Введение к работе
Актуальность темы исследования. Исследование биологической эффективности действия быстрых нейтронов остается одним из наиболее актуальных направлений в современной радиобиологии как в фундаментальном, так и в прикладном плане В последние годы для медико-биологических исследований используются различные источники нейтронного излучения, в частности, ядерные реакторы, которые могут быть перспективны для лучевой терапии злокачественных новообразований Хотя за последние годы представления о биологическом действии нейтронов существенно расширились, повысилась точность дозиметрии, но еще предстоит ответить на целый ряд принципиальных вопросов Так, возникает вопрос о сравнительном анализе биологических эффектов нейтронных пучков реакторов, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам Мало изученной остается проблема биологической эффективности нейтронов, действующих с высокой мощностью дозы (более 10б Гр/с) Имеются противоречивые данные (Рябченко НИ и др, 2005, Корякина ЕВ и др , 2005) о влиянии мощности дозы (МД) нейтронов на биологические эффекты при работе с одним и тем же объектом (лимфоциты человека), по одному и тому же тесту (аберрации хромосом) с использованием нейтронов импульсного реактора БАРС-6
В доступной нам литературе не найдено работ, где бы на одной клеточной системе с различным репарационным генотипом клеток проводилось одновременное изучение летального, генетического и других эффектов быстрых нейтронов в широком диапазоне МД До настоящего времени не существует единой концепции радиационного мутагенеза, индуцированного нейтронным излучением, роли пострадиационного восстановления в формировании конечного эффекта, нет четких данных о биологических эффектах нейтронов в малых дозах, действующих с различной МД Применяемый в данной работе уникальный импульсный реактор БАРС-6 (ГНЦ РФ - Физико-энергетический институт г Обнинск) позволяет получать отдельные импульсы нейтронного излучения длительностью около 65 - 70 МКС и также способен генерировать нейтронное излучение в непрерывном режиме работы при сохранении всех физико-дозиметрических характеристик импульсного излучения, что дает возможность корректно изучать эффекты МД нейтронов
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение биологических эффектов реакторных нейтронов, действующих с различной мощностью дозы, у клеток дрожжей Saccharomyces различного генотипа Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
- определить и сравнить относительную биологическую эффективность 2-х пучков нейтронов - канала Б-3 реактора БР-10 и нейтронов импульсного реактора БАРС-6 в стационарном режиме облучения у клеток дрожжей
различного генотипа по тесту инактивации колонеобразующей способности, формам гибели облученных клеток, возникновению генетических изменений,
- сравнить биологическое действие нейтронов импульсного реактора БАРС-6 в стационарном режиме облучении (~ 102 Гр/с) и при облучении одним импульсом со сверхвысокой МД (~ 106 Гр/с),
-изучить возможность влияния репарационных систем клетки на выраженность летального эффекта нейтронов в зависимости от МД с использованием радиочувствительных мутантов дрожжей,
-оценить биологическую эффективность нейтронов в области «малых» (неинактивирующих) доз с использованием метода микроколоний
Научная новизна. Впервые на реакторе БАРС-6 была использована уникальная возможность изучения эффекта сверхвысокой МД нейтронов при облучении клеток в стационарном и импульсном режимах при одних и тех же условиях облучения (расстояния от активных зон реактора, одинаковое число делений в активных зонах реактора), что позволяет наиболее корректно получить и оценить экспериментальные данные
Впервые на одной клеточной системе - дрожжей Saccharomyces, включающей как дикий тип, так и радиочувствительные мутанты, проведено сравнительное изучение летальных и генетических эффектов двух пучков нейтронов - канала Б-3 реактора БР-10 (Ё = 0,85 МэВ) и импульсного реактора БАРС-6 (Ё = 1,44 МэВ) и дана оценка биологических эффектов нейтронов в зависимости от МД (от ~ 10 ' Гр/с до ~ 107 Гр/с)
Показано, что исследуемые пучки нейтронов в ~ 2 раза эффективнее у-излучения по тесту гибели и индукции генетических изменений в клетках независимо от МД нейтронов и значимо не отличаются по этим тестам один от другого Величина ОБЭ нейтронов по этим тестам находится в пределах 1,5 -2,0 в зависимости от генотипа клеток
Впервые в настоящей работе предпринята попытка определения биологической эффективности нейтронов в «малых» (неинактивирующих, выживаемость 100%) дозах с применением метода микроколоний, предложенным В И Корогодиным для определения форм гибели летально облученных клеток Основные положения, выносимые на защиту:
-
Биологическая эффективность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6 по тесту гибели клеток дрожжей Saccharomyces различного генотипа и по индукции генетических изменений в геноме клетки не зависит от мощности дозы нейтронов, различающейся в ~ 108 раз
-
Вклад в ОБЭ нейтронов вносят только те системы репарации повреждений ДНК, которые функционируют наиболее эффективно в области малых и средних доз
-
Метод микроколоний предложен как тест для определения биологической эффективности ИИ, действующих в «малых» дозах
Научно-практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований могут иметь, прежде всего, практическое значение для прикладной радиобиологии, являясь одной из предпосылок при разработке радиобиологических основ нейтронной терапии Также они могут оказаться полезными для прогнозирования тяжести лучевых поражений и оценки генетической опасности при воздействии быстрых нейтронов ядерных реакторов Данные, полученные по индукции генетических изменений в клетке, индуцированных у-излучением и нейтронами при равном уровне эффекта, могут иметь практическое применение при планировании схем лучевой терапии, где степень генетического риска будет рассчитываться на уровне терапевтического выигрыша (т е гибель опухолевых клеток), а не при эквивалентных дозах При таком подходе нейтроны не будут более генотоксичны для пациентов, чем у-излучение Исследования с другими пучками нейтронов для установления их генотоксичности (как и цитотоксичности) необходимо проводить как при эквивалентных дозах, так и при эквивалентных уровнях эффекта Полученные данные пополнят теоретические и прикладные знания о биологическом действии нейтронных пучков, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам
Апробация работы Основные положения диссертационной работы доложены на International conference "Modern Problems of Radiobiology, Radioecology and Evolution" (Dubna, 2000), 2nd International conference "The effects of low and very low doses of ionizing radiation on human health" (Ireland, Dublin, 2001), 31st Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology (Dresden, Germany, 2001), IV Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 2001), The Ninth Neutron Dosimetry Symposium (Netherlands, 2003), The 2nd International Conference on Radioactivity in the Environment (France, Nice, 2005), 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigator's Workshop (Dubna, 2006), V congress on radiation research (radiobiology, radioecology, radiation protection) (Moscow, 2006), International Conference on radioecology environmental radioactivity (Bergen, 2008), Второй Санкт-Петербургский международный экологический форум "Окружающая среда и здоровье человека" (Санкт-Петербург, 2008)
Диссертация апробирована на научной конференции экспериментального радиологического сектора ГУ-МРНЦ РАМН 25 июля 2008 г (протокол № 231).
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 147 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав, содержащих результаты экспериментальных исследований и их обсуждение, выводов и списка литературы, содержащего 217 источника, из которых 161 опубликованы на английском языке и 53 - на русском Результаты работы иллюстрированы 10 таблицами и 35 рисунками
