Оценка персонифицированной реакции гемопоэтических стволовых клеток на гамма-облучение с использованием гуманизированных мышей

Оценка персонифицированной реакции клеток, тканей и организма на радиационное воздействие является важной проблемой радиобиологии и радиационной защиты. Целью исследования было разработать метод оценки персонифицированной реакции гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) человека в модели гуманизированных мышей. ГСК пуповинной или периферической крови вводили иммунодефицитным мышам NOD SCID. После острого внешнего гамма-облучения в дозах 0,5 Гр, 1 Гр и 1,5 Гр оценивали число ГСК (CD34+-клеток), созревающих и зрелых лейкоцитарных клеток CD45+, долю ГСК среди всех CD45low/+-клеток через трое суток (период максимальной гибели) и 14 суток (период активного восстановления) после облучения. Методом регрессионного анализа рассчитывали зависимость показателей от дозы облучения. Описана экспоненциальная зависимость выживаемости ГСК человека у гуманизированных мышей через трое суток после облучения (R2 = 0,93; F = 211; p < 0,01), линейная зависимость от дозы количества ГСК на 14-е сутки после облучения (R2 = 0,65; F = 12,9; p = 0,01). В качестве показателя, отражающего гибель ГСК и восстановление их числа и функциональной активности, предложен коэффициент К14/3, равный отношению доли ГСК среди всех CD45low/+-клеток человека на 14-е сутки после облучения к этому параметру на третьи сутки. К14/3 имел обратную зависимость от дозы облучения (R2 = 0,57; F = 13,3; p = 0,004), был выше у радиорезистентных мышей и в модели индуцированной цистеамином радиорезистентности у гуманизированных мышей. Модель мышей, гуманизированных ГСК периферической крови, может быть использована для оценки персонифицированных реакций ГСК на острое внешнее гаммаоблучение на основе применения показателя К14/3, данных о выживаемости и восстановлении ГСК.

1. Хаитов Р. М., Аклеев А. В., Кофиади И. А. Индивидуальная радиочувствительность и иммунитет: национальное руководство. Челябинск: Книга, 2018; 216 с.

2. Applegate KE, Rühm W, Wojcik A, Bourguignon M, Brenner A, Hamasaki K, et al Individual response of humans to ionising radiation: governing factors and importance for radiological protection. Radiat Environ Biophys. 2020; 59 (2): 185–209. DOI: 10.1007/s00411-020-00837-y. PMID: 32146555.

3. Human Radiosensitivity. Report of the independent Advisory Group on Ionising Radiation Documents of the Health Protection Agency. London, 2013; 164 p.

4. Ferlazzo ML, Bourguignon M, Foray N. Functional Assays for Individual Radiosensitivity: A Critical Review. Semin Radiat Oncol. 2017; 27 (4): 310–5. DOI: 10.1016/j.semradonc.2017.04.003. PMID: 28865513.

5. Когарко И. Н., Аклеев А. В., Петушкова В. В., Нейфах Е. А., Когарко Б. С., Ктиторова О. В., и др. Адаптивный ответ как критерий оценки индивидуальной радиочувствительности человека. Радиация и риск (Бюллетень НРЭР). 2022; 1. Доступно по ссылке: https://cyberleninka.ru/article/n/adaptivnyy-otvet-kak-kriteriy-otsenki-individualnoyradiochuvstvitelnosti-cheloveka-obzor (дата обращения: 08.11.2022).

6. Fliedner TM, Graessle DH. Hematopoietic cell renewal systems: mechanisms of coping and failing after chronic exposure to ionizing radiation. Radiat Environ Biophys. 2008; 47: 63–69. DOI: org/10.1007/s00411-007-0148-6.

7. Shao L, Luo Y, Zhou D. Hematopoietic stem cell injury induced by ionizing radiation. Antioxid Redox Signal. 2014; 20 (9): 1447–62. DOI:10.1089/ars.2013.5635.

8. Fujiwara S. Humanized mice: a brief overview on their diverse applications in biomedical research. J Cell Physiol. 2018; 233: 2889–901.

9. Ito R, Takahashi T, Ito M. Humanized mouse models: Application to human diseases. J Cell Physiol. 2018; 233 (5): 3723–8.

