ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ПРОТОНОВ С ЭНЕРГИЕЙ 90–170 МэВ НА ОРГАНЫ КРОВЕТВОРЕНИЯ ПРИ ТОТАЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ МЫШЕЙ ТОНКИМ СКАНИРУЮЩИМ ПУЧКОМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛИНЕЙНОЙ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ЧАСТИЦ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано действие протонного излучения при тотальном облучении мышей до пика и в пике Брэгга в диапазоне доз 0.1–1.5 Гр на индукцию цитогенетических повреждений в костном мозге, продукцию активных форм кислорода в цельной крови, состояние тимуса и селезенки в зависимости от линейной потери энергии. Обнаружено, что выход полихроматофильных эритроцитов с микроядрами при всех дозах протонного излучения в пике Брэгга с линейной потерей энергии 2.5 кэВ/мкм был близок к уровню линейной потери энергии с микроядрами для соответствующих доз рентгеновского излучения с линейной потерей энергии 2.0 кэВ/мкм, а при облучении до пика Брэгга с линейной потерей энергии 0.7 кэВ/мкм уровень цитогенетических повреждений был значительно ниже. Коэффициент относительной биологической эффективности, рассчитанный по выходу линейной потери энергии с микроядрами для протонов в пике Брэгга, равнялся 1.15, а до пика – 0.63. Выявлены органоспецифические различия в закономерностях патофизиологического действия в зависимости от величины дозы и линейной потери энергии протонов на тимус, селезенку мышей и состояние антиоксидантной системы клеток крови.

Об авторах

О. М Розанова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: rozanova.iteb@gmail.com
Пущино, Россия

Т. А Белякова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

Е. Н Смирнова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

С. С Сорокина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

А. Р Дюкина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

А. Е Шемяков

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН; Филиал «Физико-технический центр» Физического института им. П.Н. Лебедева РАН

