Znajdź zawartość

Skomplikowana maszyneria żywych komórek wymaga współpracy wielu genów, które dopiero wspólnym wysiłkiem tworzą kompleksy protein, niezbędne do funkcjonowania komórki. Ekspresja poszczególnych genów powoduje transkrypcję DNA na mRNA, które służą jako matryce do wytwarzania pojedynczych białek. Te zaś dopiero tworzą złożone kompleksy, wykonujące najważniejsze „prace" w komórce. Uważano zatem, że aktywizacja genów następuje zawsze w sposób zorganizowany i skoordynowany. A jednak niekoniecznie, naukowcy odkryli, że część genów działa w sposób całkowicie niezorganizowany i losowy. Badania, jakie przeprowadził Robert Singer, wykładowca anatomii, biologii strukturalnej, komórkowej oraz neurologii na Albert Einstein College of Medicine, części Yeshiva University, dotyczyły genów zajmujących się najważniejszymi funkcjami żywej komórki, których funkcja wymaga działania non-stop (część genów aktywuje się dopiero w określonych okolicznościach, te, jak się okazało podczas badań, współdziałają tak, jak się spodziewano). Mierząc rozpowszechnienie mRNA pochodzących od tych genów w pojedynczych komórkach odkrył on, że geny te nie działają w sposób losowy, pozbawiony jakiegokolwiek mechanizmu regulacji, czy współdziałania. Nazwał je wręcz „zdezorientowanymi genami" (clueless genes). Jak się więc okazuje, większa grupa genów działa w sposób nie wymagający koordynacji, jak podkreśla Saumil Gandhi, współautor badań i główny autor studium „Transcription of functionally related constitutive genes is not coordinated" opublikowanego w Nature Structural and Molecular Biology. Zadziwiające jest to, że pomimo tego potrafią one osiągnąć pożądany efekt. To odkrycie zmienia całkowicie naukowy pogląd na temat działania podstawowych mechanizmów komórkowych.

Radioterapia, czyli naświetlanie promieniowaniem jonizującym, to od dawna stosowany sposób zwalczania nowotworów. Powszechnie znana jest jego największa wada: promieniowanie zabijające komórki rakowe jednocześnie szkodzi również zdrowej tkance. Konieczne jest zatem umiejętne, bardzo ostrożnie dozowanie dawek promieniowania, co ogranicza niestety jego możliwości lecznicze. Na pomysł zmniejszenia szkodliwego oddziaływania promieniowania bez zmniejszania dawek wpadli uczeni z nowojorskiego Uniwersytetu Jesziwy. Skupili się oni na jednym z największych zdrowotnych zagrożeń radioterapii: niszczenia komórek szpiku kostnego. To właśnie szpik kostny, a dokładniej zawarte w nim komórki macierzyste, jest producentem krwi w naszych organizmach, jego uszkodzenie powoduje spadek ilości białych ciałek oraz płytek krwi. Ich uwagę zwróciły właściwości melaniny, czyli pigmentu, jaki zawiera ludzka skóra. Pozwala on nam się opalać, daje barwę naszej skórze i włosom, oraz ogranicza on szkodliwe działanie promieniowania ultrafioletowego. Ale jak wykorzystać go do ochrony szpiku kostnego? Jak dostarczyć ochronną substancję do kości? Rozwiązaniem okazała się... nanotechnologia. Cząstki krzemu o wielkości 20 nanometrów pokryto kilkoma warstwami syntetycznej melaniny i wstrzyknięto doświadczalnym myszom. Jak się okazało, cząsteczki z melaniną osadzają się w szpiku kostnym, pozostając tam przez jakiś czas. Można było przystąpić do testów. Myszy z wstrzykniętą nano-melaniną oraz grupę kontrolną poddano napromieniowaniu typowemu dla radioterapii i badano jego skutki przez trzydzieści dni. Sprawdzano wyniki badań krwi, które są doskonałym znacznikiem stopnia uszkodzenia szpiku. Myszy poddane ochronnej kuracji miały się dużo lepiej od grupy kontrolnej, spadek ilości białych ciałek i trombocytów, czyli płytek krwi, był dużo mniej gwałtowny: wynosił zaledwie 10% w porównaniu do 60% u myszy bez melaninowej ochrony. Co ważne, również szybkość powrotu parametrów krwi do normy była dużo wyższa. Wykazano zatem, że podana w tej sposób melanina chroni szpik kostny, podczas eksperymentu nie odnotowano również żadnych szkodliwych skutków ubocznych. Świetnie, ale czy nie melanina nie będzie też chronić komórek rakowych? Ponieważ jednak badano w ten sposób myszy zdrowe, drugi eksperyment miał na celu rozwianie wątpliwości, czy aplikowana melanina nie będzie czasem chronić również guzów nowotworowych, co dyskwalifikowałoby ją z planowanych zastosowań. Badanie powtórzono więc na myszach chorych na nowotwór - czerniaka. W leczeniu wykorzystano radioaktywny izotop, którego cząstki przyczepione były do antyciał. Po wstrzyknięciu izotopu do krwioobiegu antyciała przyczepiają się do cząsteczek melaniny, uwalnianych przez komórki rakowe, a promieniowanie zabija je z niewielkiej odległości. Wyniki pokazały, że melaninowe nanocząstki nie przeszkadzają terapii izotopowej: rozmiar guzów zmniejszał się w takim samym stopniu, jak u myszy z grupy kontrolnej. Również tutaj utrzymywało się ponadto ochronne działanie melaniny na szpik kostny. Krzemowe nanocząstki pokryte melaniną utrzymywały swoją obecność w szpiku nawet do 24 godzin. Ponieważ jednak są bardzo szybko usuwane przez fagocyty, nie powinny stanowić większego problemu, czy zagrożenia, podczas badań nie wykryto żadnych skutków ubocznych. Możliwość ochrony szpiku kostnego podczas radioterapii pozwoli na stosowanie bardziej intensywnej kuracji, zwalczanie guzów szybciej i skuteczniej, zapewne też może nawet ocalić życie wielu chorym. Rezultaty są tak obiecujące, że planuje się już wykorzystanie melaniny do ochrony innych wrażliwych tkanek ludzkiego organizmu. Na celowniku uczonych będzie teraz analogiczna ochrona komórek układu trawiennego. Możliwe są także pozakliniczne zastosowania melaniny, np. podczas wycieków radioaktywnych, czy u astronautów, którzy są narażeni na duże dawki promieniowania, być może nawet podczas teoretycznych ataków bronią atomową. Opracowana terapia musi być jeszcze dokładnie przebadana, testy kliniczne, czyli na prawdziwych chorych, rozpoczną się w ciągu dwóch - trzech lat. W badaniach brali udział naukowcy z Koledżu Medycznego im. Alberta Einsteina na Uniwersytecie Jesziwy: Andrew Schweitzer, Arturo Casadevall, Leo Forchheimer, Julia Forchheimer, Ekarerina Dadachov, Sylvia Olnick, Robert S. Olnick.