Возможность индукции адаптивного ответа различными видами радиации в клетках костного мозга мышей in vivo

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Возможность индукции адаптивного ответа различными видами радиации в клетках костного мозга мышей in vivo

С.И. Заичкина

ВВЕДЕНИЕ

В 60-е гг. прошлого века Акоевым И.Г. с соавтор. было показано повышение выживаемости мышей, предварительно облученных малыми дозами [1]. В восьмидесятые годы прошлого века радиобиологами было обнаружено явление радиационного адаптивного ответа (РАО), проявляющегося в уменьшении последствий повреждающего действия высоких доз радиации после предварительного облучения клеток малыми дозами в пределах 1-20 сГр. Впервые термин “радиационный адаптивный ответ” был введен в научный лексикон Olivieri с соавторами [2], обнаружившими эффект понижения уровня хромосомных делеций, индуцируемых острым рентгеновским облучением в культуре лимфоцитов человека, предварительно облученных малой дозой ионизирующей радиации. С тех пор наличие РАО было установлено также в лимфоцитах кролика [3], в растениях [4], в клетках костного мозга мышей и крыс [5-7], в фибробластах китайского хомячка [8] и других объектах in vitro. Не так давно было обнаружено, что РАО проявляется в нормальных клеточных линиях и не выявляется в злокачественных клетках [9,10]. Данных по изучению РАО при облучении животных in vivo немного, и они противоречивы [11]. В большинстве этих исследований РАО изучали в короткие сроки после адаптирующего воздействия. Нами впервые был обнаружен эффект длительного, сравнимого со сроком жизни животного, сохранения РАО, индуцированного дозами 10 и 20 сГр острого -облучения, в клетках костного мозга мышей по критерию хромосомных аберраций [7, 12]. Было также обнаружено, что однократное облучение в дозах 10 и 20 сГр предотвращает возрастное накопление спонтанных цитогенетических повреждений у животных, которое является характерным признаком старения [13]. Аналогичные данные получены по снижению частоты спонтанной неопластической трансформации клеток С3Н10Т1/2 после облучения в дозе 10 сГр [14], а также было показано, что повышенная концентрация радона в помещениях уменьшает риск заболевания раком легких (15).

Многочисленные исследования явления РАО выявили, что проявление этого феномена в значительной степени зависит от выбора оптимальных условий проведения эксперимента: величины и мощности адаптирующей дозы облучения, времени между адаптирующей и выявляющей дозами, объекта исследования. В основном, данные об индукции РАО получены при использовании в качестве адаптирующего воздействия малых доз редкоионизирующего излучения. В последнее время большой интерес вызывают исследования биологических эффектов малых доз плотноионизирующих излучений, генерируемых на высокоэнергетических ускорителях, и встречающихся в условиях космических полетов.

В 90-х гг. при исследовании механизмов действия малых доз ионизирующего излучения, вызывающих стимуляцию ряда ведущих жизненных процессов, было обнаружено новое явление - индукция в -облученном организме вторичного биогенного излучения (ВБИ) [16, 17]. Как известно, -облучение растительных и животных тканей в малых дозах наряду с небольшой ионизацией макромолекул, вызывает в несколько раз большее возбуждение биополимеров (белков, нуклеиновых кислот), находящихся в живых тканях в конденсированном состоянии. В этом состоянии биополимеры способны накапливать энергию возбуждения, образуя поляритоны [18], теряющие в течение нескольких часов полученную энергию путем вторичного когерентного малоинтенсивного излучения с длиной волны большей, чем излучение, вызвавшее их образование [19]. Было показано, что это вторичное излучение живых тканей после их -облучения способно ускорять прорастание и развитие семян, распускание и рост цветущей плети, древесных почек, находящихся в глубоком зимнем покое, возвращение к жизни старых (7 лет хранения) семян, не прорастающих в благоприятных условиях без такого облучения [20].

В связи с этим целью настоящего исследования являлось изучение возможности индукции радиационного адаптивного ответа различными типами облучения, такими как вторичное биогенное излучение, поток пи-мезонов и вторичное излучение от протонов с энергией 70 ГэВ, генерируемые на Серпуховском ускорителе заряженных частиц, в клетках костного мозга мышей при облучении in vivo.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве источника ВБИ были взяты семена овса (всхожесть 99%), -облученные от источника 60Со на установке ГУБЭ в дозе 10 Гр при мощности дозы 1.8 Гр/мин. Сразу после облучения они засыпались в плексигласовую клетку для мышей (20х10 см) в количестве достаточном для покрытия всего дна клетки зерном слоем 2 см. В каждую клетку помещали по 10 мышей линии BF 2-месячного возраста, массой 18-20 г. Мыши находились в постоянном соприкосновении с облученными семенами и, следовательно, непрерывно подвергались непрерывному действию ВБИ. В течение суток мыши питались только этим зерном, затем зерно заменялось свежей порцией облученных семян. Через неделю такого непрерывного облучения ВБИ часть мышей облучалась выявляющей дозой (ВД) 1.5 Гр при мощности дозы 1 Гр/мин. В качестве контроля служили мыши, помещенные в те же условия, только с необлученными семенами, сменяемые через сутки.

Плотноионизирующим излучением в наших экспериментах являлось поток пи-мезонов и вторичное излучение от протонов с энергией 70 ГэВ (ВИП), генерируемые на Серпуховском ускорителе заряженных частиц в г. Протвино. ВИП состоит из частиц разных сортов: протонов, нейтронов, пионов, мезонов, обладающих максимумом энергии 70 ГэВ. Спектр ВИП в значительной степени соответствует спектру частиц космического излучения, что позволяет в наземных условиях моделировать воздействие космических лучей на биологические объекты [21]. Диапазон ЛПЭ этих частиц составляет 0.2 - 500 КэВ/мкм. Облучение мышей проводилось в биологическом канале ускорителя. Дозиметрия осуществлялась с помощью тканеэквивалентной камеры, стационарно установленной в пучке, и с помощью радиотермолюминесцентных дозиметров ИКС. Погрешность измерений не превышала 10 %.

В этих экспериментах использовались самцы мышей линии SHK 2-х месячного возраста, которые после облучения адаптирующей дозой (АД) 10 сГр ВИП или пи-мезонов через сутки облучались ВД, равной 1.5 Гр, или -лучами от источника 60Со на установке ГУБЭ или в эквивалентной дозе ВИП, равной 0.5 Гр, так как ранее нами было показано, что относительная биологическая эффективность ВИП в этом диапазоне доз равнялась 3 [22].

В качестве положительного контроля одновременно были проведены эксперименты по индукции РАО при -облучении мышей в адаптирующей дозе10 сГр, при мощности дозы 0.125 Гр/мин, и выявляющей - 1,5 Гр, при мощности дозы 1 Гр/мин. Во всех экспериментах через 28 ч после облучения АД или ВД мышей забивали методом цервикальной дислокации.

Процедуру приготовления препаратов костного мозга для подсчета микроядер (МЯ) в полихроматофильных эритроцитах (ПХЭ) проводили по стандартной методике с некоторыми модификациями [23]. Микроядерный метод в отличие от хромосомного анализа позволяет оценить генотоксичность малых доз различных воздействий по всему клеточному циклу и является в настоящее время основной тест-системой при оценке мутагенных факторов окружающей среды. На каждую экспериментальную точку брали не менее 5 животных и подсчитывали примерно 10000 ПХЭ. Варьирование средних значений оценивали по величине стандартной ошибки, а статистическую достоверность различий между группами - по критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждение

В Табл. 1 представлены результаты экспериментов по индукции микроядер в ПХЭ костного мозга мышей, подвергнутых предварительному облучению ВБИ и последующему -облучению в дозе 1.5 Гр. Как видно из данных, при комбинированном воздействии этих типов облучения наблюдается значительное уменьшение количества клеток с микроядрами, то есть наблюдался адаптивный ответ. Относительная величина РАО, которая определялась как отношение выхода ПХЭ с МЯ, полученного в эксперименте, к выходу ПХЭ с МЯ, рассчитанному при аддитивном эффекте, равнялась 0.64, т.е. частота клеток с цитогенетическим повреждением у животных, содержащихся в условиях контакта и кормления облученным овсом и повергнутых последующему острому -облучению, была ниже на 36% по сравнению с животными, облученными только одной дозой 1.5 Гр.

Таблица 1. Частота ПХЭ с МЯ в костном мозге мышей при комбинированном действии вторичных биогенных лучей и -облучения в дозе 1,5 Гр

радиационный ответ облучение доза

При сравнении этих данных с результатами Табл. 2 видно, что величина РАО при действии ВБИ была близка величине РАО, индуцированного при предварительном -облучении мышей АД, равной 10 сГр. Аналогичное снижение повреждения от предварительной обработки малыми дозами различных воздействий наблюдалось в ряде работ. Так, уменьшение повреждения в ПХЭ костного мозга мышей при предварительном хроническом облучении малыми дозами варьировало от 8 до 38% в зависимости от дозы облучения [24]. При хроническом облучении адаптирующими дозами -радиации кроликов in vivo частота хромосомных аберраций уменьшалась на 45% [3]. Таким образом, полученные данные показывают, что предварительное облучение животных ВБИ (внешнее и внутреннее) повышает их резистентность к последующему повреждающему действию -радиации.

Таблица 2. Частота ПХЭ с МЯ в костном мозге мышей, облученных in vivo АД= 10 сГр и ВД=1.5 Гр -радиации

Результаты исследования индукции РАО малыми дозами пи-мезонов и ВИП представлены в табл. 3. Было обнаружено, что облучение как ВИП, так и пи-мезонами в дозе 10 сГр не приводило к индукции РАО через 1 сут при последующем выявляющем облучении в дозе 1.5 Гр -облучения. РАО не наблюдался и в том случае, когда после адаптирующего облучения в дозе 10 сГр ВИП использовалась ВД=50 сГр этого же излучения, более того наблюдалась даже тенденция к аддитивному эффекту.

Поскольку известно, что соотношение двунитевых и однонитевых разрывов ДНК увеличивается с увеличением линейной потери энергии, то на основании этих данных можно предположить, что для индукции РАО существенным является определенное соотношение этих типов повреждения ДНК. Эти результаты дополняют известные данные, полученные на культурах клеток, о неспособности плотноионизирующих излучений индуцировать РАО. Ранее в нашей лаборатории на клетках китайского хомячка было показано, что ВИП индуцирует трудно- и нерепарируемые повреждения ДНК и само ингибирует репарацию ДНК [25]. Это дает основание предположить, что полученные нами данные свидетельствуют о том, что репарация ДНК также играет существенную роль в процессе формирования РАО при облучении мышей in vivo.

Таблица 3. Частота ПХЭ с МЯ в костном мозге мышей, подвергнутых адаптирующему и выявляющему воздействию излучений с разной линейной потерей энергии

Таким образом, при изучении возможности индукции радиационного адаптивного ответа различными типами облучения мышей in vivo было обнаружено, что вторичное биогенное излучение, также как и малые дозы гамма-излучения, индуцирует РАО, в то время как поток пи-мезонов и вторичное излучение от протонов с энергией 70 ГэВ, генерируемые на Серпуховском ускорителе заряженных частиц, не способны индуцировать РАО.

Список литературы

1. Даренская П.Г., Кознова Д.Б., Акоев И.Г., Невская Г.Ф. // Относительная биологическая активность излучений. Фактор времени облучения. М.: Атомиздат, 1968. 376 с.

2. Olivieri G., Bodycote J., Wolff S. // Science. 1984. V. 223. P. 594-597.

3. Liu S.-Z., Cai L., Sun S.Q. // Intern. J. Radiat. Biol. 1992. V. 62(2). P. 187-190.

4. Cortes F., Mateos J.S. // Mutat. Res. 1991. V. 247. P. 147-151.

5. Семенец Т.М., Семина О.В., Саенко А.С. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1993. Т. 33(4). С. 525-528.

6. Farooqi Z. and Kesavan P.C. // Mutat. Res. 1993. V. 302. P.83-89.

7. Балакин В.Е., Заичкина С.И., Клоков Д.Ю. и др. // ДАН. 1998. Т. 363. № 6. С. 843-845.

8. Ibuki I., Goto R. // Biol. And Pharmatheutical Bull. 1994. V. 17(8). P. 1111-1113.

9. Ishii K., Watanable M. // Int. J. Radiat. Biol. 1996. V.69. P.291-299.

10. Park S.H., Lee Y., Jeong K. et all. // Cell Biol. And Toxicol. 1999. V. 15. P.111-119.

11. Wolff S. // In: Sugahara T., Sagan L.A., Aoyama T., eds. Low dose irradiation and biological defense mechanisms. Amsterdam: Excerpta Medica. 1992. P.21-28.

12. Заичкина С.И., Клоков Д.Ю., Розанова О.М. и др. // Генетика. 1999. Т. 35. № 9. С. 1274-1279.

13. Балакин В.Е., Заичкина С.И., Клоков Д.Ю. и др. // ДАН. 2000. Т. 374. № 2. С. 271-273.

14. Azzam E.I., Toledo S.M., Escalza P. et al. // Radiat.Res. 1996. V. 146. P. 369-373.

15. Керим-Маркус И.Б. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1998. Т. 38. С. 672-683.

16. Кузин А.М., Суркенова Г.Н., Ревин А.Ф. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1994 Т. 34. В.6. С.832-837.

17. Кузин А.М., Суркенова Г.Н., Ревин А.Ф. // Биофизика. 1995. Т. 40. В. 6. С. 1358-1359.

18. Li K.H. // In: Recent Advances in Biophoton Research. Ed. F.A. Popp. Singapure: World Sci., 1992. P. 157-195.

19. Popp F.A. // In: Electromagnetic Bio-Information. Munchen, 1989. P. 144-167.

20. Kuzin A.M., Surkenova G.N. // In: Biophotonics. М., 1995. P. 257-265.

21. Akoev J.G., Yurov S.S., Leontyeva G.A. et al. // Life Sciences and Space Research XI. Berlin: Academic-Verlag, 1973. P. 225-228.

22. Антипов Ф.В., Ахмадиева А.Х., Заичкина С.И. и др. // Радиобиология. 1993. Т.33. В. 1. С. 71-75.

23. Schmid W. // Mutat. Res. 1975. V. 31. № 1. P. 9-15.

24. Фоменко Л.А., Кожановская Я.К., Газиев А.И. // Радиобиология. 1991. Т.31. В. 5. С. 709-715.

Размещено на Allbest.ru