Los biofísicos han demostrado que después de una exposición a dosis bajas de rayos X (a 80 miligrays), las células madre se mantienen sanas, proliferan y no acumulan daño en el ADN para transmitirlo a su descendencia. El artículo fue publicado en la revista Envejecimiento.
«La dosis de 80 miligray es equivalente a la exposición a la radiación durante un procedimiento médico de diagnóstico por imágenes, como una tomografía computarizada, que se usa de forma rutinaria junto con la terapia con células madre», explica Sergey Leonov, director de la Escuela Phystech de Física Médica y Biológica. en el MIPT, quien también dirige el Laboratorio para el Desarrollo de Medicamentos Innovