Сравнительный анализ цитогенетических нарушений в культуре лимфоцитов человека после воздействия импульсного и непрерывного излучений реактора БАРС-6 Корякина Екатерина Владимировна

Содержание к диссертации

стр.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11

1. Основные закономерности и механизмы образования аберраций хромосом 11

2. Основные закономерности цитогенетического действия излучений разного качества на клетки млекопитающих 19

3. Культура лимфоцитов периферической крови человека в радиационно-цитогенетических исследованиях 20

4. Дозовые кривые при действии нейтронов 21

5. ОБЭ, кислородный эффект и радиочувствительность клеток млекопитающих в разных стадиях митотического цикла при действии нейтронов и тяжелых заряженных

частиц 23

4. Спектр и распределение аберраций хромосом по клеткам при действии нейтронов 28

5. Основные закономерности комбинированного действия плотно- иредкоионизирующих излучений 32

1.3. Основные закономерности эффекта мощности дозы при
действии излучений разного качества

на клетки млекопитающих 34

1.3.1. Основные закономерности эффекта мощности дозы при
действии редкоионизирующего излучения на клетки
млекопитающих 35

1.3.2. Эффекты сверхвысоких мощностей доз 38

1.3.3. Особенности эффекта мощности дозы при действии
редко- и плотноионизирующих излучений на хромосомы клеток
млекопитающих 41

1.3.4. Цитогенетические эффекты облучения со сверхвысокой

мощностью дозы 44

1.4. Заключение 46

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 48

1. Методы культивирования лимфоцитов крови человека и приготовления препаратов хромосом 48

2. Метод анализа и классификация аберраций хромосом 50

3. Источники излучений 53

4. Гамма-излучение Со 53

5. у-нейтронное излучение реакторов БАРС-6 и Б-3 54

4. Условия облучения 56

5. Дозиметрия 59

2.6. Статистическая обработка данных 64

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 66

1. Индивидуальная вариабельность цитогенетических показателей при действии у-излучения и импульсного у-нейтронного излучения реактора БАРС-6 66

2. Сравнение цитогенетических эффектов импульсного у-нейтронного излучения со сверхвысокой мощностью дозы и непрерывного у-нейтронного излучения реактора БАРС-6 69

3. Дозовые зависимости выхода аберраций хромосом при действии импульсного у-нейтронного излучения со сверхвысокой мощностью дозы, непрерывного у-нейтронного излучения и стандартного у-излучения 2

4. ОБЭ нейтронов реакторов БАРС-6 иБР-10 91

5. Спектры аберраций хромосом при действии у-нейтронного излучения импульсного реактора БАРС-6 и реактора БР-10 95

6. Распределение аберраций хромосом по клеткам при облучении

4 лимфоцитов человека у-нейтронным излучением с разной

мощностью дозы 99

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 109

ВЫВОДЫ 134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 136

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 158

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 177

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

A3 - активная зона

АХ - аберрации хромосом

БДУ - бромдезоксиуридин

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

ДР - двунитевый разрыв ДНК

ККУ - коэффициент кислородного усиления

ЛПЭ - линейная передача энергии

МД - мощность дозы

ОБЭ - относительная биологическая эффективность

ОР - однонитевый разрыв ДНК

РНК - рибонуклеиновая кислота

ТЗЧ - тяжелые заряженные частицы

ТЛД — термолюминесцентный дозиметр

ФГА - фитогемагглютинин

ФГУП ГНЦ РФ-ФЭИ — Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-Энергетический Институт им. А.И. Лейпунского

ЭМД - эффект мощности дозы

FISH - флуоресцентная in situ гибридизация

Введение к работе

Актуальность работы. В современной радиобиологии относительно мало исследованы эффекты импульсного облучения, особенно на цитогенетическом уровне. Практически не изучены особенности биологического действия импульсного нейтронного излучения, хотя в отдельных работах и делалась попытка оценить цитогенетический эффект на культуре лимфоцитов крови человека при использовании импульсных источников электронов [168], а в других - при различных режимах импульсного облучения нейтронами [41; 58].

