CC BY
28
Действие высоких дох радиации вызывает повреждение кишечника и печени в первые недели после облучения, что влияет на усвоение пищи и приводит к изменению массы животных. Из литературы известно, что острое облучение в высоких дозах приводит к стойкому снижению массы тела. Однако в наших предшествующих экспериментах обнаружены межлинейные различия в изменении массы тела после облучения, что, возможно, связано с развитием метаболического синдрома [18]. В течение эксперимента темп прироста массы животных опытной группы имел промежуточное значением между показателями контрольной и облученной группы (рис. 1). Такую же ситуацию наблюдали и при исследовании двигательной активности животных (рис. 2). Уровень прироста массы тела, средний по группе, может служить комплексным показателем скорости обменных процессов при работе с лабораторными животными, но, к сожалению, не позволяет адекватно определить механизмы происходящих сдвигов. Для решения этой задачи необходимо проводить дополнительные исследования для оценки изменений на разных структурно-функциональных уровнях организма.
Изменения в картине крови являются основными признаками при воздействии гамма-излучения в значительных дозах. Когда кроветворная система подвергается действию ионизирующего излучения, в первую очередь нарушается ее гомеостаз. Лимфоидная ткань обедняется клеточными элементами раньше, чем ткань костного мозга. Причем, лимфопения - снижение общего числа лимфоцитов - развивается сразу после острого воздействия даже низких доз
излучения, в то время как зрелые грану-лоциты, эритроциты и тромбоциты могут переносить более высокие дозы [21].
По данным литературы, формула крови мышей в норме имеет следующий вид: лимфоциты 63-75%, моноциты 0,7-2,6%, нейтрофилы 6,7-37,2%, эозинофилы 0,9-3,8% [2]. Как показано на рис. 3, в интактной группе формула крови соответствовала норме, а в опытной группе отмечали преобладание сег-ментоядерных нейтрофилов, характерное, например, для гнойных абсцессов. Истощение запаса зрелых Т- и В-лим-фоцитов у облученных животных через 3 недели (рис. 3) являлось следствием того, что предшественники этих клеток в костном мозге были разрушены действием радиации. По данным литературы, одним из свойств мезенхимных стволовых клеток является способность задерживать созревание Т-лимфоцитов [9, 17]. Этим фактом может быть объяснено более низкое количество лейкоцитов, а также Т- и В-лимфоцитов в опытной группе по сравнению с интактной и облученной группами на шестой неделе (рис. 4).
Истощение пула гемопоэтических стволовых клеток, вызванное действием облучения, увеличивает нагрузку на дифференцированные клетки, усиливаются процессы репарации и апоптоза [5]. Изменения в обменных процессах клеток и тканей вносят изменения в сывороточный гомеостаз. Биохимические сдвиги в крови облученных животных отчетливо выражены лишь в разгар лучевого поражения, оставаясь на начальных этапах поражения малозаметными. Однако метод ЛКС позволяет увидеть изменения даже на ранних стадиях повреждающего процесса.
После получения результатов ЛКС предположили, что увеличение вклада в светорассеяние мелких частиц на третьй неделе связано с деструкцией ткани (рис. 6А). Сам процесс облучения занимал 2,5 ч, за это время в организме животных усилились процессы образования активных форм кислорода и, как следствие, процессы деструкции ткани, которые реализовались в увеличении вклада мелких частиц. Доза облучения, полученная животными, была достаточна для развития у них лучевой болезни. Разрушение клеток и синтез антител послужили причиной увеличения процентного вклада в светорассеяние частиц размером свыше 165 нм. Разная чувствительность мышей к фактору воздействия проявилась в различной степени увеличения вклада крупных частиц. В группах облученных мышей происходят сходные процессы, однако введение клеток, видимо, стирает индивидуальные различия.
При облучении ткани печени, селезенки и поджелудочной железы подвергаются серьезному разрушению. Введение клеток улучшает состояние селезенки, печени, поджелудочной железы по сравнению с облученной группой (рис. 8). Процессы деструкции менее выражены.
Однако, если рассматривать динамику повреждений тканей поджелудочной железы, частота встречаемости 2-й степени повреждения становится выше через 3 мес. (рис. 9Б) при том, что морфологическая картина этого органа в опытной группе лучше, чем в облученном контроле. Ухудшение гистологических показателей селезенки к шестой неделе (рис. 9А) может быть обуслов-
лено реакцией на выход лимфоцитов, продукция которых была подавлена облучением.
