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 январе 2022 года в авторитетном американском научном журнале Cellular and Molecular Neurobiology.

Изображение: Springer

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 физиологические показатели 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.