СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ РЕНТГЕНОВСКОГО И МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЙ
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 2
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1. Характеристика ЭМИ 6
1.2 Источники ЭМИ 7
1.3 Характеристика микроволнового излучения 8
1.4 Механизмы действия неионизирующего излучения 8
1.5 Биологические эффекты, вызываемые неионизирующим излучением 9
1.6 Особенности биологического действия модулированных ЭМИ 11
1.7 Характеристика рентгеновского излучения 12
1.8 Механизмы повреждающего действия ионизирующего излучения на биологические
объекты 13
1.9 Определение малых доз ионизирующего излучения 15
1.10 Биологическое действие малых доз ионизирующего излучения 16
1.11 Импульсно-периодическое излучение 17
1.12 Макрофаги 17
ГЛАВА 2 МЕТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 20
2.1 Клеточные линии 20
2.2 Методика выделения моноцитов 20
2.3 Методика культивирования клеток 21
2.4 Методика оценки пролиферативной активности клеток 22
2.5 Источник ИПМИ 22
2.6 Источник ИПРИ 23
2.7 Статистическая обработка данных 23
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 25
3.1 Влияние импульсно-периодического микроволнового излучения на клетки линии
CHO-K1 25
3.2 Влияние импульсно-периодического рентгеновского излучения на клетки линии
CHO-K1 28
3.3 Влияние импульсно-периодического микроволнового излучения на моноциты
человека 33
3.4 Влияние импульсно-периодического рентгеновского излучения на моноциты
человека 37
3.5 Влияние ИПРИ на изменение фенотипа макрофагов 41
Заключение 52
ВЫВОДЫ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 54
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1. Характеристика ЭМИ 6
1.2 Источники ЭМИ 7
1.3 Характеристика микроволнового излучения 8
1.4 Механизмы действия неионизирующего излучения 8
1.5 Биологические эффекты, вызываемые неионизирующим излучением 9
1.6 Особенности биологического действия модулированных ЭМИ 11
1.7 Характеристика рентгеновского излучения 12
1.8 Механизмы повреждающего действия ионизирующего излучения на биологические
объекты 13
1.9 Определение малых доз ионизирующего излучения 15
1.10 Биологическое действие малых доз ионизирующего излучения 16
1.11 Импульсно-периодическое излучение 17
1.12 Макрофаги 17
ГЛАВА 2 МЕТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 20
2.1 Клеточные линии 20
2.2 Методика выделения моноцитов 20
2.3 Методика культивирования клеток 21
2.4 Методика оценки пролиферативной активности клеток 22
2.5 Источник ИПМИ 22
2.6 Источник ИПРИ 23
2.7 Статистическая обработка данных 23
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 25
3.1 Влияние импульсно-периодического микроволнового излучения на клетки линии
CHO-K1 25
3.2 Влияние импульсно-периодического рентгеновского излучения на клетки линии
CHO-K1 28
3.3 Влияние импульсно-периодического микроволнового излучения на моноциты
человека 33
3.4 Влияние импульсно-периодического рентгеновского излучения на моноциты
человека 37
3.5 Влияние ИПРИ на изменение фенотипа макрофагов 41
Заключение 52
ВЫВОДЫ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 54
Актуальность проблемы. В последние годы активно исследуются реакции различных биологических объектов на такой физический фактор, как электромагнитное излучение (ЭМИ) (Adey W.R., 1981; Даренская Н.Г. с соавт., 1997; Чернов З.С. с соавт., 1989; Большаков М.А. с соавт., 2000; Булдаков М.А., 2009), в следствии широкого распространения источников ЭМИ в повседневной жизни человека.
С момента открытия явления рентгеновской трубки, интерес к эффектам воздействия ионизирующего излучения (ИИ) на организм не иссякает, поскольку открываются все новые грани проблемы, имеющей в настоящее время уже фундаментально-медицинскую и биологическую направленность. Помимо традиционных источников, использующихся во многих современных системах связи, радионавигации и радиолокации и медицины, как например, в клинической практике широко используются аппараты типа «Луч-3» генерирующие излучение в дециметровой области (2450 МГЦ, 2,5 - 20 Вт) а также аппараты «Гамма-7Н» генерирующие более высокочастотное излучение (10 ГГц, ПМ=1 мкВт/см2) (Бецкий О.В. и соавт., 2000), к настоящему времени разработаны генераторы импульсно-периодического рентгеновского и импульсно¬периодического микроволнового излучений, с наносекундной длительностью импульсов и высокой дозой излучения в импульсе (Артемов К. П. с соавт., 2004).
