Etwa 60 Prozent aller Krebspatienten in den USA erhalten im Rahmen ihrer Behandlung eine Strahlentherapie. Diese Strahlung kann jedoch schwere Nebenwirkungen haben, die für die Patienten oft zu schwer zu ertragen sind.
Inspiriert von einem winzigen Organismus, der enorme Strahlungsmengen aushalten kann, haben Forscher am MIT, am Brigham and Women’s Hospital und an der University of Iowa eine neue Strategie entwickelt, die Patienten vor solchen Schäden schützen könnte. Ihr Ansatz nutzt ein Protein von Bärtierchen, die oft auch „Wasserbären“ genannt werden und normalerweise weniger als einen Millimeter lang sind.
Als die Forscher Mäusen Boten-RNA injizierten, die dieses Protein kodierte, stellten sie fest, dass genügend Protein erzeugt wurde, um die DNA der Zellen vor strahlenbedingten Schäden zu schützen. Wenn dieser Ansatz für den Einsatz beim Menschen entwickelt wird, könnte er vielen Krebspatienten helfen, sagen die Forscher.
Strahlung wird häufig zur Behandlung von Krebserkrankungen im Kopf- und Halsbereich eingesetzt, wo sie den Mund oder Rachen schädigen kann, was das Essen oder Trinken sehr schmerzhaft machen kann. Sie wird auch häufig bei Magen-Darm-Krebs eingesetzt, der zu Rektalblutungen führen kann. Viele Patienten verzögern die Behandlung oder brechen sie ganz ab.
„Dies betrifft eine große Zahl von Patienten und kann sich in so einfachen Formen wie wunden Stellen im Mund äußern, die die Fähigkeit einer Person zum Essen einschränken können, weil sie so schmerzhaft sind, oder in einem Krankenhaus behandelt werden müssen, weil die Menschen so schrecklich unter Schmerzen, Gewichtsverlust oder Blutungen leiden. Es kann ziemlich gefährlich sein und ist etwas, das wir unbedingt angehen wollten“, sagt Byrne.
Derzeit gibt es nur wenige Möglichkeiten, Strahlenschäden bei Krebspatienten zu verhindern. Es gibt eine Handvoll Medikamente, die verabreicht werden können, um den Schaden zu verringern, und bei Prostatakrebspatienten kann ein Hydrogel verwendet werden, um während der Strahlenbehandlung eine physikalische Barriere zwischen Prostata und Rektum zu schaffen.
Seit mehreren Jahren arbeiten Traverso und Byrne an der Entwicklung neuer Methoden zur Vermeidung von Strahlenschäden. In ihrer neuen Studie ließen sie sich von der außergewöhnlichen Überlebensfähigkeit der Bärtierchen inspirieren. Diese Organismen sind weltweit verbreitet, meist in aquatischen Umgebungen, und für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen bekannt. Wissenschaftler haben sie sogar in den Weltraum geschickt, wo sie nachweislich extreme Dehydrierung und kosmische Strahlung überlebten.
Ein Schlüsselelement des Abwehrsystems der Bärtierchen ist ein einzigartiges Schadensunterdrückungsprotein namens Dsup, das sich an die DNA bindet und hilft, sie vor strahlenbedingten Schäden zu schützen. Dieses Protein spielt eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit der Bärtierchen, Strahlungsdosen zu überleben, die 2.000 bis 3.000 Mal höher sind als das, was ein Mensch vertragen kann.
Beim Brainstorming über neue Möglichkeiten, Krebspatienten vor Strahlung zu schützen, fragten sich die Forscher, ob es ihnen nicht möglich wäre, vor der Strahlenbehandlung Boten-RNA, die Dsup kodiert, in das Gewebe des Patienten zu übertragen. Diese mRNA würde Zellen dazu veranlassen, das Protein vorübergehend zu exprimieren und so die DNA während der Behandlung zu schützen. Nach einigen Stunden würden die mRNA und das Protein verschwinden.
Damit dies funktioniert, brauchten die Forscher eine Methode zur mRNA-Abgabe, die große Mengen an Protein in den Zielgeweben erzeugt. Sie durchsuchten Bibliotheken von Transportpartikeln, die sowohl Polymer- als auch Lipidkomponenten enthielten und separat verwendet wurden, um eine effiziente mRNA-Abgabe zu erreichen. Auf dieser Grundlage identifizierten sie ein Polymer-Lipid-Partikel, das sich am besten für die Abgabe in den Dickdarm eignete, und ein anderes, das für die Abgabe von mRNA in das Mundgewebe optimiert war.
„Wir dachten, dass wir durch die Kombination dieser beiden Systeme – Polymere und Lipide – vielleicht das Beste aus beiden Welten bekommen und eine hochwirksame RNA-Abgabe erreichen könnten. Und das ist im Wesentlichen das, was wir gesehen haben“, sagt Kirtane. „Eine der Stärken unseres Ansatzes ist, dass wir eine Messenger-RNA verwenden, die das Protein nur vorübergehend exprimiert, sodass sie als weitaus sicherer gilt als etwas wie DNA, das in das Genom der Zellen eingebaut werden kann.“
Schutz vor Strahlung
Nachdem die Forscher gezeigt hatten, dass diese Partikel mRNA erfolgreich an im Labor gezüchtete Zellen transportieren konnten, testeten sie in einem Mausmodell, ob dieser Ansatz Gewebe wirksam vor Strahlung schützen könnte.
Sie injizierten die Partikel entweder in die Wange oder in den Enddarm, mehrere Stunden bevor sie ihnen eine Strahlendosis verabreichten, die der von Krebspatienten ähnelte. Bei diesen Mäusen stellten die Forscher eine 50-prozentige Verringerung der durch die Strahlung verursachten Doppelstrangbrüche in der DNA fest.
Die Forscher zeigten auch, dass sich die Schutzwirkung des Dsup-Proteins nicht über die Injektionsstelle hinaus ausbreitete, was wichtig ist, da sie den Tumor selbst nicht vor den Auswirkungen der Strahlung schützen wollen. Um diese Behandlung für den potenziellen Einsatz beim Menschen praktikabler zu machen, planen die Forscher nun, an der Entwicklung einer Version des Dsup-Proteins zu arbeiten, die keine Immunreaktion hervorruft, wie dies beim ursprünglichen Bärtierchen-Protein wahrscheinlich der Fall wäre.
Wenn dieses Protein für den Einsatz am Menschen entwickelt wird, könnte es möglicherweise auch zum Schutz vor DNA-Schäden eingesetzt werden, die durch Chemotherapeutika verursacht werden, sagen die Forscher. Eine weitere mögliche Anwendung wäre die Vorbeugung von Strahlenschäden bei Astronauten im Weltraum.
https://www.nature.com/articles/s41551-025-01360-5
