Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 43728 10.12737/1024-6177-2020-65-6-5-10 Радиационная биология Radiation biology Радиационная биология Analysis of the Effects of Low-Dose Radiation on Human Mesenchymal Stem Cells АНАЛИЗ ЭФФЕКТОВ НИЗКИХ ДОЗ РАДИАЦИИ НА МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ЧЕЛОВЕКА Усупжанова Д. Ю. Usupzhanova D. Yu. Астрелина Т. А. Astrelina T. A.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Кобзева И. В. Kobzeva I. V.

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Никитина В. А. Nikitina V. A.

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Сучкова Ю. Б. Suchkova Yu. B.

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Брунчуков В. А. Brunchukov V. A. Расторгуева А. А. Rastorgueva A. A. Брумберг В. А. Brumberg V. A. Бушманов А. Ю. Bushmanov A. Yu.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Самойлов А. С. Samoylov A. S.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation 65 6 5 10 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/43728/view

Цель: Изучение влияния низких доз рентгеновского излучения на мезенхимальные стволовые клетки (МСК) для оценки отдаленных последствий in vitro. Материал и методы: В исследовании использованы неперсонифицированные образцы МСК слизистой ткани десны человека. Клетки облучали с помощью рентгеновской установки RUST-M1 (Россия) в дозах 50, 80, 100, 250 и 1000 мГр (мощность дозы 40 мГр/мин) после чего культивировали согласно стандартной методике. Иммунологическая характеристика и жизнеспособность МСК оценивалась на проточном цитофлуориметре FACSCanto II (Becton Dickinson CA, США) на ранних и поздних пассажах. Пролиферативная активность (ПА) оценивалась с использованием прибора для анализа клеток в режиме реального времени xCelligence (ACEA Biosciencs, Inc.). Результаты: Показано, что при длительном культивировании ПА МСК слизистой ткани десны, облученных в дозе 50 мГр, сравнима с группой контроля, в то время как дозы 100 и 250 мГр демонстрировали ее снижение. У необлученных МСК отмечалось снижение ПА в процессе культивирования при добавлении кондиционной среды от клеток, получивших дозу облучения 100 0мГр, и повышение ПА в процессе культивирования при добавлении кондиционной среды от клеток, получивших дозу облучения 50, 100 и 250 мГр. Также была отмечена «адаптивность» клеток, предварительно облученных в дозе 250 мГр, к угнетающему пролиферацию действию кондиционной среды клеток, получивших дозу облучения 1000 мГр. Заключение: В представленном исследовании оценка эффектов низких доз радиации сфокусирована на «эффекте свидетеля», отмеченного при добавлении кондиционных сред от облученных клеток к предварительно облученным и необлученным МСК. Сделан вывод, что «эффект свидетеля» для низких и высоких доз различен, а его биологический смысл требует дополнительного изучения. Адаптивный ответ клеток, получивших дозу облучения 250 мГр, к угнетающему ПА действию кондиционной среды дозы 1000 мГр приводит к заключению, что эффект низких доз может быть позитивным. Результаты исследования в большей мере укладываются в рамках пороговой нелинейной концепции, согласно которой эффект не пропорционален полученной дозе облучения.

Purpose: The aim of the study was to study the effect of low X-ray doses on human mesenchymal stem cells (MSCs) in long-term cultivation in vitro. Material and methods: MSCs of the mucosal gum tissue of human were used. Cells were irradiated using an RUST-M1 X-ray unit (Russia) at doses of 50, 80, 100, 250 and 1000 mGy (dose rate40 mGy/min) and then cultivated according to standard methods. Immunological characteristics and viability of MSCs were evaluated on a FACSCanto II flow cytometer (Becton Dickinson CA, USA) for early and late passengers. Proliferative activity (PA) was evaluated using an xCelligence real-time cell analyzer (ACEA Biosciencs, Inc.). Results: It was shown that the proliferative activity (PA) of MSCs of the mucosal gum tissue which were irradiated at dose 50 mGy is comparable with the control group in long-term cultivation while doses of 100 and 250 mGy showed a decrease of PA. Also non-irradiated MSCs showed a significant decrease of the PA during cultivation in a conditioned medium from cells that received dose of 1000 mGy and an increase of PA during cultivation in a conditioned medium of cells that received doses of 50, 100 and 250 mGy. The cells were previously irradiated at dose 250 mGy showed adaptive response during cultivation in conditioned medium from cells that received dose of 1000 mGy. Сonclusion: The assessment of the effects of low radiation doses was focused on the bystander effect in the presented study. It was noted after adding conditioned media from irradiated cells to previously irradiated and non-irradiated MSCs. The bystander effects for low and high doses are different and their biological meaning requires further study. The phenomenon of adaptive response was shown after addition conditioned media from cells irradiated at dose 1000 mGy to pre-irradiated MSCs received a dose of 250 mGy. The obtained result leads to the conclusion that the effects of low doses can be positive. Thus, the results of study mainly correspond to the threshold nonlinear concept, according to which the effect is not proportional to the received radiation dose.

 мезенхимальные стволовые клетки низкие дозы рентгеновское излучение human stem cells low doses X-ray

Squillaro T, Galano G, De Rosa R, Peluso G, Galderisi U. Concise Review: The Effect of LowDose Ionizing Radiation on Stem Cell Biology: A Contribution to Radiation Risk. Stem Cells. 2018 Aug; 36(8):1146-53. Squillaro T, Galano G, De Rosa R, Peluso G, Galderisi U. Concise Review: The Effect of LowDose Ionizing Radiation on Stem Cell Biology: A Contribution to Radiation Risk. Stem Cells. 2018 Aug; 36(8):1146-53. Fazel R, Krumholz HM, Wang Y et al. Exposure to low-dose ionozing radiation from medical imaging procedures. N Engl J Med. 2009; 361:849-57. Fazel R, Krumholz HM, Wang Y et al. Exposure to low-dose ionozing radiation from medical imaging procedures. N Engl J Med. 2009; 361:849-57. ICRP. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Vol 103. 2007:1-332. ICRP. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Vol 103. 2007:1-332. Pustovalova M, Astrelina T, Grekhova A, Vorobyeva N, Tsvetkova A, Nikitina V, et al. Persistent γH2AX foci Induced by Low Dose X-ray Radiation in Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells do not Cause Accelerated Senescence in the Progeny of Irradiated Cells. Aging. 2017; 9 (11): 2397-410. Pustovalova M, Astrelina T, Grekhova A, Vorobyeva N, Tsvetkova A, Nikitina V, et al. Persistent γH2AX foci Induced by Low Dose X-ray Radiation in Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells do not Cause Accelerated Senescence in the Progeny of Irradiated Cells. Aging. 2017; 9 (11): 2397-410. Li W, Wang G, Cui J et al. Low-dose radiation (LDR) induces hematopoietic hormesis: LDR-induced mobilization of hematopoietic progenitor cells intooperipheral blood circulation. Exp Hematol. 2004;32:1088-96. Li W, Wang G, Cui J et al. Low-dose radiation (LDR) induces hematopoietic hormesis: LDR-induced mobilization of hematopoietic progenitor cells intooperipheral blood circulation. Exp Hematol. 2004;32:1088-96. Coleman MA, Yin E, Peterson LE, et al. Low-dose irradiation alters the transcript profiles of human lymphoblastoid cells including genes associated with cytogenetic radioadaptive response. Radiat Res. 2005;164:369-82. Coleman MA, Yin E, Peterson LE, et al. Low-dose irradiation alters the transcript profiles of human lymphoblastoid cells including genes associated with cytogenetic radioadaptive response. Radiat Res. 2005;164:369-82. Tang FR, Loke WK. Molecular mechanisms of low dose ionizing radiation induced hormesis, adaptive responses, radioresistance, bystander effects and genomic instability. Int J Radiat Biol. 2015;91:13-27. Tang FR, Loke WK. Molecular mechanisms of low dose ionizing radiation induced hormesis, adaptive responses, radioresistance, bystander effects and genomic instability. Int J Radiat Biol. 2015;91:13-27. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4) 315-17. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4) 315-17. Mothersill C, Rea D, Wright EG, et al. Individual variation in the production of a `bystander signal' following irradiation ofprimary cultures of normal human urothelium. Carcinogenesis. 2001; 22(9):1465=71. Mothersill C, Rea D, Wright EG, et al. Individual variation in the production of a `bystander signal' following irradiation ofprimary cultures of normal human urothelium. Carcinogenesis. 2001; 22(9):1465=71. Liang X, So YH, et al. The low-dose ionizing radiation stimulates cell proliferation via activation of the MAPK/ERK pathway in rat cultured mesenchymal stem cells. J Radiat Res. 2011; 52(3):380-6. Liang X, So YH, et al. The low-dose ionizing radiation stimulates cell proliferation via activation of the MAPK/ERK pathway in rat cultured mesenchymal stem cells. J Radiat Res. 2011; 52(3):380-6. Bonner WM. Low-dose radiation: thresholds, bystander effects and adaptive responses. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100:4973-75. Bonner WM. Low-dose radiation: thresholds, bystander effects and adaptive responses. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100:4973-75. Mothersill C, Seymour CB. Cell-cell contact during gamma irradiation is not required to induce a bystander effect in normal human keratinocytes: evidence for release during irradiation of a signal controlling survival into the medium. Radiat. Res.1998;149, 256 =62. Mothersill C, Seymour CB. Cell-cell contact during gamma irradiation is not required to induce a bystander effect in normal human keratinocytes: evidence for release during irradiation of a signal controlling survival into the medium. Radiat. Res.1998;149, 256 =62.