sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20240616sibmed-1852Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEИзменение скорости деления костномозговых клеток крыс Wistar после воздействия наносекундными микроволновыми импульсами разной интенсивностиChanges in the division rate of bone marrow cells in Wistar rats after exposure to nanosecond microwave pulses of different intensitieshttps://orcid.org/0000-0003-4857-935XСамойловаА. В.SamoylovaA. V.

Самойлова Анна Викторовна - к.б.н.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3; 634050, Томск, пр. Ленина, 36; 634050, Томск, Московский тракт, 2

Anna V. Samoylova - candidate of biological sciences.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3; 634050, Tomsk, Lenina ave., 36; 634050, Tomsk, Moskovsky path, 2

kereya21@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3655-6505ГостюхинаА. А.GostyukhinaA. A.

Гостюхина Алена Анатольевна - к.б.н.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3; 634050, Томск, пр. Ленина, 36; 141551, Московская обл., Солнечногорский р-н, д. Голубое, ул. Родниковая, стр.6, корп. 1

Alena A. Gostyukhina - candidate of biological sciences.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3; 634050, Tomsk, Lenina ave., 36; 141551, Moscow region, Solnechnogorsk district, Goluboe village, Rodnikovaya st., p. 6, bidg. 1

antariks-tomsk2015@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0293-3077ЖарковаЛ. П.ZharkovaL. P.

Жаркова Любовь Петровна - к.б.н.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3; 634050, Томск, пр. Ленина, 36

Lyubov P. Zharkova - candidate of biological sciences.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3; 634050, Tomsk, Lenina ave., 36

Zharkova_lubov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7955-1478БольшаковМ. A.BolshakovM. A.

Большаков Михаил Алексеевич - д.б.н., проф.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3; 634050, Томск, пр. Ленина, 36

Mikhail A. Bolshakov - doctor of biological sciences, professor.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3; 634050, Tomsk, Lenina ave., 36

mbol@ngs.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4764-4842ДорошенкоО. С.DoroshenkoO. S.

Дорошенко Ольга Сергеевна.

634050, Томск, пр. Ленина, 36; 141551, Московская обл., Солнечногорский р-н, д. Голубое, ул. Родниковая, стр.6, корп. 1

Olga S. Doroshenko.

634050, Tomsk, Lenina ave., 36; 141551, Moscow region, Solnechnogorsk district, Goluboe village, Rodnikovaya st., p. 6, bidg. 1

doroshenko.olga.95@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8253-3796ЦыганковР. В.TsygankovR. V.

Цыганков Руслан Вячеславович.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3

Ruslan V. Tsygankov.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3

mincemeat@rambler.ruЗайцевК. В.ZaitsevK. V.

Зайцев Константин Васильевич - д.м.н.

141551, Московская обл., Солнечногорский р-н, д. Голубое, ул. Родниковая, стр.6, корп. 1

Konstantin V. Zaitsev - doctor of medical sciences.

141551, Moscow region, Solnechnogorsk district, Goluboe village, Rodnikovaya st., p. 6, bidg. 1

exper@med.tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1718-0111РостовВ. В.RostovV. V.

Ростов Владислав Владимирович - д.ф.-м.н., проф.

634055, Томск, пр. Академический, 2/3

Vladislav V. Rostov - doctor of physical and mathematical sciences, professor.

634055, Tomsk, Academichesky ave., 2/3

rostov@lfe.hcei.tsc.ruИнститут сильноточной электроники СО РАН; Томский государственный университет; Сибирский государственный медицинский университет Минздрава РоссииРоссияInstitute of High Current Electronics of SB RAS; Tomsk State University; Siberian State Medical University of Minzdrav of RussiaRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАН; Томский государственный университет; Федеральный научно-клинический центр медицинской реабилитации и курортологии ФМБА РоссииРоссияInstitute of High Current Electronics of SB RAS; Tomsk State University; Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the FMBA of RussiaRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАН; Томский государственный университетРоссияInstitute of High Current Electronics of SB RAS; Tomsk State UniversityRussian FederationТомский государственный университет; Федеральный научно-клинический центр медицинской реабилитации и курортологии ФМБА РоссииРоссияTomsk State University; Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the FMBA of RussiaRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАНРоссияInstitute of High Current Electronics of SB RASRussian FederationФедеральный научно-клинический центр медицинской реабилитации и курортологии ФМБА РоссииРоссияFederal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the FMBA of RussiaRussian Federation202408012025446162170Copyright © Самойлова А.В., Гостюхина А.А., Жаркова Л.П., Большаков М.A., Дорошенко О.С., Цыганков Р.В., Зайцев К.В., Ростов В.В., 20252025Самойлова А.В., Гостюхина А.А., Жаркова Л.П., Большаков М.A., Дорошенко О.С., Цыганков Р.В., Зайцев К.В., Ростов В.В.Samoylova A.V., Gostyukhina A.A., Zharkova L.P., Bolshakov M.A., Doroshenko O.S., Tsygankov R.V., Zaitsev K.V., Rostov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/1852

