Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ

2499-9962

54588

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Using of film dosimetry and simulation of the depth distribution of the absorbed dose at the irradiation of mouse cells with low doses of protons on the U-150 cyclotron

Использование пленочной дозиметрии и моделирования глубинного распределения поглощенной дозы при облучении клеток мыши низкими дозами протонов на циклотроне У-150

Смирнова

О. Д.

Smirnova

O. D.

smirnova0ksana@yandex.ru

Лукьяшин

В Е

Lukyashin

V E

Сёмочкина

Ю П

Semochkina

Yu P

Латушкин

С Т

Latushkin

S T

Родина

А В

Rodina

A V

Москалёва

Е Ю

Moskaleva

E Yu

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» Москва Россия National research center "Kurchatov Institute" Moscow Russian Federation

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» ru National research center "Kurchatov Institute" ru

25 12 2020

5 4 697 703 20 12 2020 20 12 2020

https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54588/view

Изучена чувствительность культивируемых мезенхимальных стромальных стволовых клеток (МСК), полученных из костного мозга мыши, к облучению протонами с энергией 32 МэВ и относительная биологическая эффективность (ОБЭ) протонов в диапазоне низких доз. Выживаемость МСК после облучения оценивали по изменению количества клеток и их клоногенной активности. Дозиметрию протонного излучения проводили с использованием радиохромной пленки ЕВТ3, которую подвергали облучению в тех же условиях, что и облучаемые клетки. Для этого образцы пленки размещали в аналогичных цилиндрических пробирках в культуральной среде, моделируя условия облучения суспензии клеток. Распределение энерговыделения протонов при прохождении пучка частиц через исследуемые образцы рассчитывали с использованием программы SRIM-2013-Pro. Показано, что как общее количество МСК, так и количество МСК, способных к пролиферации, снижается с увеличением дозы облучения протонами. При этом клетки, обладающие клоногенной активностью, более чувствительны к инактивации протонами, чем общая популяция облученных МСК. При сравнении чувствительности клоногенной активности МСК к облучению протонами и гамма-квантами, показано, что клетки в диапазоне низких доз (от 0,15 до 0,6 Гр) более чувствительны к действию протонов. При расчете ОБЭ протонов по полученным данным показано возрастание этого показателя в указанном диапазоне доз от 1,54 до 2,07.

The sensitivity of cultured mesenchymal stromal stem cells (MSC) obtained from mouse bone marrow to irradiation with 32 MeV protons and the relative biological efficiency (RBE) of protons in the low dose range were studied. The survival of MSCs after irradiation was assessed by the change in the number of cells and in their clonogenic activity. Dosimetry of proton radiation was performed using an EBT3 radiochromic film, which was irradiated under the same conditions as the irradiated cells. For this, the film samples were placed in similar cylindrical tubes in the culture medium, simulating the conditions for irradiation of the cell suspension. The distribution of the energy release of protons during the passage of a particle beam through the samples under study was calculated using the SRIM-2013-Pro software. It has been shown that both the total number of MSCs and the number of MSCs capable of proliferation decrease with an increase in the proton irradiation dose. Moreover, cells with clonogenic activity are more sensitive to inactivation by protons than the general population of irradiated MSCs. When comparing the sensitivity of the clonogenic activity of MSCs to irradiation with protons and gamma rays, it was shown that cells in the range of low doses (from 0.15 to 0.6 Gy) are more sensitive to the action of protons. When calculating the RBE of protons from the data obtained, an increase in this indicator was shown in the indicated dose range from 1.54 to 2.07.

Ускоренные частицы протоны линейная передача энергии дозиметрия дозиметрическая пленка ЕВТ3 ОБЭ относительная биологическая эффективность гамма-излучение мезенхимальные стволовые клетки клоногенная активность

accelerated particles protons linear energy transfer dosimetry dosimetry film EBT3 RBE relative biological effectiveness gamma radiation mesenchymal stem cells clonogenic activity

Тommasino F., Durante M. Proton radiobiology. Cancers, 2015, vol. 7, no. 1, рр. 353-381.

Tommasino F., Durante M. Proton radiobiology. Cancers, 2015, vol. 7, no. 1, rr. 353-381.

Джойнер М.С., Ван дер Когель О.Дж. Основы клинической радиобиологии. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013, 600 с. @@Joiner M., van der Kogel A., Eds., Basic Clinical Radiobiology Fourth Edition, Hodder Arnold Publication, London, 391 р. (In Russ.)