В последние годы в МРНЦ РАМН начаты биологические исследования с использованием уникального импульсного реактора БАРС-6 (ФГУП ГНЦ РФ - ФЭИ), позволяющего получать отдельные импульсы нейтронного излучения (с сопутствующим у-излучением) длительностью около 70 мкс, с максимальной мощностью дозы. (МД) нейтронов порядка 10⁹ Гр/мин при вкладе у-излучения в дозу 15% [46]. Важной технической особенностью этого реактора является его способность генерировать нейтронное излучение в непрерывном режиме работы при сохранении всех физико-дозиметрических характеристик импульсного излучения, что позволяет проводить сравнение биологических эффектов в зависимости от вида излучения. Следует подчеркнуть, что, несмотря на импульсный характер нейтронного излучения, генерируемого на циклотронах, отсутствие непрерывного режима облучения на этих источниках не позволяет адекватно исследовать эффекты импульсного воздействия. Кроме того, реактор БАРС-6 предоставляет также возможность исследовать закономерности и механизмы действия смешанного у-нейтронного излучения, что является актуальной задачей современной радиобиологии и радиотерапии [33; 34; 37; 71; 194].

Важность проблемы, исследования импульсного нейтронного воздействия^ обусловлена не только фундаментальными аспектами, но и некоторыми актуальными практическими задачами. В частности, на основе теоретических предпосылок обосновывается целесообразность применения излучения, с высокой МД, в том числе импульсных источников, для повышения эффективности лучевой терапии онкологических больных.

Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы являлось сравнительное изучение закономерностей образования структурных повреждений хромосом в культуре лимфоцитов¹ крови человека при действии непрерывного излучения реактора БАРС-6 и импульсного со сверхвысокой МД. При этом оценивались особенности реакции клеток на облучение в стадии «покоя» (Go). Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать методологию облучения образцов крови человека для сравнения цитогенетических эффектов в наиболее адекватных, условиях воздействия непрерывного нейтронного излучения и импульсного* со сверхвысокой МД.

2. Изучить закономерности индукции аберраций-хромосом-(АХ) при воздействии различных доз в обоих режимах облучения и возможность модификации цитогенетического эффекта.

3. Определить относительную биологическую, эффективность (ОБЭ) нейтронного излучения реактора БАРС-6 в зависимости от вида радиационного воздействия - импульсного или непрерывного.

Научная новизна. В работе впервые установлена различная цитогенетическая эффективность реакторного нейтронного излучения (с сопутствующим у-излучением) при воздействии на лимфоциты крови человека в режиме одиночных импульсов со сверхвысокой МД и в режиме непрерывного облучения, обеспечивающем сравнение в максимально

8 возможных адекватных условиях, а также исследованы закономерности проявления обратного эффекта мощности дозы (ЭМД).

Показано, что величина наблюдаемого эффекта во впервые исследованном диапазоне сверхвысоких МД (0,5-2,7)-10⁶ Гр/мин при дозах 0,5-2,5 Гр зависит от используемого цитогенетического показателя, которая оказалась максимальной для частоты межхромосомных обменов (дицентриков) и суммарной частоты АХ и минимальной для частоты интерстициальных делеций и числа поврежденных клеток.

Величина цитогенетического эффекта при облучении клеток при комнатной температуре (20С) оказалась такой же, как и при их облучении при температуре 0С, ингибирующей ферментативные процессы в клетке. Это может указывать, что различия в цитогенетических эффектах импульсного и непрерывного облучения формируются на начальных (физико-химической и химической) стадиях радиационного воздействия, и/или они не связаны с ферментативными процессами во время облучения; которые ингибируются низкой температурой.

Получены новые экспериментальные данные о закономерностях формирования отдельных типов АХ и их распределения по клеткам. Впервые показано, что при импульсном облучении, по сравнению с непрерывным, спектр обменных АХ смещается в сторону внутриплечевых типов АХ, свидетельствуя о проявлении эффекта «близости», связанного, возможно, как со смешанным составом излучения (нейтроны и у-лучи), так и с конформационными изменениями хроматина вследствие облучения.

Научно-практическая значимость работы. Полученные новые данные о закономерностях возникновения различных типов>АХ в клетках человека при действии нейтронов со сверхвысокой МД, в сравнении с непрерывным их воздействием, вносят определенный вклад как в теоретическую, так и прикладную современную радиобиологию. Фундаментальное значение полученных фактов важно для понимания механизмов реализации первичных повреждений в клетках

9 млекопитающих в зависимости от длительности радиационного воздействия, роли пространственной организации хромосом и взаимодействия индуцированных в них повреждений при действии смешанного у-нейтронного излучения.

