Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2021. Том 66. № 5. C.5–10
Р.О. Шаталова1, С.А. Гурова1, В.А. Ревкова2, И.В. Ильина3, Д.С. Ситников3
ВЛИЯНИЕ МОЩНОГО НЕИОНИЗИРУЮЩЕГО
ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЗДОРОВЫЕ
И ОПУХОЛЕВЫЕ КЛЕТКИ ЧЕЛОВЕКА
НЕЙРАЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
1Обнинский институт атомной энергетики – Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт), Обнинск.
2Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи
и медицинских технологий ФМБА России, Москва.
3Объединенный институт высоких температур РАН, Москва
Контактное лицо: Дмитрий Сергеевич Ситников: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
РЕФЕРАТ
Цель: Изучение влияния мощного импульсного когерентного неионизирующего терагерцового (ТГц) излучения на формирование фокусов двунитевых разрывов ДНК и пролиферативную активность нейрональных клеток человека.
Материал и методы: Облучаемые клеточные культуры – нейральные прогениторные клетки, полученные методом прямого репрограммирования (drNPCs), клетки нейробластомы (SK-N-BE). Облучение клеток осуществляется последовательностью импульсов ТГц-излучения с пиковой удельной мощностью ~20 ГВт/см2 и напряженностью электрического поля 2,8 МВ/см.
Результаты: Показано, что непродолжительное воздействие (30 мин) не оказывает влияние на пролиферативную активность как нейральных прогениторных клеток, так и клеток нейробластомы. ТГц-излучение не вызывает значимого увеличения фокусов γН2АХ ни в одной из исследуемых линий клеток.
Ключевые слова: неионизирующее излучение, терагерцовое излучение, гистон Н2АХ, пролиферативная активность, нейральные стволовые клетки, нейробластома SK-N-BE
Для цитирования: Шаталова Р.О., Гурова С.А., Ревкова В.А., Ильина И.В., Ситников Д.С. Влияние мощного неионизирующего терагерцового излучения на здоровые и опухолевые клетки человека нейрального происхождения // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2021. Т. 66. № 5. С.5–10.
DOI: 10.12737/1024-6177-2021-66-5-5-10
Список литературы
1. Fröhlich H. Long-range coherence and energy storage in biological systems. Int J Quantum Chem. 1968;2(5):641–9. DOI: 10.1002/qua.560020505.
2. Alexandrov BS, Gelev V, Bishop AR, Usheva A, Rasmussen KØ. DNA breathing dynamics in the presence of a terahertz field. Phys Lett A. 2010;374(10):1214–7. DOI: 10.1016/j.physleta.2009.12.077.
3. Titova LV, Ayesheshim AK, Golubov A, Rodriguez-Juarez R, Woycicki R, Hegmann FA, et al. Intense THz pulses down-regulate genes associated with skin cancer and psoriasis: a new therapeutic avenue? Sci Rep. 2013;3(1):2363. DOI: 10.1038/srep02363.
4. Ольшевская ЮС, Козлов АС, Петров АК, Запара ТА, Ратушняк АС. Влияние на нейроны in vitro терагерцового (субмиллиметрового) лазерного излучения. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2009;59(3):353–9.[Olshevskaya YUS, Kozlov AS, Petrov AK, Zapara TA, Ratushnyak AS. Effect of Terahertz (Submillimeter) Laser Radiation on Neurons in Vitro. Journal of Higher Nervous Activity. I.P. Pavlova. 2009; 59 (3): 353-9.]
5. Zapara TA, Treskova SP, Ratushniak AS. Effect of antioxidants on the interaction of terahertz (submillimeter) laser radiation and neuronal membrane. J Surf Investig. 2015;9(5):869–71.
6. Cheon H, Paik JH, Choi M, Yang HJ, Son JH. Detection and manipulation of methylation in blood cancer DNA using terahertz radiation. Sci Rep. 2019;9(1):1–10. DOI: 10.1038/s41598-019-42855-x.
7. Tan SZ, Tan PC, Luo LQ, Chi YL, Yang ZL, Zhao XL, et al. Exposure Effects of Terahertz Waves on Primary Neurons and Neuron-like Cells Under Nonthermal Conditions. Biomed Environ Sci. 2019;32(10):739–54. DOI: 10.3967/bes2019.094.
8. Perera PGT, Appadoo DRT, Cheeseman S, Wandiyanto J V, Linklater D, Dekiwadia C, et al. PC 12 pheochromocytoma cell response to super high frequency terahertz radiation from synchrotron source. Cancers (Basel). 2019;11(2):1–17. DOI: 10.3390/cancers11020162.
9. Maskey D, Pradhan J, Aryal B, Lee C-M, Choi I-Y, Park K-S, et al. Chronic 835-MHz radiofrequency exposure to mice hippocampus alters the distribution of calbindin and GFAP immunoreactivity. Brain Res. 2010;1346(Maskey2010):237–46. DOI: 10.1016/j.brainres.2010.05.045.
