Зависимость ОБЭ плотноионизирующего излучения от радиочувствительности и стадии роста клеток

DOI: 10.21870/0131-3878-2020-29-2-57-66

Воробей О.А.1, Петин В.Г.1, Толкаева М.С.1, Филимонова А.Н.2

«Радиация и риск». 2020. Том 29. № 2, с.57-66

Сведения об авторах

Воробей О.А. – мл. научн. сотр. Контакты: 249035, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: +7(484) 39-93297-7008; e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .
Петин В.Г. – гл. научн. сотр., д.б.н., проф.
Толкаева М.C. – инженер. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.
Филимонова А.Н. – лаборант-исследователь. ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

1 МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск
2 ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Москва

Аннотация

В настоящее время анализ закономерностей проявления ОБЭ плотноионизирующих излучений является актуальной проблемой для радиобиологического обоснования активно внедряющейся в практику адронной терапии опухолей человека. Экспериментально изучить зависимость ОБЭ плотноионизирующего излучения от радиочувствительности и стадии роста клеток, подтвердить участие процессов восстановления клеток в формировании ОБЭ альфа-частиц – цель проведённого исследования. В экспериментах использованы гаплоидные и диплоидные дрожжевые клетки Saccharomyces cerevisiae дикого типа и их радиочувствительные мутанты, обладающие различной способностью восстанавливаться от радиационных повреждений, индуцированных редко- и плотноионизирующим излучением. Клетки облучали в стационарной и логарифмической стадиях роста. В результате исследований показано, что для гаплоидных дрожжевых клеток, облучённых гамма-квантами 60Co и альфа-частицами 239Pu в стационарной стадии роста, ОБЭ=2,3 независимо от дозы ионизирующего излучения. Наоборот, на стадии деления клеток ОБЭ повышалась с 1,9 до 6 с увеличением дозы. При облучении диплоидных клеток в стационарной стадии роста ОБЭ=5,4 и практически не зависела от дозы, а на стадии размножения клеток ОБЭ альфа-частиц резко повышалась от 4,5 до 8,7 с уменьшением дозы ионизирующего излучения. Для радиочувствительных мутантов ОБЭ альфа-частиц слабо зависела от плоидности и несколько уменьшалась при облучении делящихся клеток (ОБЭ=1,6) по сравнению с облучением клеток в стационарной стадии роста (ОБЭ=2,2). Полученные результаты согласуются с точкой зрения, что ОБЭ плотноионизирующих излучений определяется не только вероятностью формирования первичных повреждений на физико-химической стадии взаимодействия ионизирующих излучений с клеточными структурами, но и способностью клеток восстанавливаться от сублетальных и потенциально летальных повреждений на биохимическом этапе их реализации. Подчёркивается необходимость принимать во внимание полученную вариабельность значений ОБЭ излучений с высокими ЛПЭ при интерпретации опытов с культивируемыми клетками млекопитающих. Поскольку процессы взаимодействия альфа-частиц с живой материей качественно идентичны взаимодействию протонов, образующихся в тканях при облучении нейтронами, полученные результаты должны учитываться при анализе эффективности противоопухолевой лучевой терапии адронного излучения – нейтронами, протонами и другими тяжёлыми заряженными частицами.

Ключевые слова
относительная биологическая эффективность (ОБЭ), дрожжевые клетки, гамма-кванты, альфа-частицы, плоидность клеток, стадия роста, восстановление клеток, репарация ДНК, радиочувствительные мутанты, линейные потери энергии (ЛПЭ), радиационные повреждения.

Список цитируемой литературы

1. Ярмоненко С.П., Коноплянников А.Г., Вайнсон А.А. Клиническая радиобиология. М.: Медицина, 1992. 320 с.

2. Терапевтическая радиология /Под. ред. А.Ф. Цыба., Ю.С. Мардынского. М.: ООО «МК», 2010. 552 с.

3. Alper T. Cellular Radiobiology. London: Cambridge University Press, 1979. 320 р.

4. Krasavin E.A. Radiobiological research at JINR’s accelerators //Phys.-Usp. 2016. V. 59, N 4. P. 411-418.

5. Ли Д.Е. Действие радиации на живые клетки. М.: Госатомиздат, 1963. 288 с.

6. Петин В.Г. Генетический контроль модификаций радиочувствительности клеток. М.: Энергоатомиздат, 1987. 208 с.

7. Белкина С.В., Петин В.Г., Хрячкова А.В. Влияние предрадиационных условий культивирования бактерий на ОБЭ плотноионизирующих излучений //Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 10 (ч. 4). С. 577-581.

8. Pohlit W.E., Schäfer M. Recovery and repair in yeast cells after irradiation with densely ionizing particles. //Biological Effects of Neutron Irradiation. Vienna: IAEA, 1974. P. 177-184.

9. Петин В.Г. ОБЭ плотноионизирующих излучений и восстановление клеток //Медицинская радиология. 1977. Т. 22, № 10. С. 8-12.

10. Красавин Е.А. Проблемы ОБЭ и репарация ДНК. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с.

11. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Комарова Л.Н. Радиобиологические основы синергических взаимодействий в биосфере. М.: ГЕОС. 2012. 219 с.

12. Luchnik A.N., Glaser V.M., Shestakov S.V. Repair of DNA double-strand breaks requires two homologous DNA duplexes //Mol. Biol. Rep. 1977. V. 3, N 6. P. 437-442.

13. Frankenberg D. Interpretations of the dose and LET dependence of RBE values for lethal lesions in yeast cells //Radiat. Res. 1984. V. 97, N 2. P. 329-340.

14. Saeki T., Machida I., Nakai S. Genetic control of diploid recovery after gamma-irradiation in the yeast Sac-charomyces cerevisiae //Mutat. Res. 1980. V. 73, N 2. P. 251-265.

15. Haynes R.H. The interpretation of microbial inactivation and recovery phenomena //Radiat. Res. 1966. V. Suppl. 6. P. 1-29.

16. Hesslewood I.P. DNA strand breaks in resistant and sensitive murine lymphoma cells detected by the hydroxylapatite chromatographic technique //Int. J. Radiat. Biol. 1978. V. 34, N 2. P. 461-469.

17. Tobias C.A., Blakely E.A., Chang P.Y., Lommel L., Roots R. Response of sensitive human ataxia and resistant T-1 cell lines to accelerated heavy ions //Br. J. Cancer. Suppl. 1984. V. 6. P. 175-185.

18. Frankenberg-Schwager M., Frankenberg D., Harbich R. Repair of DNA double-strand breaks as a determinant of RBE of alpha particles //Br. J. Cancer. Suppl. 1984. V. 6. P. 169-173.

19. Weichselbaum R.R. Radioresistant and repair proficient cells may determine radiocurability in human tumors //Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1986. V. 12, N 4. P. 637-639.

20. Martin N.M. DNA repair inhibition and cancer therapy //J. Photochem. Photobiol. B. 2001. V. 63, N 1-3. P. 162-170.

Полная версия статьи