1.4. Как сравнить байстэндер эффект и эффект прямого повреждения?

Данные, полученные при изучении байстэндер эффекта, указывают на значительную разницу между байстэндер эффектом и эффектом прямого повреждения. Схематически на рис. 4 приведены для канцерогенных преобразований in vitro вклад эффекта прямого повреждения, байстэндер эффекта и их сумма.

При достаточно высоких дозах эффект прямого повреждения убивает все клетки в облученной популяции

П еревести на русский язык

Рис. 4 Схема удельных вкладов байстэндер эффекта и эффекта прямого повреждения в общее значение радиационного риска.

В этом случае вклад байстэндер эффекта незначителен и степень риска заболевания прямо пропорциональна плотности облучения. С другой стороны, байстэндер эффект наблюдается при облучении малой части клеток и повреждения обнаруживаются среди тех клеток, которые даже не подвергались воздействию. Обычно от 1 до 30 процентов необлученной фракции клеточной популяции могут обнаруживать повреждения вызванные байстэндер эффектом. В этом случае байстэндер эффект преобладает над эффектом прямого повреждения.

При прямом повреждении процент погибающих клеток прямо пропорционален дозе, а при байстэндер эффекте наблюдается низкий порог дозы, за которым клеточный ответ представляет плато – дальнейшее повышение дозы не вызывает увеличения количества поврежденных клеток.

Существуют две основные теории, объясняющие наличие плато. Одна из них - есть уже существующая доля клеток в популяции, которая чувствительна к сигналам об облучении соседних клеток. А вторая – то, что вся популяция клеток отвечает на сигналы, но также одновременно генерирует подавляющий сигнал, который ограничивает ответ определенной фракцией клеток.

Есть две основных области, где байстэндер эффект может играть важную роль. Первая связана с риском облучением низкими дозами естественного радиоактивного фона. Условная оценка облучения показывает, что естественный радиоактивный фон является причиной 3% всех случаев злокачественных опухолей, но является ли это преувеличением либо недооценкой – это частично зависит от предположений о биологическом действии на единичные клетки.

Байстэндер эффект также может иметь значение при некоторых видах лучевой терапии. Например, при лечении рака точечное воздействие радиации не всегда может достигнуть цели, и тогда необлученные клетки опухоли поражаются с помощью его механизмов.

1.5. Исследования байстэндер эффекта in vivo.

Радиационно-индуцированный «байстэндер» эффект не является исключительно явлением in vitro на клеточных культурах. Появляется все больше свидетельств того, что «байстэндер» эффект также может быть обнаружен in vivo.

Brooks и соавт. [1974] показали, что при накоплении α-источников в печени Китайского хомячка все клетки печени обладают одинаковым риском индукции хромосомных повреждений, даже если очень малая часть всей популяции подверглась облучению. В другом исследовании при трансплантации отличающихся цитогенетическими маркерами облученных и необлученных клеток костного мозга в последующих клонах гемопоэтических стволовых клеток наблюдалась хромосомная нестабильность [Watson и соавт., 2000].

В результате облучения нижней части легкого крыс наблюдалась повышенная частота микроядер в необлученной верхней части легких, которая снижалась при предварительном введении супероксид дисмутазы Схожий радиационно-индуцированный «байстэндер» эффект был описан у пациентов с хронической лейкемией и в костном мозге детей с хронической гранулоцитарной лейкемией в результате облучения селезенки

Особое значение «байстэндер» эффект имеет при фракционной терапии. Было показано, что культуральная среда от клеток, облученных несколькими фракциями, обладала более выраженным цитотоксическим эффектом при переносе клеткам-реципиентам по сравнению с средой от клеток, получивших одиночную равную дозу облучения. Этот эффект противоречит наблюдаемому восстановлению при прямом фракционном облучении культуры клеток – адаптивному ответу. Таким образом, образование «байстэндер» факторов in vivo может способствовать снижению «щадящего» эффекта, являющегося целью фракционной радиотерапии.

В настоящее время в некоторых клиниках врачи борются с солидными опухолями путем пространственной фракционной радиотерапии, опосредованной формированием «байстэндер» эффекта, что способствует регрессии опухолей и снижению дозы обучения пациентов Результаты этих и других исследований убедительно свидетельствуют, что «байстэндер» эффект существует не только исключительно в культурах, но и in vivo.

При остром облучении, выделение и эффект «байстэндер» факторов может быть больше и происходить в более короткие сроки. В то же время при хроническом низкодозовом облучении количество выделяемых в кровяное русло факторов может быть в очень малой концентрации, не способной вызвать клеточное повреждение вне зоны локализации источника. Таким образом, на основании этих исследований можно сделать вывод, что «байстэндер» эффект, индуцированный малыми дозами, не будет обладать каким-либо эффектом вне облученной ткани и, следовательно, не будет иметь большое значение in vivo.

Понимание эффектов радиации как скоординированного многоклеточного воздействия, поражающего не только облученные, но и необлученные клетки, позволяет определить вклад эффектов в необлученных клетках в оценку радиационных рисков. В результате при оценке радиационного риска во всех моделях канцерогенеза однозначно должны приниматься во внимание не только мишенные, но и немишенные аспекты радиационного воздействия.

Очевидно, что будущие терапевтические методы будут включать восстановление тканевой способности контролировать ответ на радиационное воздействие.