Исследование особенностей действия излучения, генерируемого Серпуховским ускорителем, на различные биологические объекты. Смирнова Е.Н., Заичкина С.И., Розанова О.М., Ахмадиева А.Х., Аптикаева Г.Ф. Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, Россия

Экспериментальные исследования проводились в Лаборатории Радиационной цитогенетики Института биофизики РАН совместно с Отделом радиационных исследований ИФВЭ. Эта работа была начата нами в середине 80-х годов, поскольку изучение мутагенного действия частиц высоких и сверхвысоких энергий представляло интерес с точки зрения оценки риска, как при работе на ускорителях, так и во время космических полетов.

Известно, что в земных условиях единственно доступными источниками излучения, близкого по своим физическим характеристикам к космическому, являются ускорители заряженных частиц. Кроме прикладного аспекта, исследование биологического действия этих частиц является инструментом для изучения такой фундаментальной проблемы, как выяснение механизмов инициации и формирования повреждений в генетическом аппарате клеток, так называемых хромосомных нарушений, которые, как сейчас уже доказано, имеют непосредственное отношение к злокачественной трансформации клеток. По-видимому, практически любая патология в организме, так или иначе, обусловлена изменениями в генетическом аппарате клеток.

С этой точки зрения, мы проводили исследование мутагенного действия и определение относительной биологической эффективности вторичного излучения от протонов с энергией 70 ГэВ и нейтронным излучением с энергией 30 ГэВ. Объектами исследования служили: культура фибробластов китайского хомячка, клетки мыши линии NIH 3Т3, 2 линии мышиной лимфомы, лимфоциты периферической крови человека, а также целые организмы: 2 вида растений: Vicia faba и Crepis capillaries и мыши. Были получены дозовые зависимости и определена относительная биологическая эффективность с помощью цитогенетических и молекулярных методов.

Техническое обеспечение экспериментов и дозиметрия осуществлялись сотрудниками Отдела радиационных исследований. Все исследуемые объекты облучали в зоне внутренней мишени 4-го канала при мощности дозы 1 Гр/мин. Вторичное излучение, генерируемое протонами с энергией 70 ГэВ, представляет собой естественную смесь частиц различных сортов и энергий (протоны, нейтроны, лептоны и другие), энергетический спектр которых простирается до 70 ГэВ. Число нейтронов в этой смеси составляет около 90 %. Средняя энергия в точке облучения наиболее значимых частиц равна: нейтронов – 47 ГэВ, протонов и заряженных пионов – 5 и 3,5 ГэВ, соответственно. Облучение объектов в кольце ускорителя обеспечивалось специально разработанной системой автоматической доставки под руководством А.В. Антипова.

Хроническое нейтронное облучение проводили на канале нейтральных частиц с энергией 30 ГэВ. Интенсивность до 10 7 за сброс длительностью 0.5 сек, частота повторения импульсов 0.1 Гц, примесь заряженных частиц 2%, средняя мощность дозы 6 сГр/сут. Параллельно, такие же объекты облучали y-квантами 60 Со на установке ГУБЭ при мощности дозы 1,2 Гр/мин в Институте Биофизики в Пущино.

Для исследования мутагенного действия различных физических и химических факторов на клетки и организмы чаще всего используются цитогенетические методы. Первым методом является анализ различных хромосомных повреждений, который основан на микроскопическом учете видимых нарушений структуры хромосом в делящихся клетках на определенных стадиях клеточного цикла. Вторым способом оценки этих же цитогенетических нарушений, является метод подсчета клеток с микроядрами. Микроядерный тест имеет ряд преимуществ, по сравнению с методом подсчета хромосомных нарушений, поскольку он позволяет получить сведения об эффективности воздействия сразу по всему клеточному циклу. Поэтому в зависимости от задачи мы использовали оба метода.

За время нашей совместной работы было получено большое количество данных. Все они были опубликованы в различных отечественных и зарубежных журналах. Подробно были доложены в Вашем Институте на конференции в декабре 2001 года. Наиболее интересными, с нашей точки зрения, на сегодняшний момент являются данные по изучению действия малых доз различных излучений.

Дозовые зависимости на фибробластах китайского хомячка и растениях (проростки Vicia faba) Фибробласты китайского хомячка Проростки семян Vicia faba

Дозовые зависимости на фибробластах китайского хомячка при γ–излучении и вторичном излучении протонов с энергией 70 ГэВ

Дозовые зависимости цитогенетического повреждения фибробластов китайского хомячка от дозы вторичного излучения (1), γ-излучения в присутствии кофеина (2) и γ-излучения (3) По оси абсцисс доза облучения, Гр; по оси ординат – выход клеток с микроядрами

Дозовые зависимости при облучении культуры клеток фибробластов китайского хомячка нейтронами с энергией 30 ГэВ; вторичным излучением протонов с энергией 70 ГэВ; γ-излучением.

- нейтронами с энергией 30 ГэВ Дозовая зависимость по выходу аберраций хромосом в культуре лимфоцитов человека, полученной после облучения образцов донорской крови: - γ-излучением - острое облучение - хроническое облучение

Дозовая зависимость выхода микроядер в полихроматофильных эритроцитах костного мозга мышей Вторичное излучение от протонов с энергией 70 ГэВ γ-излучение

Заключение: В результате проведенных исследований на различных объектах при облучении малыми дозами острого и хронического излучений на Серпуховском ускорителе нами было показано, что эти виды излучения имеют ОБЭ от 1 до 3 в зависимости от величины дозы. Мы предполагаем, что это связано с разной эффективностью репарации ДНК и качеством первоначально индуцированных повреждений ДНК. Таким образом, повреждения от ускорителя не модифицируются ни протекторами ни ингибиторами. Это дает основание сделать вывод о том, что это излучение само ингибирует репарацию, так как модификация осуществляется через репарацию ДНК.