Одним из перспективных направлений регенеративных технологий является стимуляция пролиферативной активности стволовых клеток и, соответственно, скорости их самообновления посредством воздействия наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением (ИПМИ). В статье представлены данные о влиянии наносекундного ИПМИ на скорость деления мезенхимальных стволовых клеток из бедренной кости крыс линии Wistar. Материал и методы. Клетки облучались ИПМИ с несущей частотой 9,4 ГГц, количеством импульсов 50, частотой повторения импульсов 13 Гц, пиковой плотностью потока мощности (пППМ) 140, 210 и 310 Вт/см2, величиной поглощенной энергии в 50 импульсах на глубине 1 см соответственно 699, 1049 и 1549×10–6 Дж/см3. Эффект воздействия оценивался по изменению количества клеток в культуре через 24 и 72 ч после однократного облучения ИПМИ с фиксированным малым количеством импульсов и фиксированной частотой повторения импульсов, но с разными интенсивностями. Результаты и их обсуждение. В зависимости от интенсивности ИПМИ наблюдалось как увеличение, так и торможение скорости деления клеток, т. е. реагирование имело фазный характер. Наиболее выраженное стимулирующее ускорение деления клеток оказывает воздействие ИПМИ с пППМ 140 Вт/см2, при этом эффект максимального увеличения скорости самообновления реализуется через 24 ч. Заключение. Рассмотрены наиболее вероятные биофизические и физиологические механизмы формирования эффектов стимуляции и ингибирования скорости самообновления стволовых клеток посредством наносекундных микроволновых импульсов.

One of the promising areas of regenerative technologies is the stimulation of proliferative activity of stem cells and, accordingly, the rate of their self-renewal, by exposure to nanosecond repetitive pulsed microwave radiation (RPMs). The article presents data on the effect of nanosecond RPMs on the rate of division of mesenchymal stem cells from the femur of Wistar rats. Material and methods. Data are presented on the effect of nanosecond repetitively pulsed microwave radiation carrier frequency of 9.4 GHz, pulse repetition rate of 13 Hz, 50 pulses, peak power flux density of 140, 210, and 310 W/cm2, absorbed energy value in 50 pulses at a depth of 1 cm, respectively 699, 1049 and 1549×10–6 J/cm3 on the division rate of mesenchymal stem cells from the femur of laboratory rats Wistar. The effect of the exposure was assessed by the change in the number of cells in the culture 24 and 72 hours after a single irradiation with RPMs with different intensity. Results. Depending on the intensity of RPM, both an increase and inhibition of cell division rate were observed, that is, the response had a phasic character. The most pronounced stimulating acceleration of cell division is exerted by RPMs with a peak power flux density of 140 W/cm2, and the effect is realized at the maximum rate after 24 h. Conclusions. The most probable biophysical and physiological mechanisms for the formation of the effects of changes in the rate of self-renewal of stem cells induced by RPMs are considered.

стволовые клеткикостный мозгскорость деленияпролиферациянаносекундные микроволновые импульсыинтенсивностьпоглощенная энергияstem cellsbone marrowrate of divisionproliferationnanosecond microwave pulsesintensityabsorbed energyРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FWRM-2021-0002).The study was supported by the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (FWRM-2021-0002).ReferencesFarabi B., Roster K., Hirani R., Tepper K., Atak M.F., Safai B. The efficacy of stem cells in wound healing: a systematic review. Int. J. Mol. Sci. 2024;25(5):3006. doi: 10.3390/ijms25053006Farabi B., Roster K., Hirani R., Tepper K., Atak M.F., Safai B. The efficacy of stem cells in wound healing: a systematic review. Int. J. Mol. Sci. 2024;25(5):3006. doi: 10.3390/ijms25053006Jin Y., Li S., Yu Q., Chen T., Liu D. Application of stem cells in regeneration medicine. MedComm. (2020). 2023;4(4):e291. doi: 10.1002/mco2.291Jin Y., Li S., Yu Q., Chen T., Liu D. Application of stem cells in regeneration medicine. MedComm. (2020). 2023;4(4):e291. doi: 10.1002/mco2.291Kokai L.E., Marra K., Rubin J.P. Adipose stem cells: biology and clinical applications for tissue repair and regeneration. Transl. Res. 2014;163(4):399–408. doi: 10.1016/j.trsl.2013.11.009Kokai L.E., Marra K., Rubin J.P. Adipose stem cells: biology and clinical applications for tissue repair and regeneration. Transl. Res. 2014;163(4):399–408. doi: 10.1016/j.trsl.2013.11.009Керея А.В., Гостюхина А.А., Межерицкий С.А, Большаков М.А., Зайцев К.В., Кутенков О.П., Ростов В.В. Пролиферативная активность клеток костного мозга крыс после облучения наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением. Соврем. вопр. биомед. 2019;2(7):6–22.Kereya A.V., Gostyukhina A.A., Mezheritsky S.A., Bol’shakov M.A., Zaitsev K.V., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Proliferative activity of bone marrow mononuclear cells of rats after irradiation by nanosecond microwave pulses. Sovremennye voprosy biomeditsiny = Modern Issues of Biomedicine. 2019;2(7):6–22. [In Russian].Самойлова А.В., Гостюхина А.А., Большаков М.А., Светлик М.В., Дорошенко О.С., Кутенков О.П., Зайцев К.В., Ростов В.В. Возможности управления пролиферацией гемопоэтических стволовых клеток посредством наносекундных импульсных микроволн. Соврем. вопр. биомедицины. 2021;5(1):15. doi: 10.51871/2588-0500_2021_05_01_15Samoylova A.V., Gostyukhina A.A., Bol’shakov M.A., Svetlik M.V., Doroshenko O.S., Kutenkov O.P., Zaitsev K.V., Rostov V.V. Possibilities to control the proliferation of hematopoietic stem cells after irradiation by nanosecond microwave pulses. Sovremennye voprosy biomeditsiny = Contemporary Issues in Biomedicine. 2021;5(1):15. [In Russian]. doi: 10.51871/2588-0500_2021_05_01_15Гостюхина А.А., Большаков М.А., Самойлова А.В., Дорошенко О.С., Светлик М.В., Кутенков О.П., Зайцев К.В., Ростов В.В. Стимуляция пролиферации мезенхимальных стволовых клеток из бедренной кости крыс Wistar наносекундным микроволновым излучением: зависимость от количества импульсов. Радиац. биол. Радиоэкол. 2023;63(1):80–86. doi: 10.31857/S0869803123010083Gostyukhina А.А., Bolshakov М.А., Samoylova А.V., Doroshenko O.S., Svetlik M.V., Kutenkov O.P., Zaitsev K.V., Rostov V.V. Stimulation of mesenchymal stem cells proliferation from the femur of Wistar rats by nanosecond microwave radiation: dependence on the number of pulses. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. 2023;63(1):80–86. [In Russian]. doi: 10.31857/S0869803123010083Adey W.R. Biological effects of electromagnetic fields. J. Cell. Biochem. 1993;51(4):410–416.Adey W.R. Biological effects of electromagnetic fields. J. Cell. Biochem. 1993;51(4):410–416.Керея А.В., Большаков М.А., Жаркова Л.П., Иванов В.В., Князева И.Р., Кутенков О.П., Ростов В.В., Семенова Ю.Н. Эффект воздействия наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения на эпидидимальную жировую ткань мышей. Радиац. биол. Радиоэкол. 