Пущино, Россия; Протвино, Россия

Н. С Стрельникова

Филиал «Физико-технический центр» Физического института им. П.Н. Лебедева РАН

Протвино, Россия

Список литературы

  1. Wu Y. Y. and Fan K. H. Proton therapy for prostate cancer: current state and future perspectives. Br. J. Radiol., 95 (1131), 20210670 (2022). doi: 10.1259/bjr.20210670
  2. Mutter R. W., Choi J. I., Jimenez R. B., Kirova Y. M., Fagundes M., Haffty B. G., Amos R. A., Bradley J. A., Chen P. Y., Ding X., Carr A. M., Taylor L. M., Pankuch M., Vega R. B. M., Ho A. Y., Nystrom P. W., McGee L. A., Urbanic J. J., Cahlon O., Maduro J. H., and MacDonald S. M. Proton therapy for breast cancer: a consensus statement from the particle therapy cooperative group breast cancer subcommittee. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 111 (2), 337–359 (2021). doi: 10.1016/j.ijrobp.2021.05.110
  3. Gordon K. B., Smyk D. I., and Gulidov I. A. Proton therapy in head and neck cancer treatment: state of the problem and development prospects (review). Sovrem. Tekhnologii Med., 13 (4), 70–80 (2021). doi: 10.17691/stm2021.13.4.08
  4. Schippers J. M. and Lomax A. J. Emerging technologies in proton therapy. Acta Oncol., 50 (6), 838–850 (2011). doi: 10.3109/0284186X.2011.582513
  5. Mohan R. and Grosshans D. Proton therapy – present and future. Adv. Drug Deliv. Rev., 109, 26–44 (2017). doi: 10.1016/j.addr.2016.11.006
  6. Rithidech K. N., Honikel L. M., Reungpatthanaphong P., Tungjai M., Golightly M., and Whorton E. B. Effects of 100MeV protons delivered at 0.5 or 1cGy/min on the in vivo induction of early and delayed chromosomal damage. Mutat. Res., 756 (1–2), 127–140 (2013). doi: 10.1016/j.mrgentox.2013.06.001
  7. Ушаков И. Б. Космос. Радиация. Человек (Радиационный барьер в межпланетных полетах) (Научная книга, М., 2021).
  8. Chang J., Feng W., Wang Y., Luo Y., Allen A. R., Koturbash I., Turner J., Stewart B., Raber J., Hauer-Jensen M., Zhou D., and Shao L. Whole-body proton irradiation causes long-term damage to hematopoietic stem cells in mice. Radiation research, 183 (2), 240–248 (2015). doi: 10.1667/RR13887.1
  9. Skelly A., Brodt E., and Schwartz N. Proton beam therapy – re-review. Final evidence report (WA – Health Technology Assessment, 2019), p. 301.
  10. Sorensen B. S., Pawelke J., Bauer J., Burnet N. G., Dasu A., Hoyer M., Karger C. P., Krause M., SchwarzM., Underwood T. S. A., Wagenaar D., Whitfield G. A., and Luhr A. Does the uncertainty in relative biological effectiveness affect patient treatment in proton therapy? Radiotherapy and Oncology, 163, 177–184 (2021). doi: 10.1016/j.radonc.2021.08.016
  11. Paganetti H., Blakely E., Carabe-Fernandez A., Carlson D. J., Das I. J., Dong L., Grosshans D., Held K. D., Mohan R., Moiseenko V., Niemierko A., Stewart R. D., and Willers H. Report of the AAPM TG-256 on the relative biological effectiveness of proton beams in radiation therapy. Med. Physics, 46 (3), 53–78 (2019). doi: 10.1002/mp.13390
  12. Luhr A., von Neubeck C., Krause M., and Troost E. G. C. Relative biological effectiveness in proton beam therapy – Current knowledge and future challenges. Clin. Translat. Rad. Oncol., 9, 35–41 (2018). doi: 10.1016/j.ctro.2018.01.006
  13. Bao C., Sun Y., Dong Y., Le Z., Lin L. C., Kong L., and Lu J. J. The relative biological effectiveness of proton and carbon ion beams in photon-sensitive and resistant nasopharyngeal cancer cells. Translat. Cancer Res., 7 (1), 170–179 (2018). doi: 10.21037/tcr.2018.01.25
  14. Deycmar S., Faccin E., Kazimova T., Knobel P. A., Telarovic I., Tschanz F., Waller V., Winkler R., Yong C., Zingariello D., and Pruschy M. The relative biological effectiveness of proton irradiation in dependence of DNA damage repair. Br. J. Radiol., 93 (1107), 20190494 (2020). doi: 10.1259/bjr.20190494
  15. Tang F. R. and Loke W. K. Molecular mechanisms of low dose ionizing radiation-induced hormesis, adaptive responses, radioresistance, bystander effects, and genomic instability. Int. J. Radiat. Biol., 91 (1), 13–27 (2015). doi: 10.3109/09553002.2014.937510
  16. Finnberg N., Wambi C., Ware J. H., Kennedy A. R., and El-Deiry W. S. Gamma-radiation triggers a unique gene expression profile associated with cell death compared to proton radiation in mice in vivo. Cancer Biol. Therapy, 7 (12), 2023–2033 (2008). doi: 10.4161/cbt.7.12.7417
  17. Smith J. A., van den Broek F. A., Martorell J. C., Hackbarth H., Ruksenas O., and Zeller W. FELASA working group on ethical evaluation of animal experiments, principles and practice in ethical review of animal experiments across Europe: summary of the report of a FELASA working group on ethical evaluation of animal experiments. Lab. Animals, 41 (2), 143–160 (2007).
  18. Директива 2010/63/eu Eвpопейcкого парламента и Совета Eвpопейcкого союза от 22 сентября 2010 г. по охране животных, иcпользуемыx в научныx целяx (Rus-LASA «НП объединение специалистов по работе с лабораторными животными», рабочая группа по переводам и изданию тематической литературы, CПб, 2012).