Исследования, проведенные в последние десятилетия показывают, что наиболее сильный эффект на биологические объекты оказывает импульсно-периодическое излучение, по сравнению с неимпульсными воздействием этого же вида излучения (Litvyakov N. V. et. al., 2005). В этом случае полученные эффекты зависят от частоты повторения импульсов (ЧПИ) (Большаков М.А. с соавт., 2002; Литвяков Н.В. с соавт., 2005, 2006; Григорьев Ю. Г., 1996; Adey W. R., 1980; Кудряшов Ю. Б., 2001 ;Даренская Н. Г. с соавт., 1997). Еще в 80-е годы прошлого столетия был определен диапазон частот, при которых наблюдается усиление реакции объектов на действие ЭМИ - от 0 до 40 Гц (Adey W.R., 1980, 1981).
Для выявления каких-либо общих закономерностей реакции биологических объектов на импульсное воздействие необходимо использовать несколько типов излучения (Булдаков М.А., 2009). Так, можно предположить, что ИИ в импульсном режиме будет вызывать более сильную ответную реакцию, по сравнению с неионизурующим излучением, поскольку ИИ более биологически эффективно за счет ионизации атомов и молекул.
Исходя из литературных данных по исследованию разных типов излучений, работающих в импульсном режиме (Даренская Н.Г. с соавт., 1997; Большаков М.А. с
соавт., 2000, Булдаков М.А., 2009), можно предположить, что ответные реакции
биообъектов, индуцированные воздействием рентгеновского излучения в импульсном режиме при малых дозах, будут вызывать еще более сильную реакцию. Так, было показано, что при дозах ниже 30 сГр клеткам свойственна гиперчувствительность к действию ИИ, которая не свойственна для более высоких дозовых нагрузок (Шмакова Н.Л. с соавт., 2002). Такие воздействия могут стимулировать и иммунные реакции организма. Одна из наиболее важных групп клеток иммунной системы - макрофаги, обладающие способностью к фагоцитозу. Они происходят из стволовых клеток костного мозга, выполняют функцию захвата частиц, с их последующим поглощением и разрушением. Для выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех тканях организма, где возможно попадание таких частиц. При облучении целостного организма наблюдаются изменения фагоцитарной способности макрофагов (Wunderlich
R. , 2015).
Рост опухоли во многом зависит от опухолевого окружения, в частности от активности макрофагов, ассоциированных с опухолью, которые могут составлять до 50% от опухолевой массы. В свою очередь макрофаги являются одним из ключевых звеньев в формировании антиметастатического действия ионизирующего излучения (Hashimoto
S. ,1999). Генотоксическое действие излучений приводит к повреждению ДНК опухолевых клеток, что сопровождается индукцией комплексного ответа клетки на стресс. При этом на поверхности опухолевых клеток экспрессируются антигены, которые распознаются иммунными клетками и происходит формирование иммунного ответа, приводящее к уничтожению клеток опухоли. При использовании цитостатических агентов как правило, развивается резистентность опухоли к ним, способность иммунной системы в этих условиях уничтожать оставшиеся опухоли может быть принципиально важным для исхода заболевания. Разработка методов мобилизации иммунной системы для осуществления противоопухолевого ответа является одним из актуальнейших направлений в терапии опухолей.
Реакция организма на действие импульсно-периодического излучения не исчерпывается поражением радиочувствительных тканей, а представляет собой сложную цепь явлений, последовательно развивающихся в сфере различных функциональных систем организма, в которых важнейшее значение играет иммунная система. Компоненты врожденного иммунитета, в частности макрофаги, активно участвуют в инактивации трансформированных клеток и новообразований (Мальцева Н.В. с соавт., 2006). В этой связи представляется необходимым оценить реакцию иммунокомпетентных клеток человека на импульсно-периодическое воздействие.
Таким образом, для выявления общих закономерностей реакции биологических объектов на импульсное воздействие необходимо использовать несколько типов излучений, используя одинаковые «условия» исследований: биологические объекты с высокой пролиферативной активностью, один диапазон частот повторения импульсов, дозы воздействия в диапазоне «малых» значений.
Целью настоящей работы было сравнительное изучение реакции клеток яичника китайского хомячка (СНО-К1) и моноцитов человека на воздействие импульсно-периодических микроволнового (ИПМИ) и рентгеновского (ИПРИ) излучений.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
1) определить изменение пролиферативной активности клеток линии СНО-К1 и моноцитов крови человека после воздействия наносекундного ИПМИ при различных ЧПИ и пиковых плотностей потока мощности (пППМ);
2) определить изменение пролиферативной активности клеток линии СНО-К1 и моноцитов крови человека после воздействия наносекундного ИПРИ при различных Ч11И и поглощенных дозах;
3) изучить возможность изменения фенотипа макрофагов человека после воздействия ИПРИ;
4) сравнить эффективности влияния ИПМИ и ИПРИ на пролиферацию нормальных клеток.
С момента открытия явления рентгеновской трубки, интерес к эффектам воздействия ионизирующего излучения (ИИ) на организм не иссякает, поскольку открываются все новые грани проблемы, имеющей в настоящее время уже фундаментально-медицинскую и биологическую направленность. Помимо традиционных источников, использующихся во многих современных системах связи, радионавигации и радиолокации и медицины, как например, в клинической практике широко используются аппараты типа «Луч-3» генерирующие излучение в дециметровой области (2450 МГЦ, 2,5 - 20 Вт) а также аппараты «Гамма-7Н» генерирующие более высокочастотное излучение (10 ГГц, ПМ=1 мкВт/см2) (Бецкий О.В. и соавт., 2000), к настоящему времени разработаны генераторы импульсно-периодического рентгеновского и импульсно¬периодического микроволнового излучений, с наносекундной длительностью импульсов и высокой дозой излучения в импульсе (Артемов К. П. с соавт., 2004).
Исследования, проведенные в последние десятилетия показывают, что наиболее сильный эффект на биологические объекты оказывает импульсно-периодическое излучение, по сравнению с неимпульсными воздействием этого же вида излучения (Litvyakov N. V. et. al., 2005). В этом случае полученные эффекты зависят от частоты повторения импульсов (ЧПИ) (Большаков М.А. с соавт., 2002; Литвяков Н.В. с соавт., 2005, 2006; Григорьев Ю. Г., 1996; Adey W. R., 1980; Кудряшов Ю. Б., 2001 ;Даренская Н. Г. с соавт., 1997). Еще в 80-е годы прошлого столетия был определен диапазон частот, при которых наблюдается усиление реакции объектов на действие ЭМИ - от 0 до 40 Гц (Adey W.R., 1980, 1981).
Для выявления каких-либо общих закономерностей реакции биологических объектов на импульсное воздействие необходимо использовать несколько типов излучения (Булдаков М.А., 2009). Так, можно предположить, что ИИ в импульсном режиме будет вызывать более сильную ответную реакцию, по сравнению с неионизурующим излучением, поскольку ИИ более биологически эффективно за счет ионизации атомов и молекул.
Исходя из литературных данных по исследованию разных типов излучений, работающих в импульсном режиме (Даренская Н.Г. с соавт., 1997; Большаков М.А. с
соавт., 2000, Булдаков М.А., 2009), можно предположить, что ответные реакции
биообъектов, индуцированные воздействием рентгеновского излучения в импульсном режиме при малых дозах, будут вызывать еще более сильную реакцию. Так, было показано, что при дозах ниже 30 сГр клеткам свойственна гиперчувствительность к действию ИИ, которая не свойственна для более высоких дозовых нагрузок (Шмакова Н.Л. с соавт., 2002). Такие воздействия могут стимулировать и иммунные реакции организма. Одна из наиболее важных групп клеток иммунной системы - макрофаги, обладающие способностью к фагоцитозу. Они происходят из стволовых клеток костного мозга, выполняют функцию захвата частиц, с их последующим поглощением и разрушением. Для выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех тканях организма, где возможно попадание таких частиц. При облучении целостного организма наблюдаются изменения фагоцитарной способности макрофагов (Wunderlich
R. , 2015).
Рост опухоли во многом зависит от опухолевого окружения, в частности от активности макрофагов, ассоциированных с опухолью, которые могут составлять до 50% от опухолевой массы. В свою очередь макрофаги являются одним из ключевых звеньев в формировании антиметастатического действия ионизирующего излучения (Hashimoto
S. ,1999). Генотоксическое действие излучений приводит к повреждению ДНК опухолевых клеток, что сопровождается индукцией комплексного ответа клетки на стресс. При этом на поверхности опухолевых клеток экспрессируются антигены, которые распознаются иммунными клетками и происходит формирование иммунного ответа, приводящее к уничтожению клеток опухоли. При использовании цитостатических агентов как правило, развивается резистентность опухоли к ним, способность иммунной системы в этих условиях уничтожать оставшиеся опухоли может быть принципиально важным для исхода заболевания. Разработка методов мобилизации иммунной системы для осуществления противоопухолевого ответа является одним из актуальнейших направлений в терапии опухолей.
