Краткая аннотация и научное обоснование:
Целью проекта является исследование закономерностей и механизмов молекулярных, генетических и организменных эффектов действия ионизирующих излучений с различными физическими характеристиками. Использование в радиобиологических экспериментах ионизирующих излучений широкого диапазона линейных передач энергии позволяет получать уникальную информацию о характере нарушений структуры ДНК клеток при облучении, механизмах формирования генных и структурных мутаций в клетках с различным уровнем организации генома, закономерностях действия корпускулярных излучений на опухолевые образования при лучевой терапии.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Изучить закономерности формирования кластерных ДР ДНК при действии ускоренных заряженных частиц различных энергий в ядрах фибробластов кожи человека, опухолевых клетках и нейронах различных отделов центральной нервной системы облученных животных.

Исследовать кинетику репарации кластерных ДР ДНК в пострадиационный период в ядрах фибробластов кожи человека и радиорезистентных опухолевых клетках.

Исследовать закономерности и механизмы радиосенсибилизирующего действия АраЦ в комбинации с различными молекулярно-биологическими комплексами на нормальные и опухолевые клетки при действии излучений с различной ЛПЭ.

Исследовать количественные закономерности выживаемости нормальных и опухолевых клеток при облучении в условиях комбинации модификаторов репарации ДНК.

Изучить закономерности индукции точечных и структурных мутаций у клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae излучениями с разной ЛПЭ.

Изучить влияние гетерогенности клеточной популяции у гаплоидных дрожжей на радиационно-индуцированный мутагенез. Оценить мутагенез в различных фазах клеточного цикла.

Изучить влияние нарушения дыхания в результате повреждения митохондриальной ДНК на чувствительность к мутагенному действию излучения.

Исследовать механизм радиорезистентности и его влияние на радиационно-индуцированный мутагенез у дрожжевых мутантов.

Выполнить исследование радиационно-индуцированного мутагенеза и сопоставить выход хромосомных аберраций в клетках китайского хомячка при максимальном и минимальном уровне мутагенеза в зависимости от времени экспрессии и ЛПЭ ускоренных ионов.

Провести анализ структурных нарушений в hprt-гене и их проекции на нарушения хромосомного аппарата клеток.

Выполнить исследование биологической эффективности протонных пучков методом mFISH.

Методом mFISH изучить биологическую эффективность низкоэнергетического рентгеновского излучения при облучении in vitro лимфоцитов крови человека.

Оценить вклад комплексных хромосомных аберраций в биологическую эффективность плотноионизирующих изучений при облучении нормальных и опухолевых клеток человека in vitro.

Выполнить исследование первичных и отдаленных морфологических и функциональных изменений в центральной нервной системе крыс при действии излучений с различными физическими характеристиками.

Провести исследования средств фармакологической защиты при воздействии ионизирующих излучений.

Провести исследование влияния излучений с различной ЛПЭ на патогенез в органах и тканях организма мелких лабораторных животных.

Исследовать активацию микроглиальных клеток в культуре клеток и маркеров воспаления в мозге мышей при действии ионизирующих излучений разного качества.

Исследовать возможность модуляции активации микроглиальных клеток в облученной культуре и нейровоспаления в мозге облученных мышей с использованием ингибиторов к рецепторам сигнальных путей, вовлеченных в эти процессы.

Исследовать in vivo закономерности радиосенсибилизирующего влияния арабинозидцитозина в комбинации с другими молекулярно-биологическими комплексами на рост опухоли меланомы у мышей при комбинированном действии этих соединений и протонного излучения.

Изучить влияние комбинированного действия АраЦ и других молекулярно-биологических комплексов на выживаемость различных линий нормальных и опухолевых клеток по критерию клонообразования при облучении рентгеновскими лучами и протонами.

Исследовать кинетику формирования и элиминации повреждений ДНК в культуре клеток глиобластомы и других радиорезистентных линий при облучении протонами и рентгеновскими лучами в присутствии АраЦ и других молекулярно-биологических комплексов.

Изучить закономерности формирования двунитевых разрывов ДНК в различных отделах центральной нервной системы при облучении in vivo протонами и рентгеновскими лучами в условиях влияния комбинации радиомодификаторов.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Продолжить анализ закономерностей формирования и репарации кластерных двунитевых разрывов ДНК при действии ускоренных заряженных частиц и фотонного излучения в нормальных и опухолевых клетках (фибробласты человека, клетки глиобластомы U87, клетки мышиной меланомы В16) и нейронах различных отделов центральной нервной системы животных.

Продолжить анализ закономерностей формирования и структуры сложноорганизованных кластерных повреждений ДНК методом иммуноцитохимического окрашивания белков репарации γН2АХ, 53ВР1, OGG1, XRCC1 в нормальных и опухолевых клетках (фибробласты человека, клетки глиобластомы U87, клетки мышиной меланомы В16) при действии ускоренных заряженных частиц и фотонного излучения.

Продолжить подбор модификаторов, повышающих радиочувствительность  опухолевых клеток  в комплексе с арабинозидцитозином при облучении in vivo и in vitro  ионизирующими излучениями с разными физическими характеристиками.

Продолжить исследования закономерностей и механизмов радиосенсибилизирующего действия арабинозидцитозина в различных комбинациях с модификаторами репарации на выживаемость, формирование и элиминацию повреждений ДНК в нормальных и опухолевых клетках.

Проанализировать хромосомные нарушения у радиационно-индуцированных мутантов и их потомков, экспрессированных в области минимального уровня HPRT-мутагенеза и в отдаленные сроки после облучения клеток китайского хомячка (линия V-79) γ-квантами и ускоренными ионами бора.

Продолжить исследование влияния гетерогенности популяции дрожжевых клеток на чувствительность к летальному и мутагенному действию УФ и ионизирующих излучений.

Продолжить изучение закономерностей индукции структурных перестроек в клетках дрожжей при действии ионизирующих излучений с разной ЛПЭ.

Продолжить исследование влияния повреждений митохондриальной ДНК на радиочувствительность и мутагенез.

Продолжить анализ метафазным и mFISH методом хромосомных аберраций, индуцированных в лимфоцитах периферической крови обезьян (Macaca mulatta)  после воздействия ускоренными ионами углерода.

Оценить методом преждевременной конденсации хроматина индукцию первичных повреждений хроматина и кинетику их репарации в нормальных и опухолевых клетках человека при действии фотонов, протонов и ускоренных ионов азота.

Исследовать методом mFISH генетическую стабильность нейральных стволовых клеток мыши в культуре в зависимости от их происхождения и длительности культивирования.

Исследовать методом mFISH биологическую эффективность и индуцируемый спектр хромосомных аберраций при действии мягкого рентгеновского излучения.

Продолжить исследование нарушений долговременной памяти и обучаемости крыс в тесте Морриса и Т-лабиринте при тотальном облучении животных.

Исследовать морфологические изменения в ЦНС и тонком кишечнике крыс при тотальном облучении протонами в отдаленный период.

Разработать методику оценки изменений регенеративной способности кишечных крипт при применении радиомодификаторов.

Продолжить изучение поведенческих реакций, сигналов электроэнцефалографии и морфологических изменений у крыс после локального рентгеновского облучения головного мозга на установке SARRP.

Провести адаптацию экспериментальной модели меланомы B16 in vivo и оптимизацию параметров конформной лучевой терапии с применением радиомодификаторов на установке SARRP.

Оценить эффективность радиопротекторов на моделях мелких лабораторных животных.

Исследовать цитотоксичность, степень накопления и локализацию в клетках протопорфирина IX и комплекса протопорфирин IX с гадолинием на клеточных линиях карциномы молочной железы человека (Cal-51, MDA-468, MDA-231) и колоректального рака (HCT-116) и оценить их выживаемость при действии рентгеновского излучения.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Наличие в ОИЯИ широкого спектра источников ионизирующих излучений, в особенности пучков тяжелых ионов различных энергий, предоставляет уникальную возможность для решения целого ряда фундаментальных проблем радиобиологии и астробиологии, а также практических задач, связанных с исследованиями космоса и развитием радиационной медицины.

В связи с высокой сложностью и стоимостью проведения биологических экспериментов на ускорительных комплексах первостепенное значение имеет совершенствование методик эксперимента, обеспечение дозиметрии и радиационной безопасности, а также проведение соответствующего компьютерного моделирования. Наиболее актуальными проблемами здесь являются необходимость экспериментального воспроизведения энергетического и спектрального состава космических и иных видов ионизирующих излучений, поиск способов неразрушающего анализа уникальных образцов и автоматизированной обработки данных биологических экспериментов, а также высокая сложность и ресурсоемкость компьютерного моделирования процессов в живых системах.

Настоящий проект направлен на решение комплекса вышеперечисленных проблем, возникающих в радиобиологических и астробиологических исследованиях. В ходе его реализации предполагается провести разработку новых установок для облучения и систем дозиметрии, внедрить методы неразрушающего анализа уникальных образцов, разработать и протестировать системы для автоматизированной компьютерной обработки биологических данных, сформулировать новые математические модели и вычислительные подходы для радиобиологии, биоинформатики и радиационной медицины, выявить механизмы и пути каталитического синтеза пребиотических соединений при действии радиации.

Сотрудничество по теме: