Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54835 10.29039/rusjbpc.2022.0498 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ NANOSECOND MICROWAVE PULSES AFFECT STEM CELL PROLIFERATION RATE Наносекундные микроволновые импульсы влияют на скорость пролиферации стволовых клеток Большаков Михаил Алексеевич Bolshakov Mikhail A.

доктор биологических наук;

doctor of sciences in biology;

 Самойлова Анна Викторовна Samoylova Anna V. antariks-tomsk2015@yandex.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Гостюхина Алена Анатольевна Gostyukhina Alyona A. exper@med.tomsk.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Дорошенко Ольга Сергеевна Doroshenko Olga S. Кутенков Олег Петрович Kutenkov Oleg Petrovich Зайцев Константин Васильевич Zaytsev Konstantin Vasil'evich

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Ростов Владислав Владимирович Rostov Vladislav Vladimirovich

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Институт сильноточной электроники СО РАН Томск Россия Institute of High-Current Electronics SB RAS Tomsk Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation Институт сильноточной электроники СО РАН Томск Россия Institute of High-Current Electronics SB RAS Tomsk Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation Сибирский государственный медицинский университет Минздрава России Томск Россия Siberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation Tomsk Russian Federation Институт сильноточной электроники СО РАН Томск Россия Institute of High-Current Electronics SB RAS Tomsk Russian Federation ФГБУ ФНКЦ МРиК ФМБА России Томск Россия Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia Tomsk Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation ФГБУ ФНКЦ МРиК ФМБА России Томск Россия Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia Tomsk Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation Институт сильноточной электроники СО РАН Томск Россия Institute of High-Current Electronics SB RAS Tomsk Russian Federation ФГБУ ФНКЦ МРиК ФМБА России Томск Россия Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia Tomsk Russian Federation Институт сильноточной электроники СО РАН Томск Россия Institute of High-Current Electronics SB RAS Tomsk Russian Federation 25 03 2022 25 03 2022 7 1 156 159 20 03 2022 20 03 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54835/view

На 17 культурах стволовых клеток (СК), выделенных из бедренной кости лабораторных крыс «Wistar» экспериментально исследовано изменение скорости пролиферации клеток in vitro после облучения 4000 наносекундных микроволновых импульсов с пППМ 140 и 1500 Вт/см2 при частотах повторения импульсов 8 и 13 Гц. Установлено, что воздействие наносекундным ИПМИ с обеими интенсивностями оказывает влияние на скорость пролиферации СК. После воздействия 4000 импульсов ИПМИ с пППМ 140 и 1500 Вт/см2 и частотой повторения импульсов 8 Гц наблюдалось ингибирование пролиферации клеток относительно контрольной группы. После воздействия с частотой повторения импульсов 13 Гц при тех же самых интенсивностях имело место стимулирование пролиферации, в результате чего количество стволовых клеток в исследуемых культурах увеличивалось. Основной выявленной закономерностью является зависимость эффекта (от частоты повторения импульсов и, отчасти, от интенсивности). Понимание закономерностей позволит выбирать и использовать наиболее оптимальный режим воздействия для достижения необходимого результата, а знание первичного механизма позволит усиливать или ослаблять эффект, в частности, сочетанным воздействием ИПМИ с другими факторами.

On 17 cultures of stem cells (SK) isolated from the femur of laboratory rats «Wistar», the change in the rate of cell proliferation in vitro after irradiation with 4000 nanosecond microwave pulses with a pPFD of 140 and 1500 W/cm2 at pulse repetition rates of 8 and 13 Hz was experimentally studied. It has been established that exposure to nanosecond RPMR with both intensities affects the rate of proliferation SK. After exposure to 4000 RPMR pulses with 140 and 1500 W/cm2 pPFD and a pulse repetition rate of 8 Hz, inhibition of cell proliferation was observed relative to the control group. After exposure to a pulse repetition rate of 13 Hz at the same intensities, stimulation of proliferation took place, as a result of which the number of stem cells in the studied cultures increased. The main revealed pattern is the dependence of the effect (on the pulse repetition rate and, in part, on the intensity). Understanding the patterns will allow choosing and using the most optimal mode of exposure to achieve the desired result, and knowledge of the primary mechanism will make it possible to enhance or weaken the effect, in particular, the combined effect of RPMR with other factors.

 наносекундные микроволновые импульсы стволовые клетки пролиферация эффекты nanosecond microwave pulses stem cells proliferation effects