По данным многочисленных исследований, стволовые клетки, вводимые в кровоток, способны мигрировать и локализоваться в зоне повреждения без участия экзогенных индуцирующих «направляющих» факторов [11]. Такой феномен получил название «хо-уминг-эффект». Он нашел подтверждение в исследованиях in vivo, где было выявлено, что введенные внутривенно ММСК, хоть и локализовались большей частью в легких, в дальнейшем обнаруживались в жировой и хрящевой тканях, сердечной [13] и скелетной мышце, ткани печени, костном мозге, эндотелии, селезенке и тимусе животных [1]. Однако существует ряд работ, в которых ставится под сомнение способность ММСК достигать критических органов при внутривенном введении. При этом авторы не отрицают наличия терапевтического эффекта от такого воздействия. Так, в работе К. Ланге показано, что большая часть внутривенно вводимых клеток депонировалась в тканях легкого, и при выраженном улучшении состояния целевых органов исследования (костного мозга, периферической крови) вводимых клеток в них обнаружено не было [4]. В нашей работе вводимая нескольким опытным животным суспензия клеток была снабжена меткой «зеленого белка» именно для оценки миграционной способности ММСК. Обнаружение меченых клеток в костном мозге и печени доказывало, что введенные ММСК достигли критических органов, и наблюдаемые эффекты обусловлены - по крайней мере, отчасти - их воздействием.
Выводы
1. Обнаружение меченых клеток в костном мозге и печени позволяет утверждать, что наблюдаемые эффекты обусловлены экспериментальным воздействием.
2. Общая тенденция, заключающаяся в промежуточном положении параметров опытной группы, свидетельствует о частичном терапевтическом эффекте введенных клеток.
3. Отсутствие погибших животных на заключительной стадии эксперимента (от шести недель до трех мес.), нормализация и стабилизация их физиологических параметров позволяет судить о длительном характере наблюдаемых эффектов.
4. Полученные результаты согласуются с данными других авторов о перспективах использования стволовых клеток после облучения в высоких дозах [9, 15, 23].
Список литературы
1. Беленков Ю.Н., Привалова Е.В., Чек-нева И.С. Клеточная терапия в лечении хронической сердечной недостаточности: виды применяемых стволовых клеток, результаты последних клинических исследований // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. - 2008. - Т. 15. -№5.-С.4-18.
2. Бландова З.К., Душкин В.А., Малашен-ко А.М., Шмидт Е.Ф. Линии лабораторных животных для медико-биологических исследований. - М.: Наука. - 1983. - 189 с.
3. Карганов М.Ю., Алчинова И.Б., Яковенко Е.Н., Ковалева О.И., МедведеваЮ.С., Вялкина М.В. Применение метода лазерной корреляционной спектроскопии в лабораторной медицине // Клиническая лабораторная диагностика. - 2016. -Т. 61(9). - С. 533-534. doi: 10.18821/08692084-2016-61-9.
4. Ланге К. Мезенхимальные стромаль-ные клетки защищают от острой лучевой болезни: понимание возможных механизмов // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуаци-ях.-2015.-№ 1.-С.58-70.
5. Медведева Ю.С., Архипова Е.Н., Алчинова И.Б., Озерова М.А., Бобе А.С., Содбоев Ц.Ц., Антипов А.А., Карганов М.Ю. Особенности организменного ответа мышей разных линий на острое гамма-облучение // Биомедицина. - 2013. -№2. - С. 67-79.
6. Меркулов Г.А. Курс патологогистологи-ческой техники. - Л.: Медицина. - 1969. - 424 с.
7. Степанова О.И. Метод взятия крови из малой подкожной вены голени у мышей // Биомедицина. -2006. -№ 2. - С. 137-139.
8. Alchinova I., Arkhipova Е., Medvedeva Yu., Cherepov A., Antipov A., Lysenko N., Noskin L., Karganov M. The complex of tests for the quantitative evaluation of the effects of radiation on laboratory animals // Am. J. of Life Sciences. - 2015. -T. 3. - No. 1-2. - Pp. 5-12. doi:10.11648/j. ajls.s.20150303.12.
9. Andrade A.V.G., Riewaldt J., Wehner R., SchmitzM., OdendahlM., Bornhauser M., Tonn T. Gamma irradiation preserves immunosuppressive potential and inhibits clonogenic capacity of human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells // J. of cellular and molecular medicine. -2014. - T. 18. - No. 6.-Pp. 1184-1193.
