Модели персонифицированных ксенотрансплантантов гемопоэтических стволовых клеток для оценки индивидуальной радиочувствительности человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Существуют разные подходы к оценке индивидуальной радиочувствительности человека. В данной работе индивидуальную радиочувствительность оценивали по показателям выживаемости и восстановления гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) человека после воздействия острого γ-излучения на гуманизированных мышей. Иммунодефицитным мышам NOD SCID трансплантировали ГСК пуповинной крови внутривенно, ГСК периферической или пуповинной крови внутрикостно. Рассчитанная для ГСК человека величина D0 составила 1.19 Гр (95٪ ДИ от 0.90 до 1.74), 0.99 Гр (95٪ ДИ от 0.87 до 1.15) и 0.93 Гр (95٪ ДИ от 0.61 до 1.91) для трех способов получения гуманизированных мышей соответственно. Для всех трех способов гуманизации мышей получены статистически не отличающиеся модели, описывающие зависимость выживаемости ГСК от дозы острого γ-облучения в диапазоне 0.5-1.5 Гр. Таким образом, внутрикостное введение ГСК периферической крови иммунодефицитным мышам может быть эффективно использовано для оценки реакции ГСК человека на радиационное воздействие. Сравнение числа ГСК (CD34+ клеток) и их потомков (CD45+ клеток) у необлученных и облученных мышей, гуманизированных клетками одного и того же донора, на 3- и 14-е сутки после облучения позволяет оценивать процессы радиационно-индуцированной гибели и восстановления ГСК. Предложен коэффициент, рассчитанный как отношение доли ГСК среди всех клеток человека в костном мозге гуманизированных мышей на 14-е сутки к доле ГСК на 3-и сутки после облучения, для оценки реакции на радиационное воздействие. Этот коэффициент имел обратную линейную зависимость от дозы облучения, различался у мышей с повышенной и нормальной радиочувствительностью, повышался при применении радиопротектора цистеамина у гуманизированных мышей. Предложено использование этого коэффициента для сравнительной оценки радиочувствительности человека.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Наталья Игоревна Атаманюк

Уральский научно-практический центр радиационной медицины Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: atamanyuk@urcrm.ru
ORCID iD: 0000-0001-8293-2730
Россия, Челябинск

Евгений Александрович Пряхин

Уральский научно-практический центр радиационной медицины Федерального медико-биологического агентства

