Изменение скорости деления костномозговых клеток крыс Wistar после воздействия наносекундными микроволновыми импульсами разной интенсивности

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.

1. Farabi 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/ijms25053006

2. Jin 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/mco2.291

3. Kokai 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.2013.11.009

4. Керея 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.

5. 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_15

6. Гостюхина 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/S0869803123010083

7. Adey W.R. Biological effects of electromagnetic fields. J. Cell. Biochem. 1993;51(4):410–416.

8. 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/S0869803114060071

9. Керея 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/S0869803117020072

10. Самойлова 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/S0869803121020107

11. Tan 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/s41598-017-11420-9

12. Шахов В.П., Хлусов И.А., Дамбаев Г.Ц. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей. Томск: STT, 2004. 386 с.

13. 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/oj

14. Цыганков 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.2024.139.11

15. Malik 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.2020.3026588

16. Peyman 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: 10.1088/0031-9155/46/6/303

17. Sasaki 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/ac7b64

18. Медик В.А., Токмачев М.С., Фишман Б.Б. Статистика в медицине и биологии. М.: Медицина, 2000. 412 с.

19. Moore K.A., Lemischka I.R. Stem cells and their niches. Science. 2006;311(5769):1880–1885. doi: 10.1126/science.1110542

20. Comazzetto 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.2021.05.018

21. Нимирицкий 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.2018.08.01

22. Белявский А.В. Ниши гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге. Молекул. биол. 2019;53(6):1012–1019. doi: 10.1134/S0026898419060028

23. Wei Q., Frenette P.S. Niches for hematopoietic stem cells and their progeny. Immunity. 2018;48(4):632–648. doi: 10.1016/j.immuni.2018.03.024

24. Chen 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.2004.03.034

25. Kim 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.04876

26. Джаксон М.Б. Молекулярная и клеточная биофизика. М.: Мир, 2009. 551 с.