Cerca de 60 por cento de todos os pacientes com câncer nos Estados Unidos recebem radioterapia como parte do tratamento. No entanto, essa radiação pode ter efeitos colaterais graves que muitas vezes acabam sendo muito difíceis de tolerar pelos pacientes.

Inspirando-se em um pequeno organismo que pode suportar enormes quantidades de radiação, pesquisadores do MIT, Brigham and Women's Hospital e da University of Iowa desenvolveram uma nova estratégia que pode proteger os pacientes desse tipo de dano. A abordagem deles faz uso de uma proteína de tardígrados, muitas vezes também chamados de “ursos d’água”, que geralmente têm menos de um milímetro de comprimento.

Quando os pesquisadores injetaram RNA mensageiro codificando essa proteína em camundongos, eles descobriram que ele gerou proteína suficiente para proteger o DNA das células de danos induzidos por radiação. Se desenvolvida para uso em humanos, essa abordagem pode beneficiar muitos pacientes com câncer, dizem os pesquisadores.

“A radiação pode ser muito útil para muitos tumores, mas também reconhecemos que os efeitos colaterais podem ser limitantes. Há uma necessidade não atendida com relação a ajudar os pacientes a mitigar o risco de danificar o tecido adjacente”, diz Giovanni Traverso, professor associado de engenharia mecânica no MIT e gastroenterologista no Brigham and Women's Hospital.

Traverso e James Byrne, professor assistente de oncologia de radiação na University of Iowa, são os autores seniores do estudo, que aparece hoje na Nature Biomedical Engineering . Os autores principais do artigo são Ameya Kirtane, instrutora de medicina na Harvard Medical School e cientista visitante no Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT, e Jianling Bi, cientista pesquisadora na University of Iowa.

A radiação é frequentemente usada para tratar cânceres de cabeça e pescoço, onde pode danificar a boca ou a garganta, tornando muito doloroso comer ou beber. Também é comumente usada para cânceres gastrointestinais, que podem levar a sangramento retal. Muitos pacientes acabam atrasando os tratamentos ou interrompendo-os completamente.

Atualmente, há muito poucas maneiras de prevenir danos de radiação em pacientes com câncer. Há um punhado de medicamentos que podem ser administrados para tentar reduzir os danos e, para pacientes com câncer de próstata, um hidrogel pode ser usado para criar uma barreira física entre a próstata e o reto durante o tratamento de radiação.

Por vários anos, Traverso e Byrne têm trabalhado no desenvolvimento de novas maneiras de prevenir danos por radiação. No novo estudo, eles foram inspirados pela extraordinária capacidade de sobrevivência dos tardígrados. Encontrados em todo o mundo, geralmente em ambientes aquáticos, esses organismos são bem conhecidos por sua resiliência a condições extremas. Cientistas até os enviaram ao espaço, onde foi demonstrado que eles sobreviveram à desidratação extrema e à radiação cósmica.

Um componente-chave dos sistemas de defesa dos tardígrados é uma proteína supressora de danos única chamada Dsup, que se liga ao DNA e ajuda a protegê-lo de danos induzidos por radiação. Essa proteína desempenha um papel importante na capacidade dos tardígrados de sobreviver a doses de radiação de 2.000 a 3.000 vezes maiores do que o que um ser humano pode tolerar.

Ao fazer um brainstorming de ideias para novas maneiras de proteger pacientes com câncer da radiação, os pesquisadores se perguntaram se eles seriam capazes de entregar o RNA mensageiro codificando Dsup aos tecidos do paciente antes do tratamento de radiação. Este mRNA acionaria as células para expressar transitoriamente a proteína, protegendo o DNA durante o tratamento. Depois de algumas horas, o mRNA e a proteína desapareceriam.

Para que isso funcionasse, os pesquisadores precisavam de uma maneira de entregar mRNA que gerasse grandes quantidades de proteína nos tecidos-alvo. Eles rastrearam bibliotecas de partículas de entrega contendo componentes de polímero e lipídio, que foram usados separadamente para atingir entrega eficiente de mRNA. A partir dessas triagens, eles identificaram uma partícula de polímero-lipídio que era mais adequada para entrega no cólon, e outra que foi otimizada para entregar mRNA ao tecido da boca.

“Pensamos que talvez combinando esses dois sistemas — polímeros e lipídios — poderíamos obter o melhor dos dois mundos e obter uma entrega de RNA altamente potente. E foi essencialmente isso que vimos”, diz Kirtane. “Um dos pontos fortes da nossa abordagem é que estamos usando um RNA mensageiro, que apenas expressa temporariamente a proteína, então é considerado muito mais seguro do que algo como DNA, que pode ser incorporado ao genoma das células.”

Depois de mostrar que essas partículas poderiam fornecer mRNA com sucesso para células cultivadas em laboratório, os pesquisadores testaram se essa abordagem poderia proteger efetivamente o tecido da radiação em um modelo de camundongo.

Eles injetaram as partículas na bochecha ou no reto várias horas antes de dar uma dose de radiação semelhante à que os pacientes com câncer receberiam. Nesses camundongos, os pesquisadores viram uma redução de 50 por cento na quantidade de quebras de DNA de fita dupla causadas pela radiação.

“Este estudo mostra-se muito promissor e é uma ideia realmente inovadora que alavanca mecanismos naturais de proteção contra danos ao DNA com o propósito de proteger células saudáveis durante tratamentos de radiação para câncer”, diz Ben Ho Park, diretor do Vanderbilt-Ingram Cancer Center no Vanderbilt University Medical Center, que não estava envolvido no estudo.

Os pesquisadores também mostraram que o efeito protetor da proteína Dsup não se espalhou além do local da injeção, o que é importante porque eles não querem proteger o tumor em si dos efeitos da radiação. Para tornar esse tratamento mais viável para uso potencial em humanos, os pesquisadores agora planejam trabalhar no desenvolvimento de uma versão da proteína Dsup que não provocaria uma resposta imune, como a proteína tardígrada original provavelmente faria.

Se desenvolvida para uso em humanos, essa proteína também poderia ser potencialmente usada para proteger contra danos ao DNA causados por medicamentos quimioterápicos, dizem os pesquisadores. Outra possível aplicação seria ajudar a prevenir danos por radiação em astronautas no espaço.

Outros autores do artigo incluem Netra Rajesh, Chaoyang Tang, Miguel Jimenez, Emily Witt, Megan McGovern, Arielle Cafi, Samual Hatfield, Lauren Rosenstock, Sarah Becker, Nicole Machado, Veena Venkatachalam, Dylan Freitas, Xisha Huang, Alvin Chan, Aaron Lopes, Hyunjoon Kim, Nayoon Kim, Joy Collins, Michelle Howard, Srija Manchkanti e Theodore Hong.

A pesquisa foi financiada pelo Prêmio Jovem Pesquisador da Fundação do Câncer de Próstata, pelo Prêmio Pesquisador Inicial do Programa de Câncer de Próstata do Departamento de Defesa dos EUA, pela Bolsa Hope Funds for Cancer Research, pela Sociedade Americana do Câncer, pelo Instituto Nacional do Câncer, pelo Departamento de Engenharia Mecânica do MIT e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada para Saúde dos EUA.