10. Rogakou EP, Boon C, Redon C, Bonner WM. Megabase Chromatin Domains Involved in DNA Double-Strand Breaks in Vivo. J Cell Biol. 1999;146(5):905–16. DOI: 10.1083/jcb.146.5.905.
11. Barnes JL, Zubair M, John K, Poirier MC, Martin FL. Carcinogens and DNA damage. Biochem Soc Trans. 2018 Oct 19;46(5):1213–24. DOI: 10.1042/BST20180519.
12. Sitnikov DS, Ilina I V, Pronkin AA. Experimental system for studying bioeffects of intense terahertz pulses with electric field strength up to 3.5 MV/cm. Opt Eng. 2020;59(06):061613. DOI: 10.1117/1.OE.59.6.061613.full
13. Овчинников АВ, Чефонов ОВ, Ситников ДС, Ильина ИВ, Ашитков СИ, Агранат МБ, Источник терагерцевого излучения с напряженностью электрического поля свыше 1 МВ/см на основе фемтосекундного хром-форстеритового лазера с частотой следования импульсов 100 Гц. Квантовая электроника. 2018;48(6):554–8. [Ovchinnikov AV, Chefonov OV, Sitnikov DS, Il’ina I V, Ashitkov SI, Agranat MB. A source of THz radiation with electric field strength of more than 1 MV cm-1 on the basis of 100-Hz femtosecond Cr : forsterite laser system. Quantum Electron. 2018;48(6):554–8. (In Russian) DOI: 10.1070/ qel16681].
14. Sitnikov DS, Romashevskiy SA, Ovchinnikov A V, Chefonov O V, Savel’ev AB, Agranat MB. Estimation of THz field strength by an electro-optic sampling technique using arbitrary long gating pulses. Laser Phys Lett. 2019;16(11):115302. DOI: 10.1088/1612-202X/ab4d56.
15. Ситников ДС, Ильина ИВ, Гурова СА, Шаталова РО, Ревкова ВА. Исследование индукции двунитевых разрывов в фибробластах кожи человека терагерцевым излучением высокой интенсивности. Известия Российской Академии Наук Серия Физическая. 2020;84:1605–16. DOI: 10.31857/s0367676520110277. [Sitnikov DS, Ilina I V, Gurova SA, Shatalova RO, Revkova VA. Studying the Induction of Double-Strand Breaks in Human Fibroblasts by High-Intensity Terahertz Radiation. Bull Russ Acad Sci Phys. 2020;84(11):1370–4. (In Russian) DOI: 10.3103/S1062873820 110-246].
16. Dhuppar S, Roy S, Mazumder A. γH2AX in the S Phase after UV Irradiation Corresponds to DNA Replication and Does Not Report on the Extent of DNA Damage. Mol Cell Biol. 2020;40(20). DOI: 10.1128/MCB.00328-20.
17. Bourge M, Fort C, Soler M, Satiat‐Jeunemaître B, Brown SC. A pulse-chase strategy combining click‐EdU and photoconvertible fluorescent reporter: tracking Golgi protein dynamics during the cell cycle. New Phytol. 2015;205(2):938–50. DOI: 10.1111/nph.13069.
18. Yu T, MacPhail SH, Banáth JP, Klokov D, Olive PL. Endogenous expression of phosphorylated histone H2AX in tumors in relation to DNA double-strand breaks and genomic instability. DNA Repair (Amst). 2006;5(8):935–46. DOI: 10.1016/j.dnarep.2006.05.040.
19. Sitnikov DS, Ilina I V., Revkova VA, Konoplyannikov MA, Kalsin VA, Baklaushev VP. Effect of high-power pulses of terahertz radiation on cell viability. In: 2020 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE; 2020. p. 1. DOI: 10.1109/ICLO48556.2020.9285431.
20. Nagelkerke A, Span PN. Staining Against Phospho-H2AX (γ-H2AX) as a Marker for DNA Damage and Genomic Instability in Cancer Tissues and Cells. In: Koumenis C, Coussens LM, Giaccia A, Hammond E, editors. Tumor Microenvironment. Springer International Publishing; 2016. p. 1–10. PMID: 27325258 DOI: 10.1007/978-3-319-26666-4_1
PDF (RUS) Полная версия статьи
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследования выполнены с использованием УНУ «Лазерный тераваттный фемтосекундный комплекс», входящий в состав ЦКП «Лазерный фемтосекундный комплекс» ОИВТ РАН при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-02-00762.
Участие авторов.
Разработка концепции исследования и сборка экспериментальной схемы – Ситников Д.С;
разработка дизайна исследования, работа с клеточной культурой, исследование ТГц воздействия – Ревкова В.А.;
проведение экспериментов по облучению клеток – Ситников Д.С, Ильина И.В, Гурова С.А., Шаталова Р.О.,
статистическая обработка данных – Гурова С.А., Шаталова Р.О.,
написание и научное редактирование текста – все авторы.
Поступила: 16.03.2021. Принята к публикации: 21.04.2021