Адрес e-mail:

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. Статья опубликована в журнале Aging.


Сергей Леонов, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ, руководитель лаборатории разработки инновационных лекарственных средств МФТИ, комментирует: «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 всё 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 повреждённых 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 повреждённые 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 влечёт за собой гибель клеток, их преждевременное старение, а также онкотрансформацию.


Принимая во внимание недостаток данных о влиянии малых доз радиации на проявление отдалённых эффектов в стволовых клетках, международная группа учёных, включая Андреяна Осипова из Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна и 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 облучённых 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.


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 устранённые в ходе этого процесса, приводят к серьёзным 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 посчитать 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 меченных 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.


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



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 повреждённой 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 облучённой клетке.


Учёные установили, что стволовые клетки спустя 24 часа после облучения в дозе 80 мГр имеют большее количество фокусов уН2АХ, чем клетки облучённые 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 путём корректного способа гомологической рекомбинации. В то же время, если проследить за дальнейшей судьбой облучённых клеток на протяжении 11 поколений, то становится очевидным, что потомки клеток, облучённых в дозе 80 мГр, не отличаются от потомков необлучённых клеток. Более того, в потомстве клеток, облучённых малой дозой радиации, не наблюдалось проявлений нестабильности генома, изменений в процессах деления и преждевременного старения (см. рис. 2 и рис. 3).


Андреян Осипов, профессор РАН, заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, поясняет: «Проведённые 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 приводит к отдалённым 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».

Рис. 2. А) Стрелками обозначены делящиеся клетки, меченные флуоресцентными красителями и имеющие повреждения — двойные разрывы ДНК; Б) зависимость количества делящихся клеток контрольной группы и клеток, облучённых дозами в 80 мГр и 1 000 мГр в течение 11 поколений



Рис. 3. А) Стрелками отмечены стареющие клетки, меченные красителями (синим — цитоплазма, белым — клеточные ядра); Б) количество состарившихся клеток контрольной группы и клеток, облучённых дозами в 80 мГр и 1 000 мГр в течение 11 поколений


Исследования были частично поддержаны грантом Российского фонда фундаментальных исследований и проведены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.


Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li soc-yt
Яндекс.Метрика