Balaji Panchapakesan, průkopník bobmardování rakoviny. University of Delaware

Jsou nádory, které operovat nejde a mezi nimi i takové, na něž je krátká chemo a radioterapie. Proto vědci už delší dobu koketují s myšlenkou, pouštět na zvrhlé buňky bomby. Mezi průkopníky této myšlenky se řadí Balaji Panchapakesan z University of Delaware. V jeho verzi šlo o nanotrubičky plněné vodou. Na ty pak přilepil protilátky namířené proti povrchovým markerům, kterými se některé rakovinové buňky odlišují od těch normálních. Ty pak sloužily jako samonaváděcí mechanismus vyhledávající cíl. K explozi své bomby přiváděl Panchapakesan  laserem. Energie světelného toku udělala z trubiček přetopené parní kotle, které při explozi zabíjely vše živé v dosahu. Dodnes se tato metoda používá jako doplňková léčba při rakovině prsu. Hitem, jak se předpokládalo, se ale nestala. To by se ale nyní mohlo změnit.

Profesor Xiaoming He, bioinženýr z Ohio State University. (Kredit: OSU)

Nově vyvinuté nanobomby z Ohio State University se těm z Delaware podobají jen  názvem. Zatímco ty staré, trubkové, ničily nepřítele explozí zvnějšku (nejvíc na ně sedí  připodobnění k teroristům opásaným výbušninou), ty nové bomby jsou jen takovými tichošlápky. Chovají se jako agenti, kteří proklouznou až do nitra buněk a pak nepřítele ničí dezinformacemi. Pojem nanobomby jim zůstal asi jen z piety, protože místo třesků explodují ani ne pšouknutím. Tak trochu se nafouknou a to jen proto, aby se tím uvolnil jejich smrtonosný náklad. To je totiž to, oč tu běží – podvrhnout návod pracovních postupů a dosáhnout  změnu aktivity vytipovaných jaderných genů v buňce. 
Zabíjení rakovinných buněk přepsáním jejich genetického vybavení, není ničím novým. I když je účinnost úprav exprese genů pomocí syntetických molekul miRNA vysoce účinnou metodou boje s rakovinou (lze jí pacientovi ušít podle typu jeho rakoviny, takříkajíc „na míru“), širšího uplatnění se zatím nedočkala. Důvodem jsou komplikace s doručováním poslů smrti do nitra zvrhlých buněk. Bílé krvinky nejsou ochotny spolupracovat. Jakmile se totiž krátké řetězce RNA molekul v krevním řečišti objeví, vyhodnotí je imunitní systém jako něco cizorodého co v krvi nemá co pohledávat a domnělou „hrozbu“ hned v zárodku zlikvidují.

Nanobomby v elektronovém mikroskopu. Skrývají náplň syntetických molekul mikroRNA, což je „softvér“, který zasahuje do aktivity genů a pomatené buňky přemlouvá k sebevraždě (apoptóze). (Kredit: Hai Wang, OSU 2015)

Ve studii, kterou zveřejnil časopis Advanced Materials výzkumníci nyní popsali, jak se jim imunitní polici podařilo překabátit. Navlékli molekulám RNA jakýsi župan z něhož nic provokativního nikde nevykukuje. Ušili ho z kyseliny polymléčné (ta je například součástí plastových tašek v nichž si nosíme z obchodu nákupy) a polysacharidu chitosanu, látky z krunýřů korýšů (ten si oblíbily baculky, které chtějí zhubnout). Důležité je, že bílé krvinky bomby v županu přestaly zajímat a staví se k nim zcela netečně. Kamufláž vědcům podařila vyřešit problém s dopravou nálože k nádorovým buňkám. A protože tentokrát jde o mnohem menší struktury než byly ty primitivní bomby trubkové, navíc župánek se sacharidovou složkou dává buňkám iluzi něčeho k snědku, ani se moc nebrání, když jim bomby proklouznou do útrob. Jenže i v buněčném soukromí se vyvrbila komplikace. Zhoubné buňky si zachovávají rituál vnitřních obranných mechanismů stejně,  jako ty zdravé. Ten jim velí, aby nově příchozí (od jejich jisté velikosti), nejprve šouply do jakýchsi pytlíků. Jsou to organely s funkcí cely předběžného zadržení a mikrobiologové jim říkají  endozomy. Toto opatření dává buňkám dostatek času na to, aby i nepřátelsky naladěné příchozí molekuly enzymaticky rozebraly a degradovaly.