Реакция организма на действие импульсно-периодического излучения не исчерпывается поражением радиочувствительных тканей, а представляет собой сложную цепь явлений, последовательно развивающихся в сфере различных функциональных систем организма, в которых важнейшее значение играет иммунная система. Компоненты врожденного иммунитета, в частности макрофаги, активно участвуют в инактивации трансформированных клеток и новообразований (Мальцева Н.В. с соавт., 2006). В этой связи представляется необходимым оценить реакцию иммунокомпетентных клеток человека на импульсно-периодическое воздействие.
Таким образом, для выявления общих закономерностей реакции биологических объектов на импульсное воздействие необходимо использовать несколько типов излучений, используя одинаковые «условия» исследований: биологические объекты с высокой пролиферативной активностью, один диапазон частот повторения импульсов, дозы воздействия в диапазоне «малых» значений.
Целью настоящей работы было сравнительное изучение реакции клеток яичника китайского хомячка (СНО-К1) и моноцитов человека на воздействие импульсно-периодических микроволнового (ИПМИ) и рентгеновского (ИПРИ) излучений.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
1) определить изменение пролиферативной активности клеток линии СНО-К1 и моноцитов крови человека после воздействия наносекундного ИПМИ при различных ЧПИ и пиковых плотностей потока мощности (пППМ);
2) определить изменение пролиферативной активности клеток линии СНО-К1 и моноцитов крови человека после воздействия наносекундного ИПРИ при различных Ч11И и поглощенных дозах;
3) изучить возможность изменения фенотипа макрофагов человека после воздействия ИПРИ;
4) сравнить эффективности влияния ИПМИ и ИПРИ на пролиферацию нормальных клеток.
Из полученных результатов следует, что клетки иммунной системы реагируют на воздействия ИПМИ и ИПРИ ингибированием, в то время как (нормальные клетки) клетки яичника китайского хомячка (CHO-k1) слабо реагируют на воздействия либо ингибированием, либо стимуляцией клеточной пролиферации. При этом ИПРИ оказывает более сильное воздействие и, соответственно, более эффективное влияние, которое зависит от дозы и частоты повторения.
Поведение опухолевых клеток во многом зависит от их клеточного окружения, в частности от активности макрофагов, ассоциированных с опухолью, которые могут составлять до 50% от опухолевой массы. В свою очередь макрофаги являются одним из ключевых звеньев в формировании антиметастатического действия, индуцированного ионизирующим излучением, в том числе ИПРИ, и поэтому иммунная система играет важную роль в формировании противоопухолевых эффектов низких доз ионизирующего излучения. Полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие ИПРИ изменяет фенотип макрофагов с М1 на М2, что подтверждает факт сильного влияния ИПРИ. Макрофаги второго типа (М2, опухоль ассоциированные макрофаги), представляют собой мишень для воздействия факторов различной природы (в том числе и ионизирующих излучений, наносекундного ИПРИ) с целью усиления эффектов цитостатической противоопухолевой терапии.
Поведение опухолевых клеток во многом зависит от их клеточного окружения, в частности от активности макрофагов, ассоциированных с опухолью, которые могут составлять до 50% от опухолевой массы. В свою очередь макрофаги являются одним из ключевых звеньев в формировании антиметастатического действия, индуцированного ионизирующим излучением, в том числе ИПРИ, и поэтому иммунная система играет важную роль в формировании противоопухолевых эффектов низких доз ионизирующего излучения. Полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие ИПРИ изменяет фенотип макрофагов с М1 на М2, что подтверждает факт сильного влияния ИПРИ. Макрофаги второго типа (М2, опухоль ассоциированные макрофаги), представляют собой мишень для воздействия факторов различной природы (в том числе и ионизирующих излучений, наносекундного ИПРИ) с целью усиления эффектов цитостатической противоопухолевой терапии.
