РАДИАЦИЯ И РИСК
Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра
c 1992 года
О журнале : 2017 : Том 26, №3 : Радиосенсибилизирующее действие мезенхимальных стволовых клеток человека при локальном воздействии gamma-излучения на саркому М-1 крыс

Радиосенсибилизирующее действие мезенхимальных стволовых клеток человека при локальном воздействии gamma-излучения на саркому М-1 крыс

DOI: 10.21870/0131-3878-2017-26-3-100-115

Севанькаева Л.Е., Южаков В.В., Коноплянников А.Г., Романко Ю.С., Бандурко Л.Н., Фомина Н.К., Ингель И.Э., Коноплянников М.А.1, Яковлева Н.Д., Цыганова М.Г.

«Радиация и риск». 2017. Том 26. № 3, с.100-115

Сведения об авторах

Севанькаева Л.Е. – ст. научн. сотр. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Южаков В.В. – зав. лаб., к.м.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: +7 (903) 635 79 71; e-mail:  Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. . Коноплянников А.Г. – зав. отд., д.б.н., проф. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Романко Ю.С. – зав. отд., д.м.н., проф. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Бандурко Л.Н. – вед. научн. сотр., к.м.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Фомина Н.К. – ст. научн. сотр., к.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Ингель И.Э. – ст. научн. сотр., к.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Яковлева Н.Д. – вед. научн. сотр., к.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск. Цыганова М.Г. – научн. сотр. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Коноплянников М.А.1 – зав. лаб., к.б.н. Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий ФМБА России, Москва.

Аннотация

В доступной литературе практически отсутствуют сведения о влиянии мезенхимальных стволовых клеток (МСК) на злокачественные новообразования в условиях радиотерапии. Целью настоящей работы являлось изучение действия системной трансплантации МСК человека и последующего однократного облучения саркомы М-1 крыс γ-квантами 60Co в дозе 30 Гр на выживаемость животных, рост и морфологию опухолей. Методы исследования реакции опухолей на введение МСК и облучение включали иммуноокрашивание на PCNA, CD31 и пимонидазол, а также компьютерный анализ микроскопических изображений. Полученные результаты показали, что после введения МСК в зонах роста саркомы М-1 активировался ангиогенез, в паренхиме новообразований повышалось содержание пролиферирующих опухолевых клеток, а доля гипоксических клеток снижалась более чем в 2 раза. Согласно количественным показателям на фоне введения МСК был зарегистрирован более выраженный эффект лучевой инактивации опухолевых клеток. При этом в пострадиационном периоде коэффициент роста облучённых опухолей снизился в 1,8 раза, а кумулятивная выживаемость опухоленосителей увеличилась на 31% относительно группы особей, опухоли которых подвергались воздействию только γ-излучения. Проведённые исследования позволили впервые зарегистрировать радиосенсибилизирующее действие превентивного введения МСК при экспериментальной лучевой терапии перевиваемой соединительнотканной опухоли. Есть основание полагать, что усиление радиочувствительности саркомы М-1 обусловлено уменьшением фракции наиболее резистентных гипоксических клеток в области радиационного воздействия на опухоли.

Ключевые слова
Мезенхимальные стволовые клетки, gamma;-излучение, саркома М-1, гипоксия, радиосенсибилизация, ангиогенез, иммуногистохимия, PCNA, CD31, пимонидазол.

Список цитируемой литературы

1. Baskar R., Lee K.A., Yeo R., Yeoh K.W. Cancer and radiation therapy: current advances and future directions //Int. J. Med. Sci. 2012. V. 9, No. 3. P. 193-199.

2. Maier P., Hartmann L., Wenz F., Herskind C. Cellular pathways in response to ionizing radiation and their targetability for tumor radiosensitization //Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17, No. 1. pii: E102. doi: 10.3390/ijms17010102.

3. Kim B.M., Hong Y., Lee S., Liu P., Lim J.H., Lee Y.H., Lee T.H., Chang K.T., Hong Y. Therapeutic implications for overcoming radiation resistance in cancer therapy //Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16, No. 11. P. 26880-26913.

4. Hong B.J., Kim J., Jeong H., Bok S., Kim Y.E., Ahn G.O. Tumor hypoxia and reoxygenation: the yin and yang for radiotherapy //Radiat. Oncol. J. 2016. V. 34, No. 4. P. 239-249.

5. Horsman M.R., Overgaard J. The impact of hypoxia and its modification of the outcome of radiotherapy //J. Radiat. Res. 2016. V. 57, Suppl. 1. P. i90-i98.

6. Horsman M.R., Vaupel P. Pathophysiological basis for the formation of the tumor microenvironment //Front. Oncol. 2016. V. 6. P. 1-11.

7. Wigerup C., Påhlman S., Bexell D. Therapeutic targeting of hypoxia and hypoxia-inducible factors in cancer //Pharmac. Ther. 2016. V. 164. P. 152-169.

8. Son B., Lee S., Youn H., Kim E., Kim W., Youn B. The role of tumor microenvironment in therapeutic resistance //Oncotarget. 2017. V. 8, No. 3. P. 3933-3945.

9. Harada H. How can we overcome tumor hypoxia in radiation therapy? //J. Radiat. Res. 2011. V. 52, No. 5. P. 545-556.

10. Phillips R.M. Targeting the hypoxic fraction of tumours using hypoxia-activated prodrugs //Cancer Chemother. Pharmacol. 2016. V. 77, No. 3. P. 441-457.

11. Shinohara E.T., Maity A. Increasing sensitivity to radiotherapy and chemotherapy by using novel biological agents that alter the tumor microenvironment //Curr. Mol. Med. 2009. V. 9, No. 9. P. 1034-1045.

