Сотрудники сектора радиационной физиологии Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ провели сравнительный анализ поведения и морфологических изменений в головном мозге крыс после воздействия ионизирующего излучения различного типа. В результате исследования у лабораторных животных обнаружены нарушения памяти, исследовательской активности, а также необратимые патологические изменения в разных отделах головного мозга. Статья об этих работах опубликована в научном журнале Cellular and Molecular Neurobiology.
Исследования посвящены решению двух важных прикладных задач: во-первых, оценке краткосрочных последствий воздействия космического излучения, в частности, солнечных вспышек, для экипажей космических кораблей. Второй задачей являлось прогнозирование возможных отдаленных реакций нормальных тканей мозга на процедуры радиационной терапии опухолей.
Обе задачи вызывают большой интерес в научном сообществе. В значительной части публикаций на тему изучения поведения животных после воздействия радиации используются молодые животные, тогда как космонавты всегда являются взрослыми людьми. Исследования ведутся на животных преимущественно мужского пола, в то же время есть сведения, что некоторые различия в последствиях облучения обусловлены полом животного. Помимо этого, полученные данные часто разнятся, отличаются типом и дозой используемого излучения, пространственным распределением.
В ходе исследования были облучены три группы самок крыс. Животные подверглись воздействию различных видов ионизирующих излучений в дозе 1 Гр: гамма-излучением 60Co на установке «РОКУС-М» Медико-технического комплекса и протонами с энергией 170 МэВ и 70 МэВ (в пике Брэгга) на фазотроне Лаборатории ядерных проблем. Отдельную когорту животных составила 4-я, контрольная группа крыс — эти животных содержались в одинаковых условиях, испытывали аналогичный стресс, однако не были облучены.
В ходе исследования оценены поведенческие реакции грызунов (уровень двигательной активности, исследовательского поведения, тревоги и кратковременная память) и различные патолого-морфологические изменения в головном мозге.
«Доза 1 Гр сравнима с дозой, которую получит космонавт за все время марсианской экспедиции. Она не вызывает серьезных видимых проявлений лучевой болезни, – пояснил соавтор исследования, научный сотрудник cектора радиационной физиологии ЛРБ Юрий Северюхин. — Если бы мы облучили дозой 7-8 Гр, животное бы заболело: начались бы проблемы с кишечником, уменьшились бы кроветворные органы, произошло бы резкое изменение состава крови, общее состояние изменилось бы. А доза 1 Гр на внешнем облике животных никак не сказывается, но приводит к изменениям, например, в составе крови и в тонких процессах работы центральной нервной системы, это мы и хотели изучить».
После воздействия радиации животные были протестированы на возможные когнитивные отклонения. Были обнаружены нарушения памяти, общей двигательной и исследовательской активности, отмечено повышение тревоги. Исследованы физиологических показателей животных: изменение состава крови, массы тела, размеров тимуса и селезенки. Приготовлены препараты головного мозга крыс и проведен анализ гистологических изображений.
При исследовании морфологических изменений в головном мозге были обнаружены патологические необратимые изменения в гиппокампе, мозжечке, желудочках. Выявлены нарушения белкового обмена в виде образования амилоидных бляшек, отмечены дистрофические изменения. Измерен размер нейронов – в мозжечке и хилусе гиппокампа отмечена их гипертрофия. Произошла редукция клеточной популяции – уменьшение числа эпендимальных клеток, которые определяют функции гематоэнцефалического барьера.
Сейчас в ЛРБ ОИЯИ поставлен новый эксперимент, в котором поведение животных наблюдается на протяжении 450 дней после облучения, что позволит отследить нарушения в долговременной памяти.
В планах ученых также исследовать воздействие на мозг радиации более тяжелыми частицами, которые также встречаются в космосе. Проведение такого рода эксперимента станет возможно в будущем на коллайдере NICA.
Текст: пресс-служба ОИЯИ
Severyukhin, Y.S., Lalkovičová, M., Utina, D.M. et al. Comparative Analysis of Behavioral Reactions and Morphological Changes in the Rat Brain After Exposure to Ionizing Radiation with Different Physical Characteristics. Cell Mol Neurobiol (2022). https://doi.org/10.1007/s10571-021-01187-z
