Исследования биологического действия

тяжелых заряженных частиц различных энергий

Участвующие страны и международные организации:

Армения, Беларусь, Болгария, Вьетнам, Германия, Италия, Куба, Монголия, Польша, Россия, Румыния, Сербия, Словакия, Чехия.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Теоретические и экспериментальные исследования биологического действия тяжелых заряженных частиц различных энергий на базовых установках ОИЯИ.

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:

1. Исследование закономерностей и механизмов возникновения молекулярных нарушений структуры ДНК и их репарации в клеточных культурах нормальных и опухолевых клеток млекопитающих и человека, а также гистологических срезах тканей различных отделов центральной нервной системы облученных животных в результате действия излучений с разной ЛПЭ.

2. Изучение закономерностей индукции и молекулярной природы различных типов генных и структурных мутаций в клетках млекопитающих и низших эукариот в зависимости от дозы и величины ЛПЭ излучения, репарационного статуса, развития оксидативного стресса, а также механизмов генетической стабильности.

3. Изучение формирования комплексных хромосомных аберраций в нормальных и опухолевых клетках человека и лабораторных животных. Оценка отдаленных последствий действия излучений с различной ЛПЭ.

4. Исследование нарушений поведенческих реакций, патоморфологических изменений в различных структурах головного и спинного мозга, критических органах и системах облученных лабораторных животных. Поиск новых средств фармакологической защиты от излучений.

5. Изучение радиационно-индуцированных эффектов в микроглии, олигодендроцитах и их предшественниках, а также в структуре миелиновой оболочки при действии плотноионизирующих излучений.

6. Исследование механизмов действия АраЦ и других радиосенсибилизаторов при облучении различных культур нормальных и опухолевых клеток, а также мышей с трансплантированными опухолям.

7. Разработка иерархии математических моделей радиационно-биологических эффектов, описывающих как радиационно-индуцированные патологии развиваются на разных уровнях организации (от молекул до популяций клеток) и во временных рамках (острые и отдаленные последствия).

8. Совершенствование методик радиобиологических экспериментов на ускорителях. Расчет защит новых ядерно-физических установок, оценка радиационной обстановки и разработка систем радиационной безопасности. Участие в создании и тестировании приборов ядерной планетологии.

Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:

1. Определить закономерности формирования кластерных двунитевых разрывов ДНК при действии тяжелых заряженных частиц в ядрах фибробластов кожи человека, радиорезистентных опухолевых клетках U87.

2. Проанализировать закономерности формирования и структуру сложноорганизованных кластерных повреждений ДНК методом иммуноцитохимического окрашивания белков репарации γН2АХ, 53ВР1, OGG1, XRCC1 в ядрах фибробластов человека при действии ускоренных тяжелых ионов.

3. Исследовать кинетику репарации кластерных двунитевых разрывов ДНК после действия тяжелых заряженных частиц в ядрах фибробластов кожи человека, радиорезистентных опухолевых клетках U87.

4. Изучить закономерности формирования различных типов повреждений ДНК (однонитевых разрывов ДНК, повреждений оснований, комплексных повреждений ДНК) при действии тяжелых заряженных частиц в ядрах фибробластов человека.

5. Определить вклад различных путей репарации двунитевых разрывов ДНК в фибробластах человека при действии излучений разного качества методом иммуноцитохимического окрашивания белков репарации RAD51 (HR) и DNA PKcs (NHEJ).

6. Изучить закономерности формирования и кинетики репарации кластерных двунитевых разрывов ДНК при действии тяжелых заряженных частиц в ядрах клеток предшественников и зрелых нейронах, а также глиальных клетках ЦНС млекопитающих с использованием маркеров клеточных субпопуляций - NeuN, doublecortin, GFAP, BrdU, calbindin.

7. Проведение экспериментов по изучению экспрессии генов кодирующих белки, участвующие в репарации (RAD51, DNAPKcs, NBS1, MRE11 и др.) в фибробластах кожи человека при действии тяжелых заряженных частиц.

8. Изучить закономерности индукции апоптоза в фибробластах кожи человека, в нейронах ЦНС млекопитающих при действии тяжелых заряженных частиц.

9. Исследовать экспрессию генов, кодирующих белки и каспазы, участвующие в индукции апоптоза в фибробластах человека и нервных клетках при действии тяжелых заряженных частиц.

10. Изучить закономерности формирования и элиминации двунитевых разрывов ДНК в клетках гиппокампа крыс in vitro c использованием первичной культуры гиппокампа, получаемой из крыс возраста P0-P1.

11. Определить закономерности формирования двунитевых разрывов ДНК при действии γ-квантов и ускоренных тяжелых ионов в нейронах ЦНС млекопитающих.

12. Исследовать кинетику репарации кластерных двунитевых разрывов ДНК при действии γ-квантов и ускоренных тяжелых ионов в нейронах ЦНС млекопитающих.