Москвин С.В., Ключников Д.Ю., Антипов Е.В., Горина А.И., Киселева О.Н. Воздействие непрерывного низкоинтенсивного лазерного излучения красного (635 нм) и зеленого (525 нм) спектров на мезенхимальные стволовые клетки человека in vitro: обзор литературы и собственные исследования. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры, 2016, № 2, с. 32-42. Moskvin S.V., Klyuchnikov D.Yu., Antipov E.V., Gorina A.I., Kiseleva O.N. The influence of continuous low-intensity laser radiation at the red (635 nm) and green (525 nm) wavelengths on the human mesenchymal stem cells in vitro: a review of the literature and original investigations. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoj fizicheskoj kul'tury, 2016, no 2, pp. 32-42. (In Russ.) Жаркова Л.П., Князева И.Р., Иванов В.В., Большаков М.А., Кутенков О.П., Ростов В.В., Влияние импульсно-периодического рентгеновского и микроволнового излучений на уровень перекисей в изолированных гепатоцитах. Вестник Томского государственного университета, 2010, № 333, c. 161-163. Zharkova L.P., Knyazeva I.R., Ivanov V.V., Bolshakov M.A., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Repetitive pulsed X-ray and microwaves effect on peroxide level in isolated hepatocytes. Vestnik TSU, 2010, no. 333, doi: 10.17223/15617793 (In Russ.) Князева И.Р., Медведев М.А., Жаркова Л.П., Гостюхина А.А., Кутенков О.П., Ростов В.В., Большаков М.А. Действие наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения на процессы регенерации. Бюллетень сибирской медицины, 2011, т. 10, № 6, c. 109-113. Knyazeva I.R., Medvedev M.A., Zharkova L.P., Gostyukhina A.A., Kutenkov O.P., Rostov V.V., Bolshakov M.A. The influence of nanosecond microwave pulses on the regeneration processes. The Bulletin of the Sib. Med., 2011, vol. 10, no. 6, pp. 109-113. (In Russ.) Керея А.В., Большаков М.А., Жаркова Л.П. и др. Эффект воздействия наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения на эпидидимальную жировую ткань мышей. Радиационная биология. Радиоэкология, 2014, т. 54, № 6, c. 606-612. Kereya A.V., Bol'shakov M.A., Zharkova L.P. i dr. Effekt vozdejstviya nanosekundnogo impul'sno-periodicheskogo mikrovolnovogo izlucheniya na epididimal'nuyu zhirovuyu tkan' myshej. Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya, 2014, vol. 54, no. 6, doi: 10.7868/S0869803114060071. (In Russ.) Керея А.В., Большаков М.А., Ходанович М.Ю., Немирович-Данченко Н.М., Кутенков О.П., Ростов В.В. Оценка степени активности белка c-fos в структурах мозга мышей на воздействие наносекундных микроволновых импульсов. Радиационная биология. Радиоэкология, 2017, т. 57, № 2, c. 179-184. Kereya A.V., Bolshakov M.A., Khodanovich M.Yu., Nemirovich-Danchenko N.M., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Evaluation of mice brain reactions after nanosecond microwave pulses using c-fos expression. Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya, 2017, vol. 57, no. 2, pp. 179-184, doi: 10.7868/S0869803117020072. (In Russ.) Шахов В.П. и др. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей. Томск: STT, 2004, 386 с. Shahov V.P. i dr. Vvedenie v metody kul'tury kletok, bioinzhenerii organov i tkanej. Tomsk: STT; 2004, 386 p. (In Russ.) РФ ГОСТ Р-53434-2009 Принципы надлежащей лабораторной практики. М.: Стандартинформ, 2010. RF GOST R-53434-2009 Principles of Good Laboratory Practice. M.: Standartinform, 2010. (In Russ.) Klimov A.I., Eltchaninov A.A., Konobeeva E.Yu. Measurements of Parameters of X-Band High-Power Microwave Pulses. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. Russian Physics Journal, 2006, vol. 49, no. 11, pp. 431-434. Klimov A.I., Eltchaninov A.A., Konobeeva E.Yu. Measurements of Parameters of X-Band High-Power Microwave Pulses. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. Russian Physics Journal, 2006, vol. 49, no. 11, pp. 431-434. Bolshakov M.A., Alekseev S.I. Bursting Responses of Lymnaea Neurons to Microwave Radiation. Bioelectromagnetics, 1992, vol. 13, no. 3, pp. 119-129, doi: 10.1002/bem.2250130206. Bolshakov M.A., Alekseev S.I. Bursting Responses of Lymnaea Neurons to Microwave Radiation. Bioelectromagnetics, 1992, vol. 13, no. 3, pp. 119-129, doi: 10.1002/bem.2250130206. Медик В.А. Статистика в медицине и биологии. М.: Медицина, 2000, 412 с. Medic V.A. Statistics in medicine and biology. M.: Medicine, 2000, 412 p. (In Russ.) Adey W.R. Biological effects of electromagnetic fields. J. Cell Biochem, 1993, vol. 51, no. 4, pp. 410-416. Adey W.R. Biological effects of electromagnetic fields. J. Cell Biochem, 1993, vol. 51, no. 4, pp. 410-416. Hou J.F. In vitro effects of low-level laser irradiation for bone marrow mesenchymal stem cells: proliferation, growth factors secretion and myogenic differentiation. Laser Surgery Medicine, 2008, vol. 40, no. 10, pp. 726-733. Hou J.F. In vitro effects of low-level laser irradiation for bone marrow mesenchymal stem cells: proliferation, growth factors secretion and myogenic differentiation. Laser Surgery Medicine, 2008, vol. 40, no. 10, pp. 726-733. Kaivosoja E. The effect of pulsed electromagnetic fields and dehydroepiandrosterone on viability and osteo-induction of human mesenchymal stem cells. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2015, vol. 9, no. 1, pp. 31-40. Kaivosoja E. The effect of pulsed electromagnetic fields and dehydroepiandrosterone on viability and osteo-induction of human mesenchymal stem cells. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2015, vol. 9, no. 1, pp. 31-40.