10. 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. DOI: org/10.1371/journal.pone.0132041.

11. Zhang L, Mack R, Breslin P, Zhang J. Molecular and cellular mechanisms of aging in hematopoietic stem cells and their niches. J Hematol Oncol. 2020; 13 (1): 157. DOI: 10.1186/s13045-020-00994-z. PMID: 33228751; PMCID: PMC7686726.

12. de Haan G, Lazare SS. Aging of hematopoietic stem cells. Blood. 2018; 131 (5): 479–87. DOI: 10.1182/blood-2017-06-746412. PMID: 29141947.

13. Mejia-Ramirez E, Florian MC. Understanding intrinsic hematopoietic stem cell aging. Haematologica. 2020; 105 (1): 22–37. DOI: 10.3324/haematol.2018.211342. PMID: 31806687; PMCID: PMC6939535.

14. Shao L, Luo Y, Zhou D. Hematopoietic stem cell injury induced by ionizing radiation. Antioxid Redox Signal. 2014; 20 (9): 1447– 62. DOI: 10.1089/ars.2013.5635. PMID: 24124731; PMCID: PMC3936513.

15. Yoshida K, Satoh Y, Uchimura A, Misumi M, Kyoizumi S, Taga M, et al. Massive expansion of multiple clones in the mouse hematopoietic system long after whole-body X-irradiation. Sci Rep. 2022; 12 (1): 17276. DOI: 10.1038/s41598-022-21621-6. PMID: 36241679; PMCID: PMC9568546.

16. Brojakowska A, Kour A, Thel MC, et al. Retrospective analysis of somatic mutations and clonal hematopoiesis in astronauts. Commun Biol. 2022; 5: 828. Available from: https://doi.org/10.1038/s42003-022-03777-z.

17. Атаманюк Н. И., Пряхин Е. А., Андреев С. С., Алдибекова А. Е., Тряпицына Г. А., Шапошникова И. А., и др. Использование ксенотрансплантации гемопоэтических клеток человека, выделенных из периферической крови взрослых людей и пуповинной крови, иммунодефицитным мышам для изучения действия ионизирующего излучения. Вопросы радиационной безопасности. 2021; 1: 72–83.

18. Атаманюк Н. И., Стяжкина Е. В., Обвинцева Н. А., Тряпицына Г. А., Шапошникова И. А., Андреев С. С., и др. Кинетика гибели и восстановления клеток костного мозга у мышей двух линий с разной радиочувствительностью после острого γ-облучения.Вопросы радиационной безопасности. 2021; 4: 62–72.

19. Biancotti J-C, Town T. Increasing hematopoietic stem cell yield to develop mice with human immune systems. BioMed Research International. 2013; 11. DOI: 10.1155/2013/740892.

20. Brzozowska K, Pinkawa M, Eble MJ, et all. 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: 405–13.

21. Kišonas J, Venius J, Sevriukova O, Grybauskas M, Dabkevičienė D, Burneckis A, et al. Individual Radiosensitivity as a Risk Factor for the Radiation-Induced Acute Radiodermatitis. Life. 2022; 12 (1): 20. Available from: https://doi.org/10.3390/life12010020.

22. Yip H, Haupt C, Maresh G, Zhang X, Li L. Humanized mice for immune checkpoint blockade in human solid tumors. Am J Clin Exp Urol. 2019; 7 (5): 313–20. PMID: 31763362; PMCID: PMC6872471.

23. Golebiewska A, Hau AC, Oudin A, Stieber D, Yabo YA, Baus V, 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): 919–49. DOI: 10.1007/s00401-020-02226-7. PMID: 33009951; PMCID: PMC7666297.

24. Nilsson JA, Olofsson Bagge R, Ny L. Mouse avatars take off as cancer models. Nature. 2018; 562 (7726): 192. DOI: 10.1038/d41586-018-06982-1. PMID: 30305752.

25. Rottstegge M, Tipton T, Oestereich L, Ruibal P, Nelson EV, Olal C, et al. Avatar Mice Underscore the Role of the T Cell-Dendritic Cell Crosstalk in Ebola Virus Disease and Reveal Mechanisms of Protection in Survivors. J Virol. 2022; 96 (18): e0057422. DOI: 10.1128/jvi.00574-22. PMID: 36073921; PM.