12. Suzuki K., Sun R., Origuchi M., Kanehira M., Takahata T., Itoh J., Umezawa A., Kijima H., Fukuda S., Saijo Y. Mesenchymal stromal cells promote tumor growth through the enhancement of neovascularization //Mol. Med. 2011. V. 17, No. 7-8. P. 579-587.

13. Южаков В.В., Севанькаева Л.Е., Коноплянников А.Г., Бандурко Л.Н., Коноплянников М.А., Ингель И.Э., Фомина Н.К., Цыганова М.Г., Кальсина С.Ш. Морфофункциональное изучение действия мезенхимальных стволовых клеток на саркому М-1 //Молекулярная медицина. 2015. № 1. С. 39-45.

14. Farias V. de A., O'Valle F., Lerma B.A., Ruiz de Almodóvar C., López-Peñalver J.J., Nieto A., Santos A., Fernández B.I., Guerra-Librero A., Ruiz-Ruiz M.C., Guirado D., Schmidt T., Oliver F.J., Ruiz de Almodóvar J.M. Human mesenchymal stem cells enhance the systemic effects of radiotherapy //Oncotarget. 2015. V. 6, No. 31. P. 31164-31180.

15. Южаков В.В., Севанькаева Л.Е., Ульяненко С.Е., Яковлева Н.Д., Кузнецова М.Н., Цыганова М.Г., Фомина Н.К., Ингель И.Э., Лычагин А.А. Эффективность фракционированного воздействия γ-излучения и быстрых нейтронов на саркому М-1 //Радиационная биология. Радиоэкология. 2013. Т. 53, № 3. С. 67-279.

16. Цыб А.Ф., Коноплянников А.Г., Колесникова А.И., Павлов В.В. Получение и использование в медицине клеточных культур из мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека //Вестник РАМН. 2004. Т. 59, № 9. С. 71-76.

17. Южаков В.В., Бурмистрова Н.В., Фомина Н.К., Бандурко Л.Н., Севанькаева Л.Е., Старовойтова А.В., Яковлева Н.Д., Цыганова М.Г., Ингель И.Э., Островерхов П.В., Каплан М.А., Грин М.А., Мажуга А.Г., Миронов А.Ф., Галкин В.Н., Романко Ю.С. Морфофункциональные характеристики сар-комы М-1 крыс после фотодинамической терапии с производным бактериохлорофилла а //Biomedical Photonics. 2016. Т. 5, № 4. С. 4-14.

18. Harris A.L. Hypoxia – a key regulatory factor in tumour growth //Nat. Rev. Cancer. 2002. V. 2, No. 1. P. 38-47.

19. Ogawa K., Boucher Y., Kashiwagi S., Fukumura D., Chen D., Gerweck L.E. Influence of tumor cell and stroma sensitivity on tumor response to radiation //Cancer Res. 2007. V. 67. P. 4016-4021.

20. Ahn G., Brown J.M. Influence of bone marrow-derived hematopoietic cells on the tumor response to radiotherapy //Cell Cycle. 2009. V. 8, No. 7. P. 970-976.

21. Lazennec G., Jorgensen C. Concise review: adult multipotent stromal cells and cancer: risk or benefit? //Stem Cells. 2008. V. 26, No. 6. P. 1387-1394.

22. Reagan M.R, Kaplan D.L. Concise review: mesenchymal stem cell tumor-homing: detection methods in disease model systems //Stem Cells. 2011. V. 29, No. 6. P. 920-927.

23. Spaeth E.L., Dembinski J.L., Sasser A.K., Watson K., Klopp A., Hall B., Andreeff M., Marini F. Mesenchymal stem cell transition to tumor-associated fibroblasts contributes to fibrovascular network expansion and tumor progression //PLoS ONE. 2009. V. 4, No. 4. P. e4992. doi: 10.1371/journal.pone.0004992.

24. Roorda B.D., ter Elst A., Kamps W.A., de Bont E.S. Bone marrow-derived cells and tumor growth: Contribution of bone marrow-derived cells to tumor micro-environments with special focus on mesenchymal stem cells //Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2009. V. 69, No. 3. P. 187-198.

25. Khakoo A.Y., Pati S., Anderson S.A., Reid W., Elshal M.F., Rovira I.I., Nguyen A.T., Malide D., Combs C.A., Hall G., Zhang J., Raffeld M., Rogers T.B., Stetler-Stevenson W., Frank J.A., Reitz M., Finkel T. Human mesenchymal stem cells exert potent antitumorigenic effects in a model of Kaposi’s sarcoma //J. Exp. Med. 2006, V. 203, No. 5. P. 1235-1247.

26. Lu Y.R., Yuan Y., Wang X.J., Wei L.L., Chen .N., Cong C., Li S.F., Long D., Tan W.D., Mao Y.Q., Zhang J., Li Y.P., Cheng J.Q. The growth inhibitory effect of mesenchymal stem cells on tumor cells in vitro and in vivo //Cancer Biol. Ther. 2008. V. 7, No. 2. P. 245-251.

27.Ganta C., Chiyo D., Ayuzawa R., Rachakatla R., Pyle M., Andrews G., Weiss M., Tamura M., Troyer D. Rat umbilical cord stem cells completely abolish rat mammary carcinomas with no evidence of metastasis or recurrence 100 days post-tumor cell inoculation //Cancer Res. 2009. V. 69, No. 5. P. 1815-1820.

28. Nicolay N.H., Lopez-Perez R., Saffrich R., Huber P.E. Radio-resistant mesenchymal stem cells: mechanisms of resistance and potential implications for the clinic //Oncotarget. 2015. V. 6, No. 23. P. 19366-19380.

Полная версия статьи