13. Изучить закономерности экспрессии генов, кодирующих белки репарации (RAD51, DNA PKcs, NBS1, MRE11 и др.) в фибробластах человека при действии ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками.

14. Продолжить изучение закономерностей индукции структурных мутаций в клетках дрожжей при действии излучений с разными ЛПЭ.

15. Исследовать влияние нарушения дыхания в результате повреждения митохондриальной ДНК на чувствительность к повреждающему и мутагенному действию излучения.

16. Определить характеристики мутаций, понижающих чувствительность клеток к излучению.

17. Проанализировать радиочувствительность и генетическую стабильность клеток дрожжей при инактивации фосфатазы НАР1.

18. Провести PCR-анализ структурных нарушений hprt-гена у потомков облученных клеток (линия V-79).

19. Сопоставить спектры структурных и хромосомных нарушений, выявленных у радиационно- индуцированных мутантов в разные сроки после облучения.

20. Оценить отдаленные хромосомные нарушения после облучения головы обезьян (Macaca mulatta) ускоренными ионами углерода и криптона метафазным методом.

21. Исследовать индукцию комплексных аберраций в нормальных (лимфоциты) и опухолевых (карцинома молочной железы Cal 51) клетках человека in vitro при действии фотонов, протонов и ускоренных ионов бора и азота.

22. Исследовать индукцию и элиминацию (3-6 месяцев после облучения) хромосомных аберраций в клетках костного мозга и лимфоцитах крови животных mFISH и стандартным метафазным методом.

23. Исследовать методом mFISH хромосомные аберрации, индуцированные в лимфоцитах периферической крови человека различными видами излучений, используемых в терапии рака.

24. Провести кариотипирование и анализ структурных и численных хромосомных аберраций в различных линиях культивируемых in vitro стволовых клеток человека методом mFISH.

25. Исследовать индукцию разрывов хроматина в разные сроки после облучения гамма, протонами и ускоренными ионами в нормальных (лимфоциты) и опухолевых (карцинома молочной железы Cal 51) клетках человека методом преждевременной конденсации хроматина.

26. Исследовать методом экстракции белков секрецию воспалительных цитокинов в гомогенатах мозга мышей после облучения.

27. Исследовать влияния АраЦ на выживаемость различных линий нормальных и опухолевых клеток млекопитающих и человека (по критерию клонообразования, формированию апоптоза) при действии протонов и γ-квантов.

28. Исследовать образование и элиминацию γH2AX/53BP1 фокусов в культуре клеток глиобластомы U87 и других радиорезистентных линий опухолей при облучении протонами в пике Брэгга и γ-квантами в нормальных условиях и в присутствии АраЦ (+/- ГМ).

29. Изучить закономерности формирования двунитевых разрывов ДНК в различных отделах центральной нервной системы грызунов при облучении in vivo протонами и γ-квантами без применения радиомодификаторов и в присутствии АраЦ (+/- ГМ).

30. Изучить кинетику формирования и преобразования однонитевых разрывов ДНК в двунитевые разрывы ДНК для различных нормальных и опухолевых типов облученных клеток в присутствии или отсутствии АраЦ (+/- ГМ).

31. Исследовать воздействие АраЦ (+/- ГМ) на радиосенсибилизацию нормальных опухолевых клеток при различных схемах фракционирования облучения и уровнях клеточной гипоксии.

32. Исследовать модификацию поведенческих реакций мелких лабораторных животных после воздействия ТЗЧ с помощью препарата АраЦ. Оценить патологические изменения в различных клеточных популяциях головного мозга и возможность купирования подобных нарушений нейропротекторным лекарственным средством Церебролизин.

33. Исследовать морфологические и функциональные изменения в ЦНС крыс линии SD и мышей CD-1 после воздействия протонного излучения.

34. Продолжить исследование патогенеза в различных тканях и органах млекопитающих после воздействия ТЗЧ.

35. Провести моделирование формирования и репарации повреждений ДНК при действии тяжелых заряженных частиц различных энергий на нормальные и опухолевые клетки.

36. Разработать модель роста популяции опухолевых клеток при действии ионизирующих излучений в присутствии ингибиторов синтеза ДНК.

37. Разработать модель роста популяции опухолевых клеток при действии ионизирующих излучений в присутствии металлических наночастиц.

38. Продолжить компьютерное моделирование нарушений структуры и функций мутантных и оксидированных форм белков методом молекулярной динамики.

39. Провести моделирование радиационно-индуцированных нарушений нейрогенеза и глиогенеза, нейровоспалительных процессов в структурах центральной нервной системы.

40. Провести модернизацию облучательной установки «Геном».

41. Продолжить проектирование, тестирование и калибровку приборов ядерной планетологии с генераторами быстрых нейтронов на стенде ЛРБ.

42. Обеспечить проведение радиобиологических экспериментов на ускорителе У400М ЛЯР и медицинском пучке фазотрона ЛЯП.

Сотрудничество по теме: