaobserwowali 50% zmniejszenie ilości dwuniciowych pęknięć DNA spowodowanych promieniowaniem.

Promieniowanie jest często stosowane w leczeniu nowotworów głowy i szyi, gdzie może uszkodzić jamę ustną lub gardło, sprawiając, że jedzenie lub picie jest bardzo bolesne dla pacjentów. Jest również powszechnie używane w przypadku nowotworów przewodu pokarmowego, które mogą prowadzić do krwawienia z odbytu. Wielu chorych opóźnia leczenie lub całkowicie je przerywa. Obecnie istnieją bardzo ograniczone opcje zapobiegania uszkodzeniom popromiennym u pacjentów z rakiem. Mamy kilka leków, które można podawać w celu zmniejszenia uszkodzeń, np. w przypadku pacjentów z rakiem prostaty można zastosować hydrożel, aby stworzyć fizyczną barierę między prostatą a odbytnicą podczas radioterapii.

Naukowcy wykazali również, że ochronne działanie białka Dsup nie rozprzestrzeniło się poza miejsce wstrzyknięcia, co jest ważne, ponieważ nie chcą oni chronić samego guza przed skutkami promieniowania. Aby uczynić to leczenie bardziej wykonalnym do potencjalnego zastosowania u ludzi, planowane są badania nad opracowaniem wersji białka Dsup, która nie wywoływałaby odpowiedzi immunologicznej, jak prawdopodobnie zrobiłoby to oryginalne białko niesporczaków. Naukowcy twierdzą, że jeśli białko to zostanie opracowane do stosowania u ludzi, może być również potencjalnie wykorzystywane do ochrony przed uszkodzeniami DNA spowodowanymi przez leki stosowane w chemioterapii. Innym możliwym zastosowaniem byłaby pomoc w zapobieganiu uszkodzeniom popromiennym u astronautów w kosmosie.