Dzhoyner M.S., Van der Kogel' O.Dzh. Osnovy klinicheskoy radiobiologii. Per. s angl. M.: BINOM. Laboratoriya znaniy, 2013, 600 s. @@Joiner M., van der Kogel A., Eds., Basic Clinical Radiobiology Fourth Edition, Hodder Arnold Publication, London, 391 r. (In Russ.)

Jones B. Proton radiobiology and its clinical implications. Ecancer, 2017, vol. 11, р. 777.

Jones B. Proton radiobiology and its clinical implications. Ecancer, 2017, vol. 11, r. 777.

Ворожцова С.В., Иванов А.А. Эффекты поражения и постлучевой репарации хромосомного аппарата клеток эпителия роговицы мышей после облучения протонами с энергией 25 МэВ. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2012, т. 46, № 4, с. 27-31. @@Vorozhtsova S.V., Ivanov A.A. Effects of damage and post-radiation reparation of cornea epithelium cells chromosomal apparatus in mice following irradiation by protons with the energy of 25 МeV. Aerospace and environmental medicine, 2012, vol. 46, no. 4, pp. 27-31. (In Russ.)

Vorozhcova S.V., Ivanov A.A. Effekty porazheniya i postluchevoy reparacii hromosomnogo apparata kletok epiteliya rogovicy myshey posle oblucheniya protonami s energiey 25 MeV. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya medicina, 2012, t. 46, № 4, s. 27-31. @@Vorozhtsova S.V., Ivanov A.A. Effects of damage and post-radiation reparation of cornea epithelium cells chromosomal apparatus in mice following irradiation by protons with the energy of 25 MeV. Aerospace and environmental medicine, 2012, vol. 46, no. 4, pp. 27-31. (In Russ.)

Хвостунов И.К., Пятенко В.С., Шепель Н.Н., Коровчук О.Н., Голуб Е.В., Жиронкина А.С, Хвостунова Т.И, Лычагин А.А. Анализ хромосомных аберраций в клетках млекопитающих при воздействии различных видов ионизирующего излучения. Радиация и риск, 2013, т. 22, № 4, с. 43-59. @@Khvostunov I.K., Pyatenko V.S., Shepel N.N., Korovchuk O.N., Golub E.V., Zhironkina A.S., Khvostunova T.I., Lychagin A.A. Analysis of chromosome aberrations induced in mammalian cells after exposure to different types of ionizing radiation. Radiation and risk, 2013, vol. 22, no. 4, pp. 43-59. (In Russ.)

Hvostunov I.K., Pyatenko V.S., Shepel' N.N., Korovchuk O.N., Golub E.V., Zhironkina A.S, Hvostunova T.I, Lychagin A.A. Analiz hromosomnyh aberraciy v kletkah mlekopitayuschih pri vozdeystvii razlichnyh vidov ioniziruyuschego izlucheniya. Radiaciya i risk, 2013, t. 22, № 4, s. 43-59. @@Khvostunov I.K., Pyatenko V.S., Shepel N.N., Korovchuk O.N., Golub E.V., Zhironkina A.S., Khvostunova T.I., Lychagin A.A. Analysis of chromosome aberrations induced in mammalian cells after exposure to different types of ionizing radiation. Radiation and risk, 2013, vol. 22, no. 4, pp. 43-59. (In Russ.)

Leibacher J., Henschler R. Biodistribution, migration and homing of systemically applied mesenchymal stem/stromal cells. Stem Cell Res. Therapy, 2016, vol. 7, no. 7, рр.1-12.

Leibacher J., Henschler R. Biodistribution, migration and homing of systemically applied mesenchymal stem/stromal cells. Stem Cell Res. Therapy, 2016, vol. 7, no. 7, rr.1-12.

Gao Z., Zhang Q., Han Y., Cheng X., Lu Y., Fan L., Wu Z. Mesenchymal stromal cell-conditioned medium prevents radiation-induced small intestine injury in mice. Cytotherapy, 2012, vol. 14, no. 3, рр. 267-73.

Москалева Е.Ю., Семочкина Ю.П., Родина А.В., Чукалова А.А., Посыпанова Г.А. Влияние облучения на мезенхимальные стволовые клетки костного и головного и мозга мыши и их способность индуцировать опухоли. Радиационная биология. Радиоэкология, 2017, т. 57, № 3, с. 245-256. @@Moskaleva E.Y., Semochkina Y.P., Rodina A.V., Chukalova A.A., Posypanova G.A. Radiation biology. Radioecology, 2017, vol. 57, no. 3, рр. 245-256. (In Russ.)