10. Chang P., Qu Y., Liu Y., Cui S., Zhu D., WangH., JinX. Multi-therapeutic effects of human adipose-derived mesenchymal stem cells on radiation-induced intestinal injury // Cell death & disease. - 2013. - T. 4. - No. 6. -P. e685. doi:10.1038/cddis.2013.178.
11. Chapel A., Bertho J.M., Bensidhoum M., Fouillard L., Young R.G., Frick J., ... ^ Dudoignon N. Mesenchymal stem cells home to injured tissues when co-infused with hematopoietic cells to treat a radiation-induced multi-organ failure syndrome // The journal of gene medicine. - 2003. -T. 5. - No. 12. - Pp. 1028-1038.
12. Gaberman E., Pinzur L., Levdansky L., Tsirlin M., Netzer N., Aberman Z., Gorodetsky R. Mitigation of lethal radiation syndrome in mice by intramuscular injection of 3D cultured adherent human placental stromal cells // PloS one. - 2013. -T.8.- No. 6.-P.e66549.
13. Gao S., Zhao Z., Wu R., Zeng Y., Zhang Z., Miao J., Yuan Z. Bone marrow mesenchymal stem cell transplantation improves radiation-induced heart injury through DNA damage repair in rat model // Radiation and Environmental Biophysics. -2016. - Pp. 1-15.
14. Hu K.X., Sun Q.Y., Guo M., Ai H.S. The radiation protection and therapy effects of mesenchymal stem cells in mice with acute radiation injury // The British journal of radiology. -2014.
15. Kiang J.G., Gorbunov N.V. Bone marrow mesenchymal stem cells increase survival after ionizing irradiation combined with wound trauma: characterization and therapy // J. of Cell Science & Therapy. - 2014. -T. 5. - No. 6.-P. 1.
16. Lange C., Brunswig-Spickenheier B., Cappallo-Obermann H., Eggert K., Ge-hling U.M., Rudolph C.,... & Zander A.R. Radiation rescue: mesenchymal stromal cells protect from lethal irradiation // PloS one. - 2011. - T. 6. - No. 1.-P. e14486.
17. Lim J.Y., ParkM.J., Im K.I., Kim N., Jeon E.J., KimE.J.,... & ChoS.G. Combination cell therapy using mesenchymal stem cells and regulatory T-cells provides a synergistic immunomodulatory effect associated with reciprocal regulation of TH1/TH2 and th17/ treg cells in a murine acute graft-versus-host disease model // Cell transplantation.
- 2014. - T. 23. - No. 6. - Pp. 703-714.
18. Medvedeva Yu., Arkhipova E., Alchinova I. The effects of gamma-irradiation in sub-lethal doses in mice with different radiosensitivity // Am. J. of Life Sciences.
- 2015. - T. 3. - No. 1-2. - Pp. 13-17. doi: 10.11648/j.ajls.s.20150303.13.
19. Mortazavi S.M.J., Shekoohi-Shooli F., Aghamir S.M.R., Mehrabani D., Dehgha-nian A., Zare S., Mosleh-Shirazi M.A. The healing effect of bone marrow-derived
stem cells in acute radiation syndrome // Pakistan J. of Medical Sciences. - 2016. -T. 32. - No. 3.-P. 646.
20. Shukai Q., Hanyun R., Yongjin S., Wei L. Allogeneic compact bone-derived mesenchymal stem cell transplantation increases survival of mice exposed to lethal total body irradiation: a potential immunological mechanism // Chin Med J. (En). - 2014. - T. 127. - Pp. 475-482.
21. Sugrue T., Brown J.A., Lowndes N.F., Ceredig R Multiple facets of the DNA damage response contribute to the radioresistance of mouse mesenchymal stromal cell lines // Stem cells. - 2013. -T. 31. - No. 1.-Pp. 137-145.
22. Vyalkina M.V., Alchinova I.B., Yakoven-ko E.N., Medvedeva Y.S., Saburina I.N., Karganov M.Y. Long-term effects of stem cells on total-body irradiated mice // J. of Physics: Conference series. - IOP Publishing. - 2017. - T. 784. - No. 1. -P. 012015.
23. Williams J.P., McBride W.H. After the bomb drops: a new look at radiation-induced multiple organ dysfunction syndrome (MODS) // Int. J. of Radiation biology. -2011. - T. 87. -No. 8. - Pp. 851-868.
24. Yang X., Balakrishnan I., Torok-Storb B., Pillai M.M. Marrow stromal cell infusion rescues hematopoiesis in lethally irradiated mice despite rapid clearance after infusion // Advances in hematology. -2012.
