Изучение биологического действия низкоинтенсивного плотноионизирующего излучения на мышах и их потомках

Актуальность проблемы. Исследование эффектов низкодозовой радиации имеет не только фундаментальное, но и практическое значение, поскольку знания о механизмах радиационного воздействия, на живые объекты проливают свет на общие биологические процессы и позволяют оценить и предсказать последствия облучения* для здоровья человека. В радиационной биологии накоплено большое количество данных о механизмах и закономерностях действия высоких доз ионизирующей радиации на живые объекты. До настоящего времени оценка риска радиационно-индуцируемых генетических повреждений и раковых заболеваний основывается на анализе кривых дозаэффект и предполагает обратную экстраполяцию данных от больших доз к малым. В связи с этим, накопленные знания оказались не способны объяснить такие обнаруженные в последние два десятилетия особенности действия малых доз радиации, как гиперчувствительность, адаптивный ответ, генетическая нестабильность и эффект свидетеля.

Феномен радиационно-индуцируемого адаптивного ответа' (РАО), который вызывает значительный интерессреди специалистов, занимающихся проблемами, радиобиологии, радиотерапии опухолей и-экологии, заключается в индукции радиоустойчивости при предварительном облучении объекта в малой адаптирующей дозе перед большой выявляющей дозой (Samson and Cairns, 1977; Shadely and Wolff, 1987; Zhang, 1995; Спитковский, 1992; Серебряный и др., 2008; Засухина, 2008; Пелевина и др., 2009; Москалёв и др., 2009). Существование АО в настоящее время не вызывает сомнений. Сравнительное исследование коэффициентов защиты человеческих клеток в ответ на различные антимутагены и при индукции АО показало, что последний обеспечивает самый высокий уровень защиты (Засухина, 2005). В связи с этим, этот феномен стал рассматриваться как наиболее эффективная форма биологической защиты клеток от мутагенного действия окислительного стресса, индуцируемого не только ионизирующим излучением и химическими агентами, но также рядом соматических болезней. В работах Заичкиной с соавт. (1999) было показано, что острое у — облучение мышей в дозах 10 и 20 сГр индуцирует РАО, переводя, организм в состояние повышеннойстабильности генома, которое сохраняется на протяжении практически всей жизни животного1.

Было также обнаружено, что генетические эффекты^ действия" малых доз радиации не ограничиваются повреждениями, проявляющимися непосредственно после соответствующих воздействий. Оказалось, что повреждения, генома, объединяемые понятием «радиационно-индуцированная нестабильность генома» (РИНГ), могут возникать de novo в достаточно отдаленных поколениях выживших клеток (Sabatier, Dutrillaux and Martins, 1992; Seymour and Moth-ersill, 1992; Morgan et al., 1996; Little, 2000; Nomura, 2003). Эти открытия активизировали исследования закономерностей и механизмов формированиянестабильности генома в целом" организме человека и животных. Тем не менее, к настоящему времени мы располагаем достаточно скудными данными, об этом явлении у потомков, чьи родители подверглись облучению в малых дозах редкои плотноионизирующей радиации (Dubrova et al., 1998; Пелевина и др., 1998; Ахматуллина, 2005).

Кроме того, исследование эффектов различных адаптогенов" с помощью анализа хромосомных нарушений или микроядерного теста имеет большое значение в развитии новой стратегии радиотерапии рака, поскольку недавно была выдвинута гипотеза, что рак, вероятнее, возникает в результате изменений в числе и структуре хромосом, чем в результате генных мутаций. Вопрос о связи адаптации с канцерогенезом стал предметом широкой научной дискуссии (La Torre F. et al., 1998; Gisselsson, 2001).