2014;54(6):606–612. doi: 10.7868/S0869803114060071Kereya A.V., Bol’shakov M.A., Zharkova L.P., Ivanov V.V., Knyazeva I.R., Kutenkov O.P., Rostov V.V., Semenova Yu.N. The epididymal adipose tissue of mice after nanosecond pulse-periodic microwave irradiation. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. 2014;54(6);606–612. [In Russian]. doi: 10.7868/S0869803114060071Керея А.В., Большаков М.А., Ходанович М.Ю., Немирович-Данченко Н.М., Кутенков О.П., Ростов В.В. Оценка реакции мозга мышей на воздействие наносекундных микроволновых импульсов по экспрессии белка c-fos. Радиац. биол. Радиоэкол. 2017;57(2):179–184. doi: 10.7868/S0869803117020072Kereya A.V., Bolshakov M.A., Khodanovich M.Yu., Nemirovich-Danchenko N.M., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Evaluation of mice brain reactions after nanosecond microwave pulses using c-fos expression. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. 2017;57(2):179–184. [In Russian]. doi: 10.7868/S0869803117020072Самойлова А.В., Большаков М.А., Жаркова Л.П., Гостюхина А.А., Кутенков О.П., Ростов В.В. Поведенческая активность и уровень кортикостерона в сыворотке крови мышей в динамике семидневного воздействия наносекундным импульсным микроволновым излучением. Радиац. биол. Радиоэкол. 2021;61(2):168–174. doi:10.31857/S0869803121020107Samoylova А.V., Bolshakov М.А., Zharkova L.P. Gostyukhina A.A., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Behavioral activity and corticosterone level in the mice blood serum during the 7-day exposure to nanosecond microwave pulses. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. 2021;61(2):168–174. [In Russian]. doi:10.31857/S0869803121020107Tan S., Wang H., Xu X., Zhao L., Zhang J., Dong J., Yao B., Wang H., Zhou H., Gao Ya., Peng R. Study on dose-dependent, frequency-dependent, and accumulative effects of 1.5 GHz and 2.856 GHz microwave on cognitive functions in Wistar rats. Sci. Rep. 2017;7(1):10781. doi: 10.1038/s41598-017-11420-9Tan S., Wang H., Xu X., Zhao L., Zhang J., Dong J., Yao B., Wang H., Zhou H., Gao Ya., Peng R. Study on dose-dependent, frequency-dependent, and accumulative effects of 1.5 GHz and 2.856 GHz microwave on cognitive functions in Wistar rats. Sci. Rep. 2017;7(1):10781. doi: 10.1038/s41598-017-11420-9Шахов В.П., Хлусов И.А., Дамбаев Г.Ц. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей. Томск: STT, 2004. 386 с.Shakhov V.P., Khlusov I.A., Dambaev G.Ts. Introduction to cell culture methods, bioengineering of organs and tissues. Tomsk: STT, 2004. 386 p. [In Russian].Council Directive 86/609/EEC of 24 November 1986 on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the Member States regarding the protection of animals used for experimental and other scientific purposes. Available at: http://data.europa.eu/eli/dir/1986/609/ojCouncil Directive 86/609/EEC of 24 November 1986 on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the Member States regarding the protection of animals used for experimental and other scientific purposes. Available at: http://data.europa.eu/eli/dir/1986/609/ojЦыганков Р.В., Ростов В.В., Большаков М.А., Самойлова А.В., Жаркова Л.П., Гостюхина А.А., Кутенков О.П. Применение наносекундных СВЧ-импульсов в пачечном режиме для заживления ожоговых ран. International Research Journal. 2024;(1):1‒17. doi: 10.23670/IRJ.2024.139.11Tsygankov R.V., Rostov V.V., Bolshakov M.A., Samoylova A.V., Zharkova L.P., Gostyukhina A.A., Kutenkov O.P. Application of nanosecond microwave pulses in batch regime for healing of burn wounds. International Research Journal. 2024;(1):1‒17. doi: 10.23670/IRJ.2024.139.11Malik N.A., Sant P., Ajmal T., Ur-Rehman M. Implantable antennas for biomedical applications. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2021;5(1):84–96. doi: 10.1109/JERM.2020.3026588Malik N.A., Sant P., Ajmal T., Ur-Rehman M. Implantable antennas for biomedical applications. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2021;5(1):84–96. doi: 10.1109/JERM.2020.3026588Peyman A., Rezazadeh A.A., Gabriel C. Changes in the dielectric proper ties of rat tissue as a function of age at microwave frequencies. Phys. Med. Biol. 2001;46(6):1617–1629. doi: 10.1088/0031-9155/46/6/303Peyman A., Rezazadeh A.A., Gabriel C. Changes in the dielectric proper ties of rat tissue as a function of age at microwave frequencies. Phys. Med. Biol. 2001;46(6):1617–1629. doi: 10.1088/0031-9155/46/6/303Sasaki K., Porter E., Rashed E.A., Farrugia L., Schmid G. Measurement and image-based estimation of dielectric properties of biological tissues – past, present, and future. Phys. Med. Biol. 2022;67(14):14TR01. doi: 10.1088/1361-6560/ac7b64Sasaki K., Porter E., Rashed E.A., Farrugia L., Schmid G. Measurement and image-based estimation of dielectric properties of biological tissues – past, present, and future. Phys. Med. Biol. 2022;67(14):14TR01. doi: 10.1088/1361-6560/ac7b64Медик В.А., Токмачев М.С., Фишман Б.Б. Статистика в медицине и биологии. М.: Медицина, 2000. 412 с.Medik V.A., Tokmachev M.S., Fishman B.B. Statistics in medicine and biology. Moscow: Meditsina; 2000. 412 p. [In Russian].Moore K.A., Lemischka I.R. Stem cells and their niches. Science. 2006;311(5769):1880–1885. doi: 10.1126/science.1110542Moore K.A., Lemischka I.R. Stem cells and their niches. Science. 2006;311(5769):1880–1885. doi: 10.1126/science.1110542Comazzetto S., Shen B., Morrison S.J. Niches that regulate stem cells and hematopoiesis in adult bone marrow. Dev. Cell. 2021;56(13):1848–1860. doi: 10.1016/j.devcel.2021.05.018Comazzetto S., Shen B., Morrison S.J. Niches that regulate stem cells and hematopoiesis in adult bone marrow. Dev. Cell. 2021;56(13):1848–1860. doi: 10.1016/j.devcel.2021.05.018Нимирицкий П.П., Сагарадзе Г.Д., Ефименко А.Ю., Макаревич П.И., Ткачук В.А. Ниша стволовой клетки. Цитология. 2018;60(8):575–586. doi: 10.31116/tsitol.2018.08.01Nimiritsky P.P., Sagaradze G.D., Efimenko A.Yu., Makarevich P.I., Tkachuk V.A. The stem cell niche. Cell Tissue Biol. 2019;53(6):1012–1019. doi: 10.31116/tsitol.2018.08.01Белявский А.В. Ниши гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге. Молекул. биол. 2019;53(6):1012–1019. doi: 10.1134/S0026898419060028Belyavsky A.V. Niches of hematopoietic stem cells in bone marrow. Mol. Biol. (Mosc.). 2019;53(6):889–895. doi: 10.1134/S0026898419060028Wei Q., Frenette P.S. Niches for hematopoietic stem cells and their progeny. Immunity. 2018;48(4):632–648. doi: 10.1016/j.immuni.2018.03.024Wei Q., Frenette P.S. Niches for hematopoietic stem cells and their progeny. Immunity. 2018;48(4):632–648. doi: 10.1016/j.immuni.2018.03.024Chen S., Fang W., Ye F., Liu Yu.H., Qian J., Shan Sh.J., Chunhua R.Zh., Liao L.M. Lin S., Sun J.P. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cell in patients with acute myocardial infarction. Am. J. Cardiol. 2004;94(1):92–95. doi: 10.1016/j.amjcard.2004.03.034Chen S., Fang W., Ye F., Liu Yu.H., Qian J., Shan Sh.J., Chunhua R.Zh., Liao L.M. Lin S., Sun J.P. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cell in patients with acute myocardial infarction. Am. J. Cardiol. 2004;94(1):92–95. doi: 10.1016/j.amjcard.2004.03.034Kim T.J., Joo C., Seong J., Vafabakhsh R., Botvinick E., Berns M.W., Palmer A.E., Wang N., Ha T., Jakobsson E., Sun J., Wang Y. Distinct mechanisms regulating mechanical force-induced Ca(2+) signals at the plasma membrane and the ER in human MSCs. eLife. 2015;4:e04876. doi: 10.7554/eLife.04876Kim T.J., Joo C., Seong J., Vafabakhsh R., Botvinick E., Berns M.W., Palmer A.E., Wang N., Ha T., Jakobsson E., Sun J., Wang Y. Distinct mechanisms regulating mechanical force-induced Ca(2+) signals at the plasma membrane and the ER in human MSCs. eLife. 2015;4:e04876. doi: 10.7554/eLife.04876Джаксон М.Б. Молекулярная и клеточная биофизика. М.: Мир, 2009. 551 с.Jackson M.B. Molecular and cellular biophysics. Moscow: Mir, 2009. 551 p. [In Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.