Малые дозы рентгеновского излучения не вредят стволовым клеткам человека

Биофизики показали, что после воздействия малых (80 мГр) доз рентгеновского излучения стволовые клетки остаются жизнеспособными, активно делятся и не накапливают повреждений ДНК в следующих поколениях.

2 169

Выбор редакции

Статья опубликована в журнале Aging. Сергей Леонов, директор физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ, руководитель лаборатории разработки инновационных лекарственных средств МФТИ: «Доза излучения 80 мГр является той дозой, которую нередко получает человек при часто применяемых совместно с клеточной терапией процедурах визуализации внутренних структур и процессов организма, таких как компьютерная томография и рентген. Наши исследования помогают делать прогнозы побочных эффектов и рисков для здоровья у людей, проходящих все чаще применяемую клеточную терапию одновременно с диагностическим облучением».

 

На данный момент стремительно и продуктивно развивается направление регенеративной медицины. Основанная на применении стволовых клеток технология направлена на восстановление и обновление поврежденных тканей и органов человека. Стволовые клетки обладают высоким потенциалом к размножению, способностью к самообновлению и дифференциации, то есть превращению в различные типы клеток. Находясь практически во всех органах и тканях взрослого организма, они могут распознавать место повреждения, мигрировать в него, напрямую замещать поврежденные клетки и помогать заживлению. В то же время считается, что активное применение в медицине диагностики, основанной на ионизирующем излучении (компьютерной томографии, маммографии или рентгена), потенциально способствует образованию и накоплению повреждений в стволовых клетках и их последующей передаче клеточным потомкам. Это влечет за собой гибель клеток, их преждевременное старение, а также онкотрансформацию.

 

Рисунок 1: Микрофотография ядра мезенхимальной стволовой клетки человека. Слева направо: ДНК клеточного ядра, окрашенное DAPI (синий); скопления (фокусы ) белка γH2AX (красные точки), маркирующего повреждения ДНК; наложенные микроизображения (merged)

Рисунок 1: Микрофотография ядра мезенхимальной стволовой клетки человека. Слева направо: ДНК клеточного ядра, окрашенное DAPI (синий); скопления (фокусы ) белка γH2AX (красные точки), маркирующего повреждения ДНК; наложенные микроизображения (merged)

 

Принимая во внимание недостаток данных о влиянии малых доз радиации на проявление отдаленных эффектов в стволовых клетках, международная группа ученых, включая Андреяна Осипова из Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна, Сергея Леонова и Анастасию Цветкову из Московского физико-технического института, провела серию экспериментов. В результате было показано, что воздействие малых доз радиации не вызывает  проявлений нестабильности  генома, преждевременного старения и накопления повреждений ДНК в потомстве облученных клеток.


Реакция организма на рентгеновское излучение

 

При обычном рентгеновском обследовании человек получает от 0,001 до 10 мГр (мДж/кг) излучения в зависимости от типа процедуры. Дозы до 100 мГр считаются малыми, выше 1 000 мГр — большими. Изучением последствий воздействия больших доз рентгеновского излучения занимаются давно. Выяснено, что они вызывают зависимое от дозы увеличение количества таких повреждений, как двойные разрывы ДНК, которые затем приводят к гибели клеток, сбоям в работе генов, ответственных за подавление развития опухолей и активации онкогенов. Однако до сих пор вопрос о негативном воздействии малых доз рентгеновского излучения, которые каждый из нас получает при плановых обследованиях, является противоречивым. В настоящее время мировыми регуляторными органами принята так называемая «линейная беспороговая модель», которая подразумевает, что сколь угодно малая доза ионизирующего излучения губительна для живых клеток. Это некорректно и не соответствует действительности, поскольку все мы подвергаемся воздействию естественного радиационного фона, а его полное отсутствие приводит к ухудшению способности клеток устранять повреждения ДНК.

 

Рисунок 2: А) стрелками обозначены делящиеся клетки, помеченные флуоресцентными красителями и имеющие повреждения <span>—</span> двойные разрывы ДНК; Б) зависимость количества делящихся клеток контрольной группы и клеток, облученных дозами в 80 мГр и 1000 мГр в течение 11 поколений.

Рисунок 2: А) стрелками обозначены делящиеся клетки, помеченные флуоресцентными красителями и имеющие повреждения двойные разрывы ДНК; Б) зависимость количества делящихся клеток контрольной группы и клеток, облученных дозами в 80 мГр и 1000 мГр в течение 11 поколений.

 

Критерии оценки воздействия малых доз

 

Интерес к изучению двойных разрывов ДНК обусловлен тем, что среди повреждений ДНК, вызываемых ионизирующим излучением, именно они являются наиболее критичными для дальнейшей судьбы клетки. Репарация или исправление этих повреждений ДНК происходит медленно, в то время как двойные разрывы, не устраненные в ходе этого процесса, приводят к серьезным цитогенетическим нарушениям, инактивации подавляющих опухоли генов или активации онкогенов и гибели клеток. Долгое время не существовало метода для оценки образования двунитевых разрывов ДНК после воздействия малых доз радиации. Классические способы давали возможность увидеть последствия только больших доз. Благодаря развитию иммуноцитохимии у биофизиков появился инструментарий, позволяющий не только подсчитать количество двойных разрывов ДНК, образовавшихся после воздействия малых доз радиации, но и распознать механизм их распределения в клеточном ядре и восстановления. Скопления белков, участвующих в исправлении ДНК, после «окрашивания» с помощью помеченных флуоресцентными красителями антител под микроскопом можно увидеть в виде ярко светящихся точек, которые получили название фокусов. Например, одним из таких белков, маркирующих повреждения ДНК, является модифицированный гистоновый белок уН2АХ.

 

Судьба потомства

 

Стоит отметить, что в клетке существует два основных пути устранения двойных разрывов. Один из них, гомологическая рекомбинация, — медленный, но корректный путь, который позволяет безошибочно восстановить утраченную информацию в цепи поврежденной ДНК. Другой путь, негомологичное соединение концов, приводит к утрате генетической информации и, как следствие, возникновению ошибок и мутаций. В то же время по быстрому, но не точному пути устраняются 8 из 10 разрывов, образующихся в облученной клетке.

 

Ученые установили, что стволовые клетки спустя 24 часа после облучения в дозе 80 мГр имеют большее количество фокусов уН2АХ, чем клетки, облученные большой дозой — 1 000 мГр. Однако такое повышенное содержание фокусов уН2АХ наблюдалось только в делящихся клетках и отсутствовало в покоящихся (см. Рис.2). Известно, что двойные разрывы ДНК могут образовываться в норме в процессе клеточного деления. Такие разрывы устраняются путем корректного способа гомологической рекомбинации. В то же время, если проследить за дальнейшей судьбой облученных клеток на протяжении 11 поколений, то становится очевидным, что потомки клеток, облученных в дозе 80 мГр, не отличаются от потомков необлученных клеток. Более того, в потомстве клеток, облученных малой дозой радиации, не наблюдалось проявлений нестабильности генома, изменений в процессах деления и преждевременного старения. (см. Рис.2 и Рис.3)

 

Малые дозы рентгеновского излучения не вредят стволовым клеткам человека Рисунок 3: А) стрелками отмечены стареющие клетки, помеченные красителями (синим цитоплазма, белым клеточные ядра); Б) количество состарившихся клеток контрольной группы и клеток, облученных дозами в 80 мГр и 1000 мГр в течение 11 поколений.

 

Андреян Осипов, профессор РАН, заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины ФМБЦ им. А. И. Бурназяна : «Проведенные исследования свидетельствуют о том, что наличие через 24 часа после воздействия рентгеновского излучения в дозе 80 мГр в культивируемых стволовых клетках человека фокусов γH2AХ связано с процессами клеточного деления и не приводят к отдаленным последствиям облучения, связанным со старением. Это очень важный вывод, поскольку фокусы γH2AХ в настоящее время активно используются для биодозиметрии радиационных воздействий. Непонимание биологической значимости остаточных фокусов может привести к существенной переоценке доз и риска облучения в малых дозах».

 

Физтех
60Статей
Московский физико-технический институт (МФТИ). Блог о последних научных открытиях ученых МФТИ и других российских вузов и исследовательских центров в различных областях науки, от астрофизики до генной инженерии.
2 169

Комментарии
Аватар пользователя Mosser
Вчера
Что формула стала ступенчатой что ли, как понять...
Аватар пользователя Anonymous
Вчера
О черных дырах:
Читая научную литературу о...
Аватар пользователя Владимир Дзювин
19 янв
Почему ничего не написано об основном способе...

Колумнисты

Физтех
60Статей
Discovery Channel
20Статей
Сколтех
15Статей
СО РАН
5Статей
Комментарии

Быстрый вход

или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку