КОСТНОМОЗГОВОЙ КОМПАРТМЕНТ ex vivo В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО γ-ОБЛУЧЕНИЯ
- Авторы: Маркина Е.А.1, Бобылёва П.И.1, Жидкова О.В.1, Лашуков П.В.1, Буравкова Л.Б.1
-
Учреждения:
- Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
- Выпуск: Том 65, № 1 (2025)
- Страницы: 3-14
- Раздел: Радиационная эпидемиология
- URL: https://ogarev-online.ru/0869-8031/article/view/308028
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869803125010019
- EDN: https://elibrary.ru/kngzjt
- ID: 308028
Цитировать
Аннотация
Длительное воздействие ионизирующего излучения в низких дозах является одним из факторов риска для здоровья космонавтов, при этом нарушения кроветворения, вызванные повреждением клеток костного мозга (КМ), являются наиболее частым результатом облучения. Цель настоящей работы заключалась в оценке эффектов хронического воздействия ионизирующего излучения на гемопоэтические стволовые и прогениторные клетки (ГСПК) и стромальные прогениторные клетки КМ. При моделировании радиационного воздействия крыс подвергали 10-кратному внешнему фракционированному γ-излучению в суммарной дозе 500 сГр в течение 33 дней. Контрольная группа животных содержалась в стандартных условиях вивария. Изучали клеточный состав и функциональные характеристики клеток КМ из бедренных костей крыс. После облучения наблюдалось снижение клеточности КМ и изменение экспрессии поверхностных маркеров. Стромальные прогениторные клетки после облучения характеризовались более высоким уровнем индуцированной и спонтанной адиподифференцировки, сниженным пролиферативным потенциалом. В опытной группе было снижено общее количество гемопоэтических колоний и угнетены различные ростки кроветворения, кроме КОЕ-ГМ. После облучения культура кариоцитов КМ характеризовалась более высокой продукцией цитокинов, которые тормозят пролиферацию ГСПК (IL-18, IFNγ) и активируют их дифференцировку (IL-6). Также наблюдалось возрастание экспрессии генов и продукции цитокинов с прорезорбтивным действием на фоне снижения экспрессии генов, вовлеченных в остеогенез. Таким образом, продемонстрировано, что хроническое фракционированное радиационное воздействие в диапазоне низких доз вызывает негативные изменения со стороны стромального и гемопоэтического дифферонов КМ, что может привести к нарушению кроветворения.
Об авторах
Е. А. Маркина
Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
Email: goncharova-tim@list.ru
Москва, Россия
П. И. Бобылёва
Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
Email: blastoblast@gmail.com
Москва, Россия
О. В. Жидкова
Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
Email: flain-fish@yandex.ru
Москва, Россия
П. В. Лашуков
Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
Email: goncharova-tim@list.ru
Москва, Россия
Л. Б. Буравкова
Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: buravkova@imbp.ru
Москва, Россия
Список литературы
- Domaratskaya E.I., Michurina T.V., Bueverova E.I. et al. Studies on clonogenic hemopoietic cells of vertebrate in space: problems and perspectives.Adv. Space. Res.2002;30:771–776. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00394-0
- Markina E.A., Kokhan V.S., Roe M.P. et al. The Effects of Radiation and Hindlimb Unloading on Rat Bone Marrow Progenitor Cells.Cell. Tissue. Biol.2018;12:183–196. https://doi.org/10.1134/S1990519X18030069
- Vacek A., Michurina T.V., Serova L.V. et al. Decrease in the number of progenitors of erythrocytes (BFUe, CFUe), granulocytes and macrophages (GM-CFC) in bone marrow of rats after a 14-day flight onboard the Cosmos-2044 Biosatellite.Folia. Biol.1991; 37:35–41
- Wronski T.J., Morey E.R. Effect of spaceflight on periosteal bone formation in rats.Am. J. Physiol.-Regul. Integr. Comp. Physiol.1983;244:R305–R309. https://doi.org/10.1152/ajpregu.1983.244.3.R305
- Дурнова Г.Н., Капланский А.С., Морей-Холтон Э.Р. и др. Исследование большеберцовых костей крыс, экспонированных на “Спейслэб-2”: Гистоморфометрический анализ.Авиакосм. экол. мед.1996;30(1):21–26. [Durnova G.N., Kaplanskij A.S., Morej-Holton E.R. i dr. Issledovanie bol’shebercovyh kostej krys, eksponirovannyh na “Spejsleb-2”: Gistomorfometricheskij analiz. Aviakosm.Ekol. Med. 1996;30(1):21–26. (In Russ.)]
- Шафиркин А.В., Григорьев Ю.Г., Коломенский А.В. Межпланетные и орбитальные космические полеты. Радиационный риск для космонавтов. Радиобиологическое обоснование. М.: Экономика, 2009. 639 с. [ Shafirkin A.V., Grigor’ev Yu.G., Kolomenskij A.V. Mezhplanetnyei orbital’nye kosmicheskie polety. Radiacionnyj risk dlya kosmonavtov. Radiobiologicheskoe obosnovanie. M.: Izd. Ekonomika, 2009. 639 s. (In Russ.)]
