В Курчатовском институте изучили воздействие нейтронного излучения на нейральные стволовые клетки мозга

Лучевая терапия с использованием ионизирующего излучения — один из перспективных методов лечения пациентов с различными формами опухолей головы и шеи. В то же время медикам важно понимать, насколько такой метод безопасен для человека.

В настоящее время специалистам хорошо известны реакции клеток центральной нервной системы (ЦНС) на рентгеновское и гамма-излучение. А вот воздействие нейтронного излучения, особенно в диапазоне низких доз, до сих пор изучено мало. При этом потребность в таких исследованиях очевидна: при нейтронной терапии опухолей мозга облучению, хоть и в более низких дозах, частично подвергаются здоровые ткани, окружающие опухоль.

Ученые НИЦ "Курчатовский институт" провели серию экспериментов, чтобы исследовать реакцию клеток ЦНС на нейтронное излучение.

"Мы исследовали действие гамма-нейтронного излучения на нейральные стволовые клетки ЦНС, — рассказывает Галина Посыпанова, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и молекулярной медицины НИЦ "Курчатовский институт". — Поговорка "нервные клетки не восстанавливаются" давно устарела. В конце прошлого века ученые обнаружили в мозге человека, животных и даже у мушки-дрозофилы небольшую популяцию клеток, способных размножаться и далее превращаться в полноценные нервные клетки. Эти клетки, которые назвали нейральными стволовыми клетками, выполняют очень важную функцию: при любых повреждениях мозга (например, травмах или инсультах) они начинают интенсивно размножаться, дифференцироваться и мигрировать в пострадавшие области мозга, где замещают погибшие нервные клетки. 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".

Конечно, в клетках имеются достаточно мощные и разнообразные механизмы репарации, то есть "починки" ДНК. Однако в случае обширных повреждений эти механизмы не справляются. Тогда клетка погибает или репарация проходит с ошибками, что может привести к мутациям и последующему перерождению клетки в раковую. Гибель нейральных стволовых клеток приводит к тому, что новые нервные клетки не образуются. Следствием их "дефицита" могут стать различные когнитивные дисфункции. При этом последствия могут проявиться в отдаленные периоды после воздействия — через месяц, два или даже год.

Чтобы избежать или хотя бы минимизировать негативные эффекты облучения, необходимо знать, при каких дозах и через какое время после воздействия малых доз нейтронного излучения возможно восстановление нейральных стволовых клеток.

В ходе экспериментов специалисты лаборатории клеточной биологии и молекулярной медицины выделяли стволовые клетки из мозга мышей и облучали их в коллимированном пучке нейтронов и гамма-лучей ядерного реактора ИР-8, работающего в Курчатовском институте. На пятые и седьмые сутки после облучения ученые оценивали выживаемость клеток, а также способность каждой отдельной клетки к формированию колонии. Было установлено, что нейтронное излучение повреждает стволовые клетки мозга намного сильнее, чем гамма-излучение: относительная биологическая эффективность, оцениваемая по выживаемости этих клеток, оказалась почти на порядок выше. Это означает, что даже относительно низкие дозы нейтронов опасны для мозга. При этом степень негативного воздействия на нервные клетки зависит от дозы облучения.

"В результате гибели или снижения скорости репарации нейральных стволовых клеток замедляется нейрогенез (образование новых нервных клеток в зрелой центральной нервной системе), — комментирует Алла Родина, начальник отдела клеточной биологии, иммунологии и молекулярной медицины НИЦ "Курчатовский институт". — Кроме того, если погибших клеток много, может начаться воспаление, которое также снижает скорость нейрогенеза".

Ученые подтвердили и нарушение когнитивных функций мозга вследствие снижения скорости нейрогенеза: через два месяца после пролонгированного гамма-нейтронного облучения в дозе 500 мГр у мышей были зафиксированы нарушения долговременной памяти и способности к обучению.

По результатам исследований ученые планируют предложить новые подходы к диагностике и коррекции когнитивных нарушений, вызванных подавлением нейрогенеза в гиппокампе под действием низких доз гамма-нейтронного излучения. Например, по словам А. Родиной, с негативными последствиями могут справиться препараты, направленные на снижение воспаления и окислительного стресса в ЦНС после облучения. Дозы препаратов и схемы приема будут зависеть от степени повреждения.