В последние годы в связи с активным освоением дальнего космоса, увеличением дальности и высоты авиаперелетов, развитием космического туризма, поиском и применением новых источников радиотерапии опухолей особый интерес исследователей связан с изучением биологических эффектов малых доз плотноионизирующей радиации. Во время космических и высотных авпаполетов экипаж подвергается воздействию космической радиации — сложному, неравномерному в* пространстве и времени воздействию различных видов излучений с разными значениями линейной потери энергии (ЛПЭ). В связи с необходимостью решения проблемы по обеспечению радиационной безопасности пилотируемых космических полетов, исследования биологических эффектов излучений, моделирующих радиационные поля в космосе, приобретают особую актуальность. Поскольку в настоящий момент основные данные получены при исследовании космонавтов после космических полетов (Pross et al., 2000; Wu et al., 2001; Pelevina et al., 2006), специфический характер облучения, которому подвергается экипаж, особенно остро выдвинул проблему моделирования космических полей на Земле. Единственной возможностью проведения подобных масштабных биологические экспериментов на животных являются условия высокоэнергетических ускорителей. задачи исследования.

Цель работы заключалась в изучении биологического действия малых доз низкоинтенсивного плотноионизирующего излучения (НПИ) на мышах и их потомках.

В соответствии с целью были поставлены основные задачи:

1) Изучить зависимость количества цитогенетических повреждений в клетках костного мозга мышей ш vivo от дозы и мощности дозы НПИ, а также оценить их радиочувствительность при последующем рентгеновском облучении в дозе 1.5 Гр.

2) Выявить возможность индукции РАО в клетках костного мозга и тимуса мышей, предоблученных НПИ, в зависимости от величины и мощности дозы, а также при комбинированной обработке животных НПИ и адьювантами.

3) Выявить влияние НПИ в зависимости от дозы и его комбинированного действия с адьювантами на скорость роста карциномы Эрлиха у мышей.

4) Установить возможность трансгенерационной передачи генетических повреждений первому (F?) и второму (F2) поколениям облученных НПИ самцов в зависимости от дозы и мощности облучения, обработки адьювантами и стадии сперматогенеза, на которой производилось спаривание, с помощью теста «адаптивный ответ» в клетках костного мозга и тимуса, а также скорости роста карциномы Эрлиха.

Научная новизна полученных результатов.

1) Впервые установлено увеличение количества цитогенетических повреждений в клетках костного мозга мышей при* действии малых доз НПИ в радиационном поле Серпуховского ускорителя, моделирующего условия авиационных полетов;

2) Впервые показаны отсутствие индукции РАО в клетках костного мозга и тимуса мышей, предварительно облученных малыми дозами НИИ как при обработке адьювантами (дибазол и хлористый кальций), так и в их отсутствии, и возможность индукции РАО у их потомков в р! и Р2 поколениях;

3) Впервые обнаружена возможность трансгенерационной передачи генетических повреждений* потомству самцов, облученных НПИ как при воздействии адьювантов, так и в их отсутствии с помощью теста «адаптивный ответ» в клетках костного мозга и тимуса и<�по скорости роста опухоли.

Научно-практическое значение работы: Представленная работа впервые характеризует биологическое действие сложного по составу и энергиям излучения радиационного поля в диапазоне доз 0.1−31*10″ 2 Гр, моделирующего радиационное поле авиационных полетов на высоте 10 км в атмосфере. Полученные знания могут быть использованы для индивидуальных прогнозов радиационно-индуцированных эффектов при оценке риска долговременных высотных и космических полетов, при работе персонала на высокоэнергетических ускорителях, а также при разработке теоретических основ адаптационной медицины. Выявленная возможность модификации РАО в клетках костного мозга и тимуса у облученных индивидуумов и их потомков, а также влияние комбинированной обработки малыми дозами НПИ и адьювантами на скорость роста карциномы Эрлиха, могут быть важными факторамипрофессионального отбора персонала и основой для пересмотра существующих оценок радиационного риска и радиационно-гигиенического нормирования. Полученные в данной работе результаты существенно расширяют современные представления о закономерностях формирования биологических эффектов малых доз хронического' облучения НПИ, свидетельствуют о передаче потомству радиационно-индуцированной нестабильности генома от самцов, облученных малыми дозами НПИ, что важно для понимания пусковых событий, приводящих к индукции нестабильности генома, ее трансмиссии от поколения к поколению, а также возможностей защиты потомства от отдаленных эффектов малых доз радиации.