Российские биологи провели исследование воздействия космической радиации на мозг

19 января 2018

Экипажу корабля, бороздящего дальний космос, грозит потеря долговременной памяти — такой вывод сделали ученые из подмосковного Пущино, проанализировав результаты экспериментов на мышах, облученных ускоренным пучком тяжелых ионов.

"Перспектива полетов на Луну и Марс поставила перед радиобиологами ряд серьезных задач, которые до сих пор не решены. В межпланетной экспедиции экипаж подвергнется воздействию галактического излучения, где преобладают частицы высоких энергий. Прогнозируется, что люди получат за время полета в целом малые и средние дозы. Но как они повлияют на когнитивные функции, какой генетический риск несут и каковы отдаленные последствия? На эти вопросы мы собираемся ответить",

 — рассказывает РИА Новости Ольга Розанова, старший научный сотрудник лаборатории клеточной инженерии Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ), где три десятилетия изучали последствия Чернобыльской аварии.

Смоделировать условия дальнего космоса ученым позволяют ускорители элементарных частиц, разгоняющие электроны, альфа-частицы, протоны и тяжелые ионы (например, заряженные ядра углерода и железа) до субсветовых скоростей. Именно из таких частиц состоят в основном солнечный ветер и космическое излучение, угрожающие космонавтам за пределами магнитосферы Земли. Причем сильнее всего на клетки действуют высокоэнергетические ядра углерода и железа, передавая много энергии тканям организма, механически разрезая гены в нескольких местах, после чего те не успевают восстановиться.

Когда в 2013 году ученым из Института физики высоких энергий НИЦ "Курчатовский институт" в Протвино удалось получить пучок ядер углерода с энергией 450 мегаэлектронвольт на нуклон, этим немедленно воспользовались биологи из ИТЭБ РАН для своих радиобиологических экспериментов. За три года они облучили на ускорителе сотни лабораторных мышей и провели множество тестов, чтобы выяснить, как влияет на ДНК клеток костного мозга и крови, антиоксидантную и иммунную системы, мозг и память животных пучок ядер углерода при разных режимах. Также вычислили параметры биологической эффективности этого типа излучения по сравнению с рентгеновским.

Для экспериментов взяли в виварии молодых самцов мышей. Их усыпляли и помещали в специальном контейнере под ускоренный пучок так, чтобы все тело животного оказывалось в пике Брэгга — максимуме передачи энергии частиц, и облучали дозой не более 0,7 грея. А через два месяца начинали следить за тем, какой эффект это оказало.

Общее состояние и память облученных мышей исследовали с помощью методов оценки когнитивных нарушений. В тесте "Открытое поле" подопытных выпускали на открытую арену и предоставляли полную свободу действий. По результатам перемещений судили об активности животного и уровне его тревожности. Так вот, облученные мыши этот тест не прошли. Они были менее активны и более тревожны, чем животные необлученной группы. Хуже, чем нормальные сородичи, подопытные мышки выполнили и тест на долговременную память: при поисках "норки" они совершали больше ошибок, чем обычно. А ведь именно эта память хранит все, чему мы научились в жизни, там весь наш опыт.

Через два с половиной месяца после облучения мышей умерщвляли, чтобы исследовать гистологические препараты гиппокампа — области мозга, отвечающей за пространственную память и связь между кратко- и долговременной памятью. Анализы показали, что в зубчатой извилине гиппокампа — главном месте в мозге, где рождаются новые нейроны, — плотность клеток уменьшилась.

"Уменьшение плотности клеток на фоне отсутствия острой гибели нейронов в исследуемых областях может свидетельствовать о том, что при данной дозе ускоренных ионов углерода происходит угнетение нейрогенеза", 

— добавляет основной участник этого исследования Светлана Сорокина, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточной инженерии.

"Измененная модель поведения у облученных мышей и дефицит долговременной памяти — это очень важный вывод, который, если его распространить на моделируемую ситуацию, означает потерю навыков, полученных в ходе подготовки к полету", — поясняет Ольга Розанова.

Из более ранних опытов, проведенных в том числе на людях, известно, что на долговременной памяти плохо сказывается длительный стресс. Эту проблему можно обойти, если отбирать в межпланетный экипаж людей по определенным критериям.

"А что делать с разрушением мозга космическими лучами, неясно. Нужно искать защитные средства — эффективные нейропротекторы, поскольку существующие препараты защищают мозг от гамма-излучения, но часто бессильны против протонов и ядер углерода из-за специфики действия тяжелых частиц", — уточняет исследовательница.

Длительный и во многом пионерский эксперимент показал, в каком направлении следует проводить дальнейшие исследования. Конечно, это только начало изучения того, как дальний космос повлияет на первопроходцев. У биологов есть еще время, чтобы решить проблему биологической защиты экипажа от космического излучения, — как минимум до 2030-х годов, когда планируются пилотируемые экспедиции на Луну.