References
1. Belenkov Ju.N., Privalova E.V., Chek-neva I.S. Kletochnaja terapija v lechenii hronicheskoj serdechnoj nedostatochnos-ti: vidy primenjaemyh stvolovyh kletok, rezul'taty poslednih klinicheskih issle-dovanij [Cell therapy in the treatment of chronic heart failure: types of the applied stem cells, the results of recent clinical studies]. Kardiologija i serdechno-sosudistaja hirurgija [Cardiology and cardiovascular surgery]. 2008. T. 15. No. 5. Pp. 4-18. (In Russian).
2. Blandova Z.K., Dushkin V.A., Malashenko A.M., Shmidt E.F. Linii laboratornyh zhivotnyh dlja mediko-
biologicheskih issledovanij [Lines of laboratory animals for medicobiological researches]. Moscow: Nauka. 1983. 189 p. (In Russian).
3. Karganov M.Ju., Alchinova I.B., Jakoven-ko E.N., Kovaleva O.I., Medvedeva Ju.S., Vjalkina M.V. Primenenie metoda lazernoj korreljacionnoj spektroskopii v laboratornoj medicine [Application of the method of laser correlative spectroscopy in laboratory medicine]. Klinicheskaja laboratornaja diagnos-tika [Clinical laboratory diagnostics]. 2016. T. 61(9). Pp. 533-534. doi: 10.18821/08692084-2016-61-9. (InRussian).
4. Lange K. Mezenhimal'nye stromal'nye kletki zashhishhajut ot ostroj luchevoj bolezni: ponimanie vozmozhnyh mehaniz-mov [Mesenchymal stromal cells protect against acute radiation sickness: understanding of possible mechanisms]. Mediko-biologicheskie i social'no-psihologicheskie problemy bezopasnosti v chrezvychajnyh situacijah [Medicobiological and social and psychological security problems in emergency situations]. 2015. No. 1. Pp. 58-70. (In Russian).
5. Medvedeva Ju.S., Arhipova E.N., Alchinova I.B., Ozerova M.A., Bobe A.S., Sodbo-ev C.C., Antipov A.A., Karganov M Ju. Os-obennosti organizmennogo otveta myshej raznyh linij na ostroe gamma-obluchenie [Features of the organismal response of mice of different lines to acute gamma irradiation]. Biomedicine. 2013. No. 2. Pp. 67-79. (In Russian).
6. Merkulov G.A. Kurs patologogistologich-eskoj tehniki [Course of pathological histology technique]. Leningrad: Medicina. 1969. 424 p. (InRussian).
7. Stepanova O.I. Metod vzjatija krovi iz maloj podkozhnoj veny goleni u myshej [Method of taking blood from a small saphenous vein ofthe lower leg in mice]. Biomedicine. 2006. No. 2. Pp. 137-139. (InRussian).
8. Alchinova I., Arkhipova E., Medvedeva Yu., Cherepov A., Antipov A., Lysen-ko N., Noskin L., Karganov M. The complex of tests for the quantitative evaluation of the effects of radiation on laboratory animals. Am. J. of Life Sciences. 2015.
T. 3. No. 1-2. Pp. 5-12. doi:10.11648/ j.ajls.s.20150303.12.
9. Andrade A.V.G., Riewaldt J., Wehner R., Schmitz M., OdendahlM., Bornhäuser M., Tonn T. Gamma irradiation preserves immunosuppressive potential and inhibits clonogenic capacity of human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells. J. ofcellular and molecular medicine. 2014. T. 18. No. 6. Pp. 1184-1193.
10. Chang P., Qu Y., Liu Y., Cui S., Zhu D., Wang H., Jin X. Multi-therapeutic effects of human adipose-derived mesenchymal stem cells on radiation-induced intestinal injury. Cell death & disease. 2013. T. 4. No. 6. P. e685. doi:10.1038/cddis.2013.178.
11. Chapel A., Bertho J.M., Bensidhoum M., Fouillard L., Young R.G., Frick J., ... ^ Dudoignon N. Mesenchymal stem cells home to injured tissues when co-infused with hematopoietic cells to treat a radiation-induced multi-organ failure syndrome. The journal of gene medicine. 2003. T. 5. No. 12. Pp. 1028-1038.
12. Gaberman E., Pinzur L., Levdansky L., Tsirlin M., Netzer N., Aberman Z., Gorodetsky R. Mitigation of lethal radiation syndrome in mice by intramuscular injection of 3D cultured adherent human placental stromal cells. PloS one. 2013. T. 8. No. 6. P. e66549.
