Биофизики установили, что при воздействии малых доз рентгеновского излучения порядка 80 мГр стволовые клетки сохраняют жизнеспособность, продолжают активно делиться и не демонстрируют накопления повреждений ДНК в последующих поколениях. Работа опубликована в журнале Aging.
Речь идет о диапазоне доз, который нередко получают пациенты при диагностических процедурах, связанных с визуализацией внутренних структур организма, включая компьютерную томографию и рентген. Директор физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ, руководитель лаборатории разработки инновационных лекарственных средств МФТИ Сергей Леонов отметил, что такие данные важны для оценки рисков при сочетании клеточной терапии и диагностического облучения.
По словам Сергея Леонова, доза 80 мГр близка к уровням, которые могут накапливаться при ряде медицинских исследований. Понимание реакции стволовых клеток на такие воздействия позволяет точнее прогнозировать возможные побочные эффекты у пациентов, проходящих современные методы клеточной терапии вместе с диагностикой на основе ионизирующего излучения.
Сейчас направление регенеративной медицины развивается быстрыми темпами. Технологии, основанные на применении стволовых клеток, направлены на восстановление поврежденных тканей и органов. Эти клетки обладают способностью к самообновлению, активному размножению и дифференцировке, то есть превращению в разные типы клеток. Они присутствуют в большинстве тканей взрослого организма, способны мигрировать к месту повреждения, участвовать в его восстановлении и замещать утраченные клетки.
При этом широко используемые методы диагностики — компьютерная томография, маммография, рентген — связаны с воздействием ионизирующего излучения. Существует предположение, что такие процедуры могут приводить к повреждениям в стволовых клетках и их последующему накоплению в клеточных поколениях. Это, в свою очередь, рассматривается как фактор риска гибели клеток, преждевременного старения и возможной онкотрансформации.
На фоне недостатка данных о последствиях малых доз радиации международная группа исследователей, включая Андреяна Осипова из Федерального медицинского биофизического центра имени А. И. Бурназяна, а также Сергея Леонова и Анастасию Цветкову из Московского физико-технического института, провела серию экспериментов. Результаты показали отсутствие признаков геномной нестабильности, ускоренного старения и накопления повреждений ДНК в потомстве облученных клеток при малых дозах воздействия.
Оценка влияния рентгеновского излучения на организм
При стандартных рентгенологических процедурах человек получает дозы в диапазоне от 0,001 до 10 мГр в зависимости от вида исследования. Уровни до 100 мГр относят к малым дозам, свыше 1000 мГр — к высоким. Влияние больших доз изучено значительно глубже: установлено, что они вызывают дозозависимое увеличение двойных разрывов ДНК, что приводит к гибели клеток, сбоям в работе генов и активации онкогенных процессов.
В то же время влияние малых доз остается предметом дискуссий. В регуляторной практике используется линейная беспороговая модель, предполагающая вредность даже минимального облучения. Однако такая интерпретация вызывает споры, поскольку организм постоянно существует в условиях естественного радиационного фона, а его полное отсутствие способно ухудшать механизмы восстановления ДНК.
Ключевые механизмы повреждений ДНК
Особое внимание в радиобиологии уделяется двойным разрывам ДНК, поскольку именно они считаются наиболее опасными для клетки. Их восстановление происходит медленно, а ошибки репарации могут приводить к генетическим сбоям, инактивации защитных генов и активации онкогенов. В ряде случаев это заканчивается гибелью клетки.
Долгое время анализ последствий малых доз был затруднен отсутствием чувствительных методов. Классические подходы позволяли фиксировать эффекты только при высоких уровнях облучения. С развитием иммуноцитохимических технологий стало возможным выявлять отдельные повреждения ДНК и отслеживать их динамику. Повреждения визуализируются через накопление белков репарации, включая модифицированный гистон уН2АХ, который формирует светящиеся «фокусы» в ядре клетки.
Такой метод позволяет не только подсчитывать количество разрывов, но и изучать их распределение и восстановление. Эти данные стали ключевыми для анализа реакции клеток на низкие дозы радиации.
Механизмы восстановления и судьба клеточного потомства
В клетках выделяют два основных пути репарации двойных разрывов ДНК. Первый — гомологическая рекомбинация — отличается высокой точностью, но требует больше времени и сохраняет генетическую информацию без ошибок. Второй — негомологичное соединение концов — работает быстрее, но сопровождается потерями фрагментов ДНК и потенциальными мутациями. Большая часть повреждений в облученных клетках устраняется именно вторым, менее точным путем.
В экспериментах установлено, что через 24 часа после воздействия дозы 80 мГр стволовые клетки демонстрируют повышенное количество фокусов уН2АХ по сравнению с клетками, получившими 1000 мГр. При этом эффект наблюдался только в делящихся клетках и отсутствовал в состоянии покоя, что связано с естественным образованием разрывов ДНК в процессе деления и их корректной репарацией.
Наблюдение за клеточными линиями на протяжении 11 поколений показало, что потомки клеток, облученных дозой 80 мГр, не отличаются от необлученных по параметрам деления и стабильности генома. Признаки ускоренного старения и геномной нестабильности в этих линиях не выявлены.
Андреян Осипов, профессор РАН, заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, отметил, что наличие фокусов γH2AХ через 24 часа после облучения связано с процессами деления клеток и не отражает отдаленных последствий воздействия. Он подчеркнул, что эти структуры активно используются в биодозиметрии, и их некорректная интерпретация может приводить к завышенной оценке рисков малых доз радиации.
Информация приведена по материалам портала «Научная Россия» (scientificrussia.ru).
