В процессе совместной работы по поиску оптимальных условий радиотерапии глиом ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ СО РАН) показали, что введенные в организм наночастицы оксида марганца на фоне микропучкового облучения позволяют нейтрализовать вредные факторы, связанные с облучением лабораторных животных. Этот результат в будущем может быть использован в разработке новых подходов радиационной защиты человека.
Опухоли головного мозга, особенно самая агрессивная их форма – глиобластома, плохо поддаются лечению. Современная терапия, включающая три типа воздействия (удаление хирургическим путем, химиотерапия, лучевое облучение), больших прорывов в увеличении срока и качества жизни пациентов с таким диагнозом не дает. Именно поэтому во всем мире научные группы ищут различные способы, которые могли бы повысить эффективность существующей терапии или же найти новые подходы к лечению глиобластомы.
Ученые ИЦиГ и ИЯФ СО РАН не первый год работают вместе над подбором оптимальных условий облучения опухоли ренгеновским микропучком. Технология микропучкового облучения позволяет направленно облучать опухоль, сосредотачивать всю энергию пучка на раковом образовании, при этом оставляя здоровые ткани практически нетронутыми.
Заведующий Центром коллективного пользования «SPF-виварий» ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Евгений Завьялов:
«С ИЯФ СО РАН мы занимаемся поиском и разработкой новых подходов лучевой терапии, повышением ее эффективности. Сначала мы работали с культурами клеток глиобластомы in vitro. Нами было показано, что оксид марганца может использоваться в качестве контраста для глиобластом in vivo. Поэтому при работе с клетками мы решили проверить токсичность этого соединения на культуре клеток глиобластомы. Оказалось, что при добавлении в среду для культивирования клеток глиобластомы наночастицы оксида марганца усиливали эффекты радиационного разрушения клетки.
Однако при работе с животными моделями мы получили диаметрально противоположный результат. Оказалось, что лабораторные мыши, которым на фоне облучения вводили в организм наночастицы оксида марганца, были более устойчивы к радиации, чем те, которых просто облучали».
Возможно такой эффект связан с тем, что наночастицы оксида марганца способны ингибировать губительное воздействие активных форм кислорода (свободных радикалов), которые активно образуются в клетках при радиационном воздействии.
«Чтобы подтвердить эту гипотезу, мы проверили, как наночастицы работают на фоне изменения концентрации кислорода в воздушной смеси. Получая во время облучения обедненную дыхательную смесь, мыши жили дольше, и погибали быстрее, когда концентрация кислорода в смеси увеличивалась», – добавил Е. Завьялов.
В следующей серии совместных экспериментов ученые хотят продвинуться в понимании механизмов радиопротекторных свойств наночастиц оксида марганца и попытаться использовать новые знания в борьбе с глиобластомой.
ЯМР исследование динамики развития опухоли у животных после облученияДанная работа стала возможна благодаря разработке технологии микропучкового рентгеновского облучения на установке Центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» (ЦКП СЦСТИ).
Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Константин Купер:
«На установке мы провели большой цикл работ, в ходе которых, в первую очередь, был разработан и создан стенд для облучения лабораторных животных, востребованный в ряде институтов СО РАН. Были отработаны оптимальные для лабораторных животных схемы облучения и разработана система оперативного дозиметрического контроля. Все вместе это позволило нам с коллегами из ИЦиГ СО РАН продвинуться в поиске новых подходов лучевой терапии глиобластом».
Положительные результаты этих экспериментов могут стать заделом для создания новых подходов, защищающих людей при получении высоких доз радиации, но в первую очередь сделать условия облучения опухолей головного мозга оптимальными и эффективными.
Cytopathic effects of X-ray irradiation and MnO nanoparticles on human glioblastoma (U87)external link, opens in a new tab // Physics Procedia. V. 84. P. 252–255