Ученые установили действие облучения нейтронами на стволовые клетки мозга

Исследование реакции клеток центральной нервной системы (ЦНС) на нейтронное излучение провели ученые НИЦ «Курчатовский институт», 5 сентября сообщает пресс-служба института.

Одним из перспективных методов лечения различных форм опухолей головы и шеи является лучевая терапия с использованием ионизирующего излучения. При этом медикам необходимо точно знать, насколько безопасен такой метод для пациента.

Если реакция клеток ЦНС на рентгеновское и гамма-излучение изучена хорошо, то воздействие нейтронного излучения, особенно в низких дозах, в настоящее время остается мало изученным.

Поскольку при нейтронной терапии опухолей облучению, пусть и в более низких дозах, подвергаются здоровые ткани мозга вокруг опухоли, то знать последствия этого для человека необходимо.

Ученые Курчатовского института провели серию экспериментов, в которых исследовали действие гамма-нейтронного излучения на нейральные стволовые клетки ЦНС.

Напомним, нейральными называются такие стволовые клетки, которые, находясь в мозге человека и животных, способны размножаться и превращаться в полноценные нервные клетки, что особенно важно при повреждениях мозга, таких как травмы или инсульты.

Повреждения инициируют интенсивное размножение таких клеток, их дифференцирование и миграцию в пострадавшие области мозга, где они замещают погибшие нервные клетки.

Ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и молекулярной медицины Курчатовского института Галина Посыпанова рассказала:

«Мы знаем, что в результате облучения в первую очередь страдают именно активно делящиеся клетки — например, клетки кожи, костного мозга. Делящиеся клетки ЦНС — это нейральные стволовые клетки в гиппокампе. Оказалось, что они крайне чувствительны к действию ионизирующего излучения: облучение индуцирует в них образование очень опасных повреждений ДНК».

Несмотря на то, что клетки имеют достаточно мощные и разнообразные механизмы «починки» ДНК, при обширных повреждениях эти механизмы могут не справиться —клетка или погибнет, или ее восстановление пойдет с ошибками, вызывая мутации и перерождение клетки в раковую.

В случае гибели нейральных стволовых клеток новые нервные клетки не образуются, и в результате могут возникнуть различные когнитивные дисфункции. Причем проявиться эти негативные последствия могут значительно позже — через месяц, два или даже год после травмирующего воздействия, в том числе облучения.

Чтобы минимизировать вред от облучения, нужно узнать, при каких дозах и через какое время после нейтронного облучения восстановление нейральных стволовых клеток остается возможным.

С этой целью ученые из лаборатории клеточной биологии и молекулярной медицины облучали стволовые клетки из мозга мышей коллимированным (не имеющем расхождения) пучком нейтронов и гамма-лучей ядерного реактора ИР-8, работающего в Курчатовском институте. Через пять и семь дней после облучения исследователи определяли выживаемость клеток и способность отдельной клетки к формированию колонии.

Эксперимент показал, что повреждение стволовых клеток мозга от нейтронного излучения намного сильнее, чем от гамма-излучения.

Так, относительная биологическая эффективность излучения, оцениваемая по выживаемости клеток, оказалась у нейтронного излучения почти на порядок выше, что говорит об опасности для мозга даже низких доз нейтронов, которая возрастает с увеличением дозы облучения.

Алла Родина, начальник отдела клеточной биологии, иммунологии и молекулярной медицины Курчатовского института, пояснила: «В результате гибели или снижения скорости репарации нейральных стволовых клеток замедляется нейрогенез (образование новых нервных клеток в зрелой центральной нервной системе). Кроме того, если погибших клеток много, может начаться воспаление, которое также снижает скорость нейрогенеза».

Учеными были установлены также и нарушения когнитивных функций мозга из-за снижения скорости нейрогенеза: у мышей через два месяца после длительного гамма-нейтронного облучения дозой 500 мГр были зафиксированы нарушения долговременной памяти и способности к обучению.

В дальнейших планах ученых разработка новых подходов к диагностике и коррекции когнитивных нарушений из-за подавления нейрогенеза в гиппокампе вследствие воздействия низких доз гамма-нейтронного излучения.

По словам Аллы Родиной, эти негативные последствия могут быть устранены с помощью препаратов, снижающих воспаление и окислительный стресс в ЦНС, которые вызывает облучение.