Wpływ promieniowania niskodawkowego na komórki macierzyste
Badania epidemiologiczne dostarczyły masy szczegółowych informacji na temat ryzyka wystąpienia nowotworów przy wystawieniu na działanie promieniowania jonizującego. Analizie poddano dane pochodzące od osób, które przeżyły ataki atomowe na Hiroszimę i Nagasaki oraz innych osób narażonych na to promieniowanie w pracy lub z przyczyn medycznych bądź środowiskowych. Mimo to wpływ promieniowania niskodawkowego na zdrowie nie jest dobrze określony i w głównej mierze opiera się na ekstrapolowaniu danych szacunkowych uzyskanych z analiz większych dawek, a nie na szczegółowej wiedzy dotyczącej odpowiedzi biologicznej komórek macierzystych odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów. Z tego powodu niezbędne są obszerne badania, które potwierdzą, że stosowany model ekstrapolacji ryzyka dokładnie odzwierciedla wszystkie powiązane mechanizmy biologiczne. Komórki macierzyste, utrzymujące się w ludzkim ciele przez długi czas i regulujące proces homeostatycznej regeneracji tkanek, mogą ulegać uszkodzeniom indukowanym przez substancje genotoksyczne. W wyniku oddziaływania czynników zewnętrznych, takich jak promieniowanie jonizujące czy wewnętrzne uszkodzenia DNA, w komórkach macierzystych mogą powstawać nieodwracalne zmiany prowadzące zwykle do apoptozy, starzenia się lub transformacji tych komórek, co ostatecznie może stać się przyczyną rozwinięcia się nowotworu. Uczestnicy finansowanego z funduszy UE RISK-IR zdecydowali się zająć tym problemem, przeprowadzając analizę zgromadzonych do tej pory oraz bieżących dane z badań nad komórkami macierzystymi oraz wykorzystując najnowsze technologie do określenia wpływu promieniowania jonizującego o niskiej dawce (<100 mGy) i natężeniu (<6 mGymin-1) na różne rodzaje komórek macierzystych. Podczas pracy konsorcjum wykorzystało różnorodne modele doświadczalne, w tym mysich i ludzkich komórek macierzystych. „Celem naszych badań było zrozumienie mechanizmów kancerogenezy indukowanej promieniowaniem, występujących u wszystkich gatunków zwierząt, także u ludzi” – wyjaśnia Simon Bouffler, koordynator projektu. Modele komórek macierzystych ujawniają wpływ promieniowania niskodawkowego Badacze odkryli, że niektóre komórki macierzyste, zwłaszcza te odpowiedzialne za odpowiedź na stres oksydacyjny i metabolizm energetyczny, są nadwrażliwe na niskie dawki promieniowania. Zarówno w przypadku ludzkich, jak i mysich hematopoetycznych komórek macierzystych niskie dawki promieniowania jonizującego zaburzały funkcjonowanie tych komórek oraz miały długoterminowy wpływ spowodowany obniżeniem zdolności komórek macierzystych do repopulacji. Z drugiej strony, komórki macierzyste skóry okazały się stosunkowo odporne na promieniowanie niskodawkowe, co zostało potwierdzone w badaniach kontrolnych przeprowadzonych kilka lat po narażeniu. Zespół RISK-IR zbadał pozyskiwane z ludzkiego szpiku kostnego mezenchymalne komórki macierzyste (MSC, Mesenchymal Stem Cells), które, ze względu na swoją zdolność do różnicowania się w kierunku komórek kostnych, chrzęstnych i tłuszczowych, wspomagają hemopoezę i przyczyniają się do zachowania równowagi homeostatycznej w organizmie. Członkowie zespołu odkryli zależną od wieku odpowiedź na promieniowanie i zdolność do naprawy DNA bezpośrednio powiązane z fazą cyklu komórkowego MSC. Po rozszerzeniu badania o mysie modele predysponowane do raka zaobserwowano związek pomiędzy promieniowaniem niskodawkowym a występowaniem raka podstawnokomórkowego skóry. W przypadku raka kolczystokomórkowego skóry wnioski były wręcz odwrotne, co sugeruje, że skutki narażenia na promieniowanie są zależne od tkanki. W modelach indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych badacze zauważyli, że wysokie dawki promieniowania zapobiegają przeprogramowywaniu in vitro, podczas gdy niskie dawki mogą mieć wpływ hamujący. Ponadto stwierdzono, że wydzielane czynniki, w tym IL-6, mogą ułatwiać przeprogramowywanie. Badanie odpowiedzi na uszkodzenia DNA embrionalnych komórek macierzystych spowodowane promieniowaniem niskodawkowym wykazało istnienie zależnych od czasu i dawki efektów silnie powiązanych z reaktywnymi rodnikami tlenowymi. Znaczenie dla bezpieczeństwa Promieniowanie jonizujące ma wiele zastosowań w przemyśle i medycynie, zaś uniknięcie narażenia na to promieniowanie nie zawsze jest możliwe. „Musimy przedstawić nasze najważniejsze wnioski głównym międzynarodowym organom weryfikacyjnym/normalizacyjnym, takim jak Komitet Naukowy ONZ ds. Skutków Promieniowania Atomowego czy Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej, oraz upewnić się, że wnioski te zostaną uznane przez te organy” – twierdzi dr Bouffler. Ocena ilościowa zagrożeń związanych z promieniowaniem niskodawkowym ma decydujące znaczenie dla ochrony przed promieniowaniem. Z tego powodu wyniki projektu RISK-IR znacząco przyczynią się do rozwoju realnych z biologicznego punktu widzenia modeli prognozowania ryzyka. Co ważne, wzbogacą one bazę danych naukowych i pomogą opracować przyszłe wytyczne w zakresie narażenia na promieniowanie, pozwalające zachować równowagę pomiędzy zagrożeniami i korzyściami związanymi z promieniowaniem jonizującym.
Słowa kluczowe
Promieniowanie, komórki macierzyste, RISK-IR, MSC, odpowiedź na uszkodzenia DNA