- Green D.E., Rubin C.T. Consequences of irradiation on bone and marrow phenotypes, and its relation to disruption of hematopoietic precursors.Bone.2014; 63:87–94. https://doi.org/10.1016/j.bone.2014.02.018
- Waselenko J.K. Medical Management of the acute radiation syndrome: recommendations of the strategic national stockpile radiation working group. Ann. Int. Med.2004;140:1037. https://doi.org/10.7326/0003-4819-140-12-200406150-00015
- Fliedner T.M., Graessle D.H., Meineke V., Feinendegen L.E. Hemopoietic response to low dose-rates of ionizing radiation shows stem cell tolerance and adaptation.Dose-Response.2012;10:dose-response.1. https://doi.org/10.2203/dose-response.12-014.Feinendegen
- Henry E., Arcangeli M.-L. How hematopoietic stem cells respond to irradiation: similarities and differences between low and high doses of ionizing radiations.Exp. Hematol. 2021;94:11–19. https://doi.org/10.1016/j.exphem.2020.12.001
- Richardson R.B. Stem cell niches and other factors that influence the sensitivity of bone marrow to radiation-induced bone cancer and leukaemia in children and adults.Int. J. Radiat. Biol.2011;87:343–359. https://doi.org/10.3109/09553002.2010.537430
- Islam M.S., Stemig M.E., Takahashi Y., Hui S.K. Radiation response of mesenchymal stem cells derived from bone marrow and human pluripotent stem cells.J. Radiat. Res.2015;56:269–277. https://doi.org/10.1093/jrr/rru098
- Wang Y., Zhu G., Wang J., Chen J. Irradiation alters the differentiation potential of bone marrow mesenchymal stem cells.Mol. Med. Rep.2016;13:213–223. https://doi.org/10.3892/mmr.2015.4539
- Yang L., Liu Z., Chen C. et al. Low-dose radiation modulates human mesenchymal stem cell proliferation through regulating CDK and Rb.Am. J. Transl. Res.2017;9(4):1914–1921.
- Mcphee J.C., Charles J.B. Human health and performance risks of space exploration missions. National Aeronautics and Space Administration, 2009. 398 p.
- Cao X., Wu X., Frassica D., et al. Irradiation induces bone injury by damaging bone marrow microenvironment for stem cells.Proc. Natl. Acad. Sci. 2011;108:1609–1614. https://doi.org/10.1073/pnas.1015350108
- Chalot M., Barroca V., Devanand S. et al. Deleterious effect of bone marrow-resident macrophages on hematopoietic stem cells in response to total body irradiation.Blood. Adv.2022;6:1766–1779. https://doi.org/10.1182/bloodadvances.2021005983
- Rettig M.P., Ansstas G., DiPersio J.F. Mobilization of hematopoietic stem and progenitor cells using inhibitors of CXCR4 and VLA-4. 2012;26:34–53. https://doi.org/10.1038/leu.2011.197
- Arbonés M.L., Ord D.C., Ley K. et al. Lymphocyte homing and leukocyte rolling and migration are impaired in L-selectin-deficient mice.Immunity.1994;1:247–260. https://doi.org/10.1016/1074-7613(94)90076-0
- Alwood J.S., Shahnazari M., Chicana B. et al. Ionizing radiation stimulates expression of pro-osteoclastogenic genes in marrow and skeletal tissue.J. Interferon. Cytokine. Res.2015;35:480–487. https://doi.org/10.1089/jir.2014.0152
- Li Y., Hoffman M.D., Benoit D.S.W. Matrix metalloproteinase (MMP)-degradable tissue engineered periosteum coordinates allograft healing via early stage recruitment and support of host neurovasculature.Biomaterials.2021;268:120535. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120535
- Si J., Wang C., Zhang D. et al. Osteopontin in bone metabolism and bone diseases.Med. Sci. Monit. 2020;26:e919159. https://doi.org/10.12659/MSM.919159
- Poncin G., Beaulieu A., Humblet C. Characterization of spontaneous bone marrow recovery after sublethal total body irradiation: importance of the osteoblastic/adipocytic balance.PLoS. ONE.2012;7:e30818. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030818
- Zou Q., Hong W., Zhou Y. Bone marrow stem cell dysfunction in radiation-induced abscopal bone loss.J. Orthop. Surg.2016;11:3. https://doi.org/10.1186/s13018-015-0339-9
- Zhong L., Yao L., Holdreith N. et al. Transient expansion and myofibroblast conversion of adipogenic lineage precursors mediate bone marrow repair after radiation.JCI. Insight. 2022;7:e150323. https://doi.org/10.1172/jci.insight.150323
- Ma J., Shi M., Li J. et al. Senescence-unrelated impediment of osteogenesis from Flk1+ bone marrow mesenchymal stem cells induced by total body irradiation and its contribution to long-term bone and hematopoietic injury.Haematologica.2007;92:889–896. https://doi.org/10.3324/haematol.11106
- Muramoto G.G., Chen B., Cui X. et al. Vascular endothelial cells produce soluble factors that mediate the recovery of human hematopoietic stem cells after radiation injury.Biol. Blood. Marrow. Transplant.2006;12:530–540. https://doi.org/10.1016/j.bbmt.2005.12.039
- Li T., Wu Y. Paracrine molecules of mesenchymal stem cells for hematopoietic stem cell niche.Bone. Marrow. Res.2011;2011:1–8. https://doi.org/10.1155/2011/353878
- Jahandideh B., Derakhshani M., Abbaszadeh H. et al. The pro-Inflammatory cytokines effects on mobilization, self-renewal and differentiation of hematopoietic stem cells.Hum. Immunol.2020;81:206–217. https://doi.org/10.1016/j.humimm.2020.01.004
Дополнительные файлы