13. Gao S., Zhao Z., Wu R., Zeng Y., Zhang Z., Miao J., Yuan Z. Bone marrow mesenchymal stem cell transplantation improves radiation-induced heart injury through DNA damage repair in rat model. Radiation and Environmental Biophysics. 2016. Pp. 1-15.
14. Hu K.X., Sun Q.Y., Guo M., Ai H.S. The radiation protection and therapy effects of mesenchymal stem cells in mice with acute radiation injury. The British journal of radiology. 2014.
15. Kiang J.G., Gorbunov N.V. Bone marrow mesenchymal stem cells increase survival after ionizing irradiation combined with wound trauma: characterization and therapy. J. of Cell Science & Therapy. 2014. T. 5. No. 6.P.1.
16. Lange C., Brunswig-Spickenheier B., Cappallo-Obermann H., Eggert K., Ge-
hling U. M., Rudolph C.,... & Zander A.R.
Radiation rescue: mesenchymal stromal cells protect from lethal irradiation. PloS one. 2011.T. 6. No. l.P.el4486.
17. Lim J.Y., Park M.J., Im K.I., Kim N., Jeon E.J., Kim E.J., ... & Cho S.G. Combination cell therapy using mesenchymal stem cells and regulatory T-cells provides a synergistic immunomodulatory effect associated with reciprocal regulation of TH1/ TH2 and th17/treg cells in a murine acute graft-versus-host disease model. Cell transplantation. 2014. T. 23. No. 6. Pp. 703-714.
18. Medvedeva Yu., Arkhipova E., Alchinova I. The effects of gamma-irradiation in sub-lethal doses in mice with different radiosensitivity. Am. J. of Life Sciences. 2015. T. 3. No. 1-2. Pp. 13-17. doi: 10.11648/j.ajls.s.20150303.13.
19. Mortazavi S.M.J., Shekoohi-Shooli F., Aghamir S.M.R., Mehrabani D., Dehgha-nian A., Zare S., Mosleh-Shirazi M.A. The healing effect of bone marrow-derived stem cells in acute radiation syndrome. Pakistan J. of Medical Sciences. 2016. T. 32. No. 3. P. 646.
20. Shukai Q., Hanyun R., Yongjin S.,
Wei L. Allogeneic compact bone-derived
mesenchymal stem cell transplantation increases survival of mice exposed to lethal total body irradiation: a potential immunological mechanism. Chin Med J. (En). 2014. T. 127. Pp. 475-482.
21. Sugrue T., Brown J.A., Lowndes N.F., Ceredig R. Multiple facets of the DNA damage response contribute to the radioresistance of mouse mesenchymal stromal cell lines. Stem cells. 2013. T. 31. No. 1. Pp. 137-145.
22. Vyalkina M. V., Alchinova I.B., Yakovenko E.N., Medvedeva Y.S., Saburina I.N., Karganov M.Y. Long-term effects of stem cells on total-body irradiated mice. J. of Physics: Conference series. IOP Publishing. 2017. T. 784. No. 1. P. 012015.
23. Williams J.P., McBride W.H. After the bomb drops: a new look at radiation-induced multiple organ dysfunction syndrome (MODS). Int. J. of Radiation biology. 2011. T. 87.No. 8. Pp. 851-868.
24. Yang X., Balakrishnan I., Torok-Storb B., Pillai M.M. Marrow stromal cell infusion rescues hematopoiesis in lethally irradiated mice despite rapid clearance after infusion. Advances in hematology. 2012.
Long-term effects of stem cells on irradiated mice
M.V. Vyalkina, I.B. Alchinova, E.N. Yakovenko, Yu.S. Medvedeva, I.N. Saburina, M.Yu. Karganov
C57B1/6Y mice were exposed to gamma-radiation in a sublethal dose of 7.5 Gy. In 3 hours injection 106/mouse of bone marrow multipotent mesenchymal stromal cells intravenously to experimental group was done. Methods used: body weight measurement, «open field» behavior, subfraction composition of blood serum (laser correlation spectroscopy), histological examination of the spleen, liver, and pancreas, count of T- and B- cells (cytometry), white blood formula. After 1.5 and 3 months the general trend towards intermediate position of the parameters observed in the experimental between those in intact and irradiated controls attests to partial therapeutic effect ofthe injected cells.
Key words: multipotent mesenchymal stromal cells, marrow, gamma-radiation, laser correlation spectroscopy, regenerative medicine.