Moskaleva E.Yu., Semochkina Yu.P., Rodina A.V., Chukalova A.A., Posypanova G.A. Vliyanie oblucheniya na mezenhimal'nye stvolovye kletki kostnogo i golovnogo i mozga myshi i ih sposobnost' inducirovat' opuholi. Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya, 2017, t. 57, № 3, s. 245-256. @@Moskaleva E.Y., Semochkina Y.P., Rodina A.V., Chukalova A.A., Posypanova G.A. Radiation biology. Radioecology, 2017, vol. 57, no. 3, rr. 245-256. (In Russ.)

François S., Bensidhoum M., Mouiseddine M., Mazurier C., Allenet B., Semont A. et al. Local irradiation not only induces homing of human mesenchymal stem cells at exposed sites but promotes their widespread engraftment to multiple organs: a study of their quantitative distribution after irradiation damage. Stem Cells, 2006, vol. 24, рр. 1020-1019.

10.

Chung H., Lynch B., Samant S. High-precision GAFCHROMIC EBT film-based absolute clinical dosimetry using a standard flatbed scanner without the use of a scanner non-uniformity correction. J.Appl Clin Med Phys., 2010, vol. 11, no. 2, рр. 101-115.

11.

Kirby D., Green S., Palmans H., Hugtenburg R., Wojnecki C., Parker D. LET dependence of GafChromic films and an ion chamber in low-energy proton dosimetry. Phys. Med. Biol., 2010, vol. 55, рр. 417-433.

12.

Ziegler J.F. SRIM-2003. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research: Section B, 2004, vol. 219-220, pp. 1027-1036.

13.

Семочкина Ю.П., Родина А.В., Москалева Е.Ю., Жорова Е.С., Сапрыкин В.П., Арзуманов С.С., Сафронов В.В. Злокачественная трансформация мезенхимальных стволовых клеток из разных тканей мыши после смешанного гамма-нейтронного облучения in vitro. Мед. радиология и радиационная безопасность, 2019, т. 64, № 1, с. 5-14. @@Semochkina Yu.P., Rodina A.V., Moskaleva E.Yu., Zhorova E.S., Saprykin V.P., Arzumanov S.S., Safronov V.V. Malignant transformation of mesenchymal stem cells from different mouse tissues after mixed gamma-neutron irradiation in vitro. Med. radiology and radiation safety, 2019, vol. 64, no. 1, рр. 5-14. (In Russ.)

Semochkina Yu.P., Rodina A.V., Moskaleva E.Yu., Zhorova E.S., Saprykin V.P., Arzumanov S.S., Safronov V.V. Zlokachestvennaya transformaciya mezenhimal'nyh stvolovyh kletok iz raznyh tkaney myshi posle smeshannogo gamma-neytronnogo oblucheniya in vitro. Med. radiologiya i radiacionnaya bezopasnost', 2019, t. 64, № 1, s. 5-14. @@Semochkina Yu.P., Rodina A.V., Moskaleva E.Yu., Zhorova E.S., Saprykin V.P., Arzumanov S.S., Safronov V.V. Malignant transformation of mesenchymal stem cells from different mouse tissues after mixed gamma-neutron irradiation in vitro. Med. radiology and radiation safety, 2019, vol. 64, no. 1, rr. 5-14. (In Russ.)

14.

Hojo H., Dohmae T., Hotta K., Kohno R., Motegi A., Yagishita A., Makinoshima H., Tsuchihara K., Akimoto T. Difference in the relative biological effectiveness and DNA damage repair processes in response to proton beam therapy according to the positions of the spread out Bragg peak. Radiat Oncol., 2017, vol. 12, р. 111.

15.

Oeck S., Szymonowicz K., Wiel G., Krysztofiak A., Lambert J., Koska B., Iliakis G., Timmermann B., Jendrossek V. Relating Linear Energy Transfer to the Formation and Resolution of DNA Repair Foci After Irradiation with Equal Doses of X-ray Photons, Plateau, or Bragg-Peak Protons.Int. J. Mol. Sci., 2018, vol. 19, р. 3779.

16.

Ray S., Cekanaviciute E., Lima I., Sørensen B., Costes S.Comparing Photon and Charged Particle Therapy Using DNA Damage Biomarkers.Int J Particle Ther., 2018, vol. 5, no. 1, рр. 15-24.

Ray S., Cekanaviciute E., Lima I., Sørensen B., Costes S.Comparing Photon and Charged Particle Therapy Using DNA Damage Biomarkers.Int J Particle Ther., 2018, vol. 5, no. 1, rr. 15-24.