  19. Zaichkina S. I., Kondakova N. V., Rozanova O. M., Aptikaeva G. F., Akhmadieva A. Kh., Sakharova V. V., Ripa N. V., Kolkhir V. K., Sokol’skaya T. A., Rebrov L. B., and Bykov V. A. Radioprotector properties of biologically active substances in the range of medium and small radiation doses studied by means of the cytogenetic micronuclear test. Pharmaceut. Chem. J., 38, 405–410 (2004). doi: 10.1023/B: PHAC.0000048900.86428.70
  20. Schmid W. The micronucleus test. Mutat. Res., 31 (1), 9–15 (1975). doi: 10.1016/0165-1161(75)90058-8
  21. Zaichkina S. I., Klokov D. Iu., Rozanova O. M., Aptikaeva G. F., and Akhmadieva A. Kh. Deĭstvie malykh doz gamma-radiatsii na tsitogeneticheskoe povrezhdenie v polikhromatofil'nykh eritrotsitakh kostnogo mozga mysheĭ in vivo [Action of low doses of gamma-radiation on cytogenetic damage in polychromatophilic erythrocytes of bone marrow in mice in vivo]. Genetika, 34 (7), 1013–1016 (1998).
  22. Osipov A. N., Klokov D. Y., Elakov A. L., Rozanova O. M., Zaichkina S. I., Aptikaeva G. F., and Akhmadieva A. Kh. Comparison in vivo study of genotoxic action of high- versus very low dose-rate gamma-irradiation. Nonlinearity in biology, toxicology, medicine, 2 (3), 223–232 (2004). doi: 10.1080/15401420490507521
  23. Cherubini R., De Nadal V., and Gerardi S. Hyper-radiosensitivity and induced radioresistance and bystander effects in rodent and human cells as a function of radiation quality. Radiat. Prot. Dosimetry, 166 (1–4), 137–141 (2015). doi: 10.1093/rpd/ncv294
  24. Heuskin A. C., Michiels C., and Lucas S. Low dose hypersensitivity following in vitro cell irradiation with charged particles: Is the mechanism the same as with Xray radiation? Int. J. Radiat. Biol., 90 (1), 81–89 (2014). doi: 10.3109/09553002.2013.835503
  25. Tommansino F. and Durante M. Proton radiobiology. Cancers, 7, 353–381 (2015).
  26. Calugaru V., Nauraye C., Noel G., Giocanti N., Favaudon V., and Megnin-Chanet F. Radiobiological characterization of two therapeutic proton beams with different initial energy spectra used at the Institut Curie Proton Therapy Center in Orsay. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 81 (4), 1136–1143 (2011). doi: 10.1016/j.ijrobp.2010.09.003
  27. Koryakina E., Troshina M., Potetnya V., Koryakin S., Baykuzina R., and Golovanova O. Biological efficiency of a scanning proton beam under different irradiation modes in vitro. In: Abstr. Book of Eighth Int. Conf. on Radiation in Various Fields of Research (Virtual conference, 2020), p. 125.
  28. Spadinger I. and Palcic B. The relative biological effectiveness of 60Co gamma-rays, 55 kVp X-rays, 250 kVp X-rays, and 11 MeV electrons at low doses. Int. J. Radiat. Biol., 61 (3), 345–353 (1992). doi: 10.1080/09553009214551031
  29. Иванов А. А., Бычкова Т. М., Никитенко О. В. и Ушаков И. Б. Радиобиологические эффекты протонов. Медицинская радиология и радиационная безопасность, 64 (3), 19–31 (2019). doi: 10.12737/article_5cf2306a3b26d6.36140627
  30. Balakin V. E., Rozanova O. M., Smirnova E. N., Belyakova T. A., Shemyakov A. E., and Strelnikova N. S. Assessment of the relative biological efficiency of pencil beam scanning of protons in mice in vivo. Dokl. Biochem. Biophys., 499 (1), 215–219 (2021). doi: 10.1134/S1607672921040037
  31. Биофизические основы действия космической радиации и излучений ускорителей, под ред. Жуковской Н. Е. и Черножуковой Е. М. (Проблемы космической биологии, т. 60) (Наука, Л., 1989).
  32. Бекетов Е. Е., Исаева Е. В., Наседкина Н. В., Соловьев А. Н., Голованова О. Ю., Ульяненко Л. Н., Малахов Е. П., Кисель А. А., Ульяненко С. Е., Шегай П. В., Иванов С. А. и Каприн А. Д. Равномерность биологической дозы в распределенном пике Брэгга терапевтической установки со сканирующим пучком протонов. Вопросы онкологии, 65 (4), 532–536 (2019).
  33. Feola J. M., Hwang H. N., Beach J. L., and Maruyam Y. Relative biological effectiveness of 252Cf radiation as estimated by thymus weight loss. J. Radiat. Res., 26 (1), 140–149 (1985). doi: 10.1269/jrr.26.140
  34. Gridley D. S., Pecaut M. J., and Nelson G. A. Totalbody irradiation with high-LET particles: acute and chronic effects on the immune system. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 282 (3), 677–688 (2002). doi: 10.1152/ajpregu.00435.2001
  35. Шалгимбаева Г. С., Жетписбаева Х. С., Адрисова К. С., Жетписбаев Б. А. и Куанышева А. Г. Алимбаева А. А. Отдаленные эффекты малой дозы гамма-излучения на лимфоидные органы иммуногенеза. Наука и здравоохранение, 4, 46-48 (2014).
  36. Giedzinski E., Rola R., Fike J. R., and Limoli C. L. Efficient production of reactive oxygen species in neural precursor cells afterL exposure to 250 MeV protons. Radiat. Res., 164 (4, Pt 2), 540–544 (2005). doi: 10.1667/rr3369.1
  37. Narang H., Kumar A., Bhat N., Pandey B. N., and Ghosh A. Effect of proton and gamma irradiation on human lung carcinoma cells: Gene expression, cell cycle, cell death, epithelial-mesenchymal transition and cancer-stem cell trait as biological end points. Mutation Res., 780, 35–46 (2015). doi: 10.1016/j.mrfmmm.2015.07.006

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».