Проведенная оценка ОБЭ нейтронов реактора БАРС-6 в зависимости от режима облучения, в сопоставлении с ОБЭ близкого по средней энергии нейтронов пучка Б-3 реактора БР-10, свидетельствует об определенной специфике импульсного облучения, что необходимо учитывать при терапевтическом применении нейтронов. ОБЭ нейтронов по выходу асимметричных хромосомных обменов, с учетом их однозначного соотношения с симметричными обменами, может быть использована для оценки канцерогенных и мутагенных последствий облучения.

Результаты исследований позволили впервые получить радиобиологические параметры для оценки норм радиационной безопасности при работе в условиях воздействия импульсного нейтронного излучения.

Полученные данные могут быть использованы в научных исследованиях учреждений, занимающихся проблемой биологического действия различных видов ионизирующих излучений, а также в медицинских учреждениях при использовании лучевой нейтронной терапии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использованная в работе методология проведения парных экспериментов, заключающаяся в облучении образцов крови в одинаковых пространственных точках и при одинаковом числе делений ядер в активных зонах в непрерывном и импульсном режимах работы реактора, является наиболее адекватной для сравнительного изучения биологического действия смешанного у-нейтронного излучения со сверхвысокой МД.

2. Импульсное нейтронное воздействие в режиме одиночных
импульсов в исследованном диапазоне доз (0,5-2,5 Гр) и мощностей доз
((0,5-2,7)-10⁶ Гр/мин) характеризуется относительно меньшим
цитогенетическим эффектом по сравнению с непрерывным облучением
(<0,05 Гр/мин), то есть проявляется обратный эффект мощности дозы.

3. Установленный обратный эффект сверхвысокой МД обусловлен
процессами, протекающими на начальных (физико-химической и
химической) стадиях радиационного воздействия, а также связан с
существенным вкладом сопутствующего у-излучения в суммарную дозу
(-35-40%).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлены на IV съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001); III съезде по радиационным исследованиям «Радиобиология и радиоэкология» (Киев, 2003); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 25-летию НИИ онкологии «Современное состояние и перспективы развития экспериментальной и клинической онкологии» (Томск, 2004); II Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2005» (Москва, 2005); 15^th International Biophysics Congress «Environmental Biophysics» (Каир, 2005); V съезде по радиационным исследованиям «Радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность» (Москва, 2006); 4^th international Workshop on Space Radiation Research and 17^th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop (Москва - Санкт-Петербург, 2006).

По теме диссертации опубликовано 2 научных статьи в рецензируемых журналах и 8 тезисов докладов.

Похожие диссертации на Сравнительный анализ цитогенетических нарушений в культуре лимфоцитов человека после воздействия импульсного и непрерывного излучений реактора БАРС-6

Механизмы образования однонитевых разрывов и щелочнолабильных сайтов ДНК в лимфоцитах крови человека при воздействии УФА-излученияСметанина Надежда Михайловна

Последствия воздействий ионизирующих излучений: цитогенетические изменения в лимфоцитах крови человекаСнигирева Галина Петровна

Гомеостаз лимфоцитов периферической крови при нелетальных радиационных воздействиях на организм человека : Экспериментально-клиническое исследованиеШатинина, Наталья Николаевна

Влияние низкодозового радиационного воздействия на возрастную динамику частоты спонтанных и индуцированных in vitro хромосомных аберраций в лимфоцитах человекаЛюбимова Наталья Евгеньевна

Молекулярные и клеточные маркеры чувствительности буккальных эпителиоцитов человека к воздействию излучений радона в бытовых условияхМейер, Алина Викторовна

Молекулярные и клеточные маркеры индивидуальной чувствительности человека к воздействию ионизирующего излученияВоробьева Наталья Юрьевна

Использование ионизирующего излучения различного качества в изучении элементного состава костной ткани человека в норме, патологии, при лучевом и экстремальных воздействияхЗайчик, Владимир Ефимович

Цитогенетическое исследование культур лимфоцитов периферической крови людей в отдаленные сроки после острого внешнего облученияДудочкина Наталья Евгеньевна

Радиационно-индуцированный "эффект свидетеля" в совместной культуре лимфоцитов разнополых доноровКолесникова, Ирина Станиславовна

Радиационно-индуцированный ≪ эффект свидетеля≫ в совместной культуре лимфоцитов разнополых доноров.Колесникова Ирина Станиславовна