Email: atamanyuk@urcrm.ru
ORCID iD: 0000-0002-5990-9118
Россия, Челябинск

Список литературы

  1. Applegate K.E., Rühm W., Wojcik A. et al. Individual response of humans to ionising radiation: governing factors and importance for radiological protection. Radiat. Environ. Biophys. 2020;59(2):185–209. https://doi.org/10.1007/s00411-020-00837-y
  2. Human radiosensitivity. Report of the independent advisory group on ionising radiation documents of the Health Protection Agency. London. 2013. 164 p.
  3. Radiation Protection N°171 Individual radiosensitivity / EU Scientific Seminar 2011. Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2012. 71 p.
  4. Ferlazzo M.L., Bourguignon M., Foray N. Functional assays for individual radiosensitivity: a critical review. Semin. Radiat. Oncol. 2017;27(4):310–315. https://doi.org/10.1016/j.semradonc.2017.04.003
  5. Kišonas J., Venius J., Sevriukova O. et al. Individual radiosensitivity as a risk factor for the radiation-induced acute radiodermatitis. Life. 2022;12(1):20. https://doi.org/org/10.3390/life12010020
  6. Brzozowska K., Pinkawa M., Eble M.J. et al. In vivo versus in vitro individual radiosensitivity analysed in healthy donors and in prostate cancer patients with and without severe side effects after radiotherapy. Int. J. Radiat. Biol. 2012;88:405–413.
  7. ICRP Statement on tissue reactions / Early and late effects of radiation in normal tissues and organs — Threshold doses for tissue reactions in a radiation protection context. ICRP Publication 118. Ann. ICRP 41(1/2). 2012. 322 p.
  8. Shao L., Luo Y., Zhou D. Hematopoietic stem cell injury induced by ionizing radiation. Antioxid. Redox. Signal. 2014;20(9):1447–1462. https://doi.org/10.1089/ars.2013.5635
  9. Fliedner T.M., Graessle D.H. Hematopoietic cell renewal systems: mechanisms of coping and failing after chronic exposure to ionizing radiation. Radiat. Environ. Biophys. 2008;47:63-69. https://doi.org/10.1007/s00411-007-0148-6
  10. Hoehn D., Pujol-Canadell M., Young E.F. et al. Effects of high- and low-LET radiation on human hematopoietic system reconstituted in immunodeficient mice. Radiat. Res. 2019;191(2): 162–175. https://doi.org/10.1667/RR15148.1
  11. Ghandhi S.A., Smilenov L., Shuryak I. et al. Discordant gene responses to radiation in humans and mice and the role of hematopoietically humanized mice in the search for radiation biomarkers. Sci. Rep. 2019;9(1):19434. https://doi.org/10.1038/s41598-019-55982-2
  12. Tsogbadrakh B., Jung J.A., Lee M. et al. Identifying serum miRNA biomarkers for radiation exposure in hematopoietic humanized NSG-SGM3 mice. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2022;599:51–56. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2022.02.010
  13. Kato K., Omori A., Kashiwakura I. Radiosensitivity of human haematopoietic stem/progenitor cells. J. Radiol. Prot. 2013;33(1):71–80. https://doi.org/10.1088/0952-4746/33/1/71
  14. Worley J.R., Parker G.C. Effects of environmental stressors on stem cells. World J Stem Cells. 2019;11(9):565–577. https://doi.org/10.4252/wjsc.v11.i9.565
  15. Golebiewska A., Hau A.C., Oudin A. et al. Patient-derived organoids and orthotopic xenografts of primary and recurrent gliomas represent relevant patient avatars for precision oncology. Acta Neuropathol. 2020;140(6):919–949. https://doi.org/10.1007/s00401-020-02226-7
  16. Ilmer M., Berger M. Avatars to personalized medicine: of mice and men. Hepatobiliary Surg. Nutr. 2017;6(5):347–349. https://doi.org/10.21037/hbsn.2017.06.05
  17. Yao L.C., Aryee K.E., Cheng M. et al. Creation of PDX-bearing humanized mice to study immuno-oncology. Meth. Mol. Biol. 2019;1953:241-252. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9145-7_15
  18. Ito R., Takahashi T., Ito M. Humanized mouse models: application to human diseases. J. Cell Physiol. 2018;233(5):3723–3728.
  19. Walcher L., Hilger N., Wege A.K. et al. Humanized mouse model: hematopoietic stemcell transplantation and tracking using short tandem repeat technology. Immun. Inflamm. Dis. 2020;8(3):363–370. https://doi.org/10.1002/iid3.317
  20. Атаманюк Н.И., Стяжкина Е.В., Обвинцева Н.А. и др. Кинетика гибели и восстановления клеток костного мозга у мышей двух линий с разной радиочувствительностью после острого γ-облучения. Вопр. радиац. безопасности. 2021;104(4):62–72. [Atamanyuk N.I., Styazhkina E.V., Obvintseva N.A. et al. Kinetics of bone marrow cell death and recovery in two mice strains with different radiosensitivity after acute gamma radiation exposure. J. Radiat. Safety Issues. 2021;104(4):62–72. (In Russ.)]
  21. Атаманюк Н.И., Пряхин Е.А., Андреев С.С. и др. Использование ксенотрансплантации гемопоэтических клеток человека, выделенных из периферической крови взрослых людей и пуповинной крови, иммунодефицитным мышам для изучения действия ионизирующего излучения. Вопр. радиац. безопасности. 2021;101(1):72–83. [Atamanyuk N.I., Pryakhin E.A., Andreev S.S. et al. Use of xenotransplantation of human hematopoietic cells isolated from human peripheral blood and umbilical cord blood to immunodeficient mice for studying the effect of ionizing radiation. J. Radiat. Safety Issues. 2021;101(1):72–83. (In Russ.)]
  22. Hall E.J., Giaccia A.J. Radiobiology for the radiologist. Eighth edition. Philadelphia: Wolters Kluwer; 2019. 1160 p.
  23. Wang C., Oshima M., Sashida G. et al. Non-lethal ionizing radiation promotes aging-like phenotypic changes of human hematopoietic stem and progenitor cells in humanized mice. PLoS ONE. 2015;10(7):e0132041. https://doi.org/org/10.1371/journal.pone.0132041.
  24. Yoshida K., Satoh Y., Uchimura A. et al. Massive expansion of multiple clones in the mouse hematopoietic system long after whole-body X-irradiation. Sci. Rep. 2022;12 (1):17276. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21621-6
  25. Brojakowska A., Kour A., Thel M.C. et al. Retrospective analysis of somatic mutations and clonal hematopoiesis in astronauts. Commun. Biol. 2022;5:828. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03777-z

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Относительное количество ГСК человека после облучения по отношению к необлученному контролю в трех моделях гуманизированных животных. А — 3-и сутки после облучения; Б —14-е сутки после облучения.

Скачать (259KB)
Метаданные
3. Рис. 2. D0 для ГСК человека, рассчитанная в разных моделях получения гуманизированных мышей.

Скачать (118KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Относительное количество CD45+ клеток человека после облучения по отношению к необлученному контролю в трех моделях гуманизированных животных. А — 3-и сутки после облучения; Б — 14-е сутки после облучения.

Скачать (278KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость коэффициента К14/3 от дозы для моделей с разным способом введения ГСК.

Скачать (122KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение значений коэффициента К14/3 по отношению к среднему значению К14/3 в каждой дозовой группе для обследованных доноров.

Скачать (88KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024