Forscher des KU Medical Center erhalten Zuschüsse zur Bekämpfung von Verletzungen durch Strahlenbelastung

Forscher des KU Medical Center erhalten Zuschüsse zur Bekämpfung von Verletzungen durch Strahlenbelastung

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Nicht viele Wissenschaftler können von sich behaupten, Vollzeit sowohl an der Verbesserung der Krebsbehandlung als auch an der Bekämpfung der Auswirkungen des Bioterrorismus zu arbeiten, aber Subhrajit Saha kann das.

Saha, Ph.D., ist außerordentliche Professorin und Leiterin der wissenschaftlichen Grundlagenforschung in der Abteilung für Radioonkologie am Medical Center der Universität von Kansas. Er hat das letzte Jahrzehnt damit verbracht, herauszufinden, wie die Schädigung verringert werden kann, die die Strahlenbehandlung an normalem Gewebe verursacht, das im Weg der Röntgenstrahlen liegt, die auf bösartige Tumore abzielen. Was er und seine Kollegen durch die Lösung dieser biologischen Rätsel lernen, kann auch angewendet werden, um Menschen zu helfen, die durch Strahlenbelastung im Falle eines nuklearen Unfalls, einer Rakete oder eines Bioterrorismus verletzt wurden.

„Die Wissenschaft hat diesen Vorteil, dass sie neue Probleme finden kann, die es zu lösen gilt, wenn Sie ihr Wissen über den Tellerrand blicken lassen“, sagte Saha, die auch Teil des Krebsbiologieprogramms am Krebszentrum der Universität von Kansas ist.

Eine grundsätzliche Frage

Im Sommer 2022 erhielt Sahas Labor am KU Medical Center zusammen mit Mitarbeitern von Children’s Mercy und der St. Louis University ein fünfjähriges Stipendium in Höhe von fast 3,6 Millionen US-Dollar vom Radiation and Nuclear Countermeasures Program (RNCP) des National Institute von Allergien und Infektionskrankheiten. NIAID ist das führende Institut innerhalb der National Institutes of Health für die Entwicklung medizinischer Gegenmaßnahmen zur Linderung und Behandlung von Strahlenschäden. Dies ist das zweite aufeinanderfolgende Stipendium seines Labors vom RNCP, und sie sind die einzige Forschungsgruppe in Kansas, die ein staatlich finanziertes Forschungsprogramm zur Entwicklung einer Strahlungsgegenmaßnahme durchführt.

Die Strahlentherapie, die zum Bruch der DNA und zum Absterben der Zellen führt, ist bei der Behandlung bestimmter Krebsarten viel wirksamer als die Chemotherapie. Dennoch sind einige Körperteile wie der Gastrointestinaltrakt (GI) besonders anfällig für Strahlentoxizität und Verletzungen. Zellen im Magen-Darm-Trakt erneuern sich häufig, was bedeutet, dass sich die Zellen häufig teilen, wodurch der Darm strahlungsempfindlicher und anfälliger für Verletzungen wird.

Organe wie der Darm sind bei der Behandlung von Personen mit Bauchspeicheldrüsen- oder Leberkrebs schwer zu vermeiden. Übelkeit, Durchfall, Erbrechen und Bauchschmerzen sind die Folge für die Patienten. Die Auswirkungen einer strahleninduzierten GI-Verletzung für Opfer einer Atomexplosion sind sogar noch größer; es kann innerhalb weniger Tage zu Sepsis und Tod führen.

Es gibt keine von der FDA zugelassenen Medikamente zur Vorbeugung oder Linderung dieser Verletzungen.

„Es ist auch schmerzhaft für Kliniker, weil wir behandeln wollen [cancer patients] mit unserer höchsten Dosis [of radiation], und das können wir nicht“, bemerkte Saha. „Das ist also eine grundlegende Frage – wie können wir diese Organe schützen, ohne die Behandlung selbst zu gefährden?“

Ein schurkischer Pac-Man

Die Forscher hoffen, dass dieser neue Zuschuss ihnen helfen wird, eine Strategie zur Milderung von Strahlenschäden zu finden, insbesondere indem eine bestimmte Art von Makrophagen daran gehindert wird, in das Gewebe einzudringen, auf das die Krebsstrahlenbehandlung abzielt. Makrophagen, manchmal auch Pac-Men des Immunsystems genannt, sind weiße Blutkörperchen, die Zelltrümmer verschlingen und gleichzeitig eine Vielzahl hilfreicher Proteine ​​freisetzen.

Im Jahr 2016 fand Sahas Labor heraus, dass Makrophagen auch dabei helfen können, durch Strahlung geschädigte Organe zu reparieren und zu regenerieren, indem sie Proteine ​​liefern, die die Zellproliferation und das Zellwachstum stimulieren.

Aber Makrophagen sind nicht alle identisch. Sie sind alle die gleiche Art von Zellen, aber sie können unterschiedliche Funktionen übernehmen. „Es ist so, als ob man bei 45 Grad dieselbe Person ist und eine Jacke trägt wie im Sommer, wenn man ein T-Shirt trägt“, sagte Saha. „Aber deine Handlungen ändern sich, wenn du dich anziehst. Dasselbe passiert mit diesen Makrophagen.“

Die Art von Makrophagen, die Sahas Labor zu blockieren versuchen wird, ist eine entzündliche Variante, die hauptsächlich von entzündlichen weißen Blutkörperchen, die als Monozyten bekannt sind, abgeleitet wird. Diese Entzündungszellen tun das Gegenteil von dem, was für Strahlenschäden erforderlich ist: Sie machen die Verletzung schwerer. Saha und seine Kollegen wollen die Rekrutierung zirkulierender entzündlicher Monozyten zu verletztem Gewebe blockieren, indem sie ihre Wechselwirkung mit Chemokinen, biologischen Chemikalien, die von demselben Gewebe freigesetzt werden, hemmen.

Ein übergeordnetes Ziel

Sie planen, es auf zwei verschiedene Arten zu blockieren, beide mit einem Mausmodell. Zunächst werden sie die Chemokinrezeptoren, die sich auf der Oberfläche der Entzündungszellen befinden, durch Gen-Editierung zerstören. Als Reaktion auf Strahlung fördern diese Rezeptoren die Rekrutierung von Entzündungszellen in verletztes Gewebe. Zweitens werden sie versuchen, einen Wirkstoff zu verwenden, der sich bereits in klinischen Studien für eine andere Art der Krebsbehandlung befindet, um die Chemokin-Wechselwirkung mit diesen Rezeptoren zu hemmen.

„Wenn wir die Rekrutierung dieser nicht zulassen [inflammatory monocytes] auf das Zielgewebe, wie den Darm, können wir Entzündungen hemmen und die Strahlenschädigung abmildern“, sagte Saha. „So können wir den Reparaturprozess unterstützen.“

Im Gegensatz zu akuten Strahlenschäden wie dem Darm, die sich innerhalb weniger Tage bemerkbar machen, kann es bei Patienten, die wegen Brust- oder Lungenkrebs behandelt werden, bis zu sechs Monate dauern, bis sich Verletzungen der Lunge entwickeln. Die Forscher wollen auch untersuchen, wie sich ihre Experimente auf den Reparaturprozess bei diesen chronischen Strahlenschäden auswirken.

Und was sie im Labor lernen, um die Krebsversorgung in der Klinik zu verbessern, könnte in einer Massenkatastrophe oder Terrorsituation eingesetzt werden, eine Sorge, die besonders seit dem 11. September zunimmt, obwohl Saha sagte, er hoffe, dass seine Arbeit auf die Klinik beschränkt bleibt.

„Wir wollen nicht, dass für dieses Szenario eine potenzielle Behandlung erforderlich wird, weil niemand will, dass es zu einem nuklearen Zwischenfall kommt“, sagte er. „Strahlung wurde zum Wohle der Menschheit entdeckt, nicht um die Menschheit zu zerstören. Was wir wirklich hoffen, ist, dass wir dieses Wissen zur Verbesserung der Strahlentherapie bei mehreren Krebsarten beitragen können. Das ist das übergeordnete Ziel.“

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