MicroRNA (prekurzor) je nekódující RNA molekula, která prostřednictvím proteinu reguluje expresi mnohých genů zasahujících do kontroly růstu buněk, oprav DNA a stárnutí. Výkonným proteinem je molekula označovaná jako p53. Ta vyhledává na DNA poškozená místa a pokud takové zjistí, což u rakovinových buněk není těžké, spustí transkripci dalšího genu a ten buňce zarazí její choutky se množit. Tímto mechanismem dokáže miRNA rozvoj některých typů rakoviny zvrátit. (Kredit: PPGARDNE, Wikipedia)

Na obranu buněk zprostředkovávanou endozomy, výzkumníci také vyzráli. A sice tím, že do polymeru z něhož šili svým agentům plášť neviditelnosti, přimíchali špetku „sal volatile“. Naše prababičky na to měly dózičku s nápisem „sůl z jeleního parohu“. Dnes mu říkáme cukrářské droždí, případně hydrogenuhličitan amonný. Když se amonná sůl dá do těsta, netřeba čekat až vykyne. V teple trouby piškot naskočí i bez kvasinek. A právě to se vědcům zamlouvalo. Ne, že by chtěli buňky strkat do trouby, potřebné teplo k bombám umí dopravit i nasvícením laserem o vlnové frekvenci blízké infračervenému světlu. Při zahřátí nanočásteček na teplotu 43 stupně Celsia, obal se zachumlanými  molekulami RNA nabobtná na trojnásobek své původní velikosti. Z průměru 100 nm při pokojové teplotě se nafouknou jako pneumatika z reklamy Goodyear. V pase začnou mít až 300 nm, což endozomy, které vydrží natažení  jen na nějakých 200 nm, roztrhne. Plášť neviditelnosti se transformoval do Trójského koně z něhož se do cytoplazmy vyhrne zákeřný software a všechen najednou. Ten dílo zkázy dokoná v tichosti podle návodu, jak ho do vínku mikroRNA vepsali molekulární genetici.

Xiaoming He novou zbraň vyzkoušel na buňkách agresivní formy rakoviny prostaty. Úspěšně. Důležité je, že pokus neprobíhal v pro buňky nepřirozeném prostředí a jeho výsledek není jen jakási „statistika“ vyčtená z Petriho misek a na buňkách hendikepovaných samotnou kultivací v mediu. Aby pokus co nejvíce přiblížili poměrům panujícím v lidském těle, test zorganizovali na myším modelu s lidskými buňkami odebranými z rakovinové tkáně pacientů. Myši měly vyřazen imunitní systémem, takže lidským buňkám nijak neškodily. Nádory na adoptivních myškách rostou, jako z vody a tak jejich velikost po léčbě odráží účinnost léčby zcela objektivně a to jak zabírá na myškách, bude i na lidech.

Kyselina polymléčná. Jedna ze substancí pláště nanobomb. Po dobu jejich putování na místo určení chrání náplň bomby - molekuly mikroRNA, před jejich zničením bílými krvinkami. V polymerním obalu jsou kromě molekul kyseliny mléčné také lipidy, kyselina glykolová a oligosacharid chitosan.

Nálože v tumorech lze laserem odpalovat až do hloubky tkáně jeden centimetr. U hlouběji uložených ložisek a v tělních dutinách, bude nutné do léčeného místa místa zavádět nějaký světlomet. Nejspíš podobný tomu, jaký mají chirurgové na operace, které provádějí přes dírku v břiše, nebo jakými vkládají stenty do ochablých cév infarktovým srdcím.
Operativní zákrok odstraňující rakovinové ložisko  se tímto objevem dost podstatně  mění. To hlavní se již nebude odehrávat na sále, ale v laboratoři, kde genetici budou syntetizovat "agenty na míru". Z chirurgů tak udělají jen osvětlovače strkající ohebné hadice na konci s ledkou. Tam, kde by i to mohlo napáchat škody se světlo bude dát přivést i skleněným vláknem tenčím než vlas. Důležité na stávajících výsledcích také je, že nanobombardování celého organismu, masivní a ne nepodobné tomu kobercovému na Drážďany,  nemělo významné vedlejší účinky. Ono se to tak trochu dalo čekat. Jednak ta desinformační kampaň prosazovaná molekulami RNA, je šitá na míru rakovinovým buňkám na jejich zvrhlé specifické sekvence a navíc v buňkách, které světlem nerušíme z poklidu, zůstávají bomby v endozomech kde je enzymatická drtička postupně rozebere na prvočísla. S trochou nadsázky lze říci, že u zdravých buněk to začíná i končí v jejich „žaludcích“.

Bombardování funguje, jak dokládá velikost nádoru tvořeného buňkami lidské rakoviny prostaty. Bez bomb by se nádor nezmenšoval, ale bujel. (Kredit: X. He, UO, 2015)

Kromě zde zmiňovaných nanobomb, jejichž „roznětky“ fungují na laser, pracují v Ohio State University i na systému, který by nálože odpaloval ultrazvukem. Možná i proto, že ty s práškem z jeleního parohu uvolňují oxid uhličitý a amoniak – plyny vysoce klimaticky oteplovací :) V každém případě profesorovi X. He a jeho kolegům X. Lu, J. Yu, i všem dalším na americkém středozápadu ve městě Columbus v Ohiu, s předstihem do nového roku přejeme: Nechť Vám to kyne stejně dobře, jako letos.     

Prameny

The Ohio State University Comprehensive Cancer Center—Arthur G. James Cancer Hospital Richard J. Solove Research Institute (OSUCCC—James) A Near-Infrared Laser-Activated "Nanobomb" for Breaking the Barriers to MicroRNA Delivery. Adv Mater. 2015 Nov 16. doi: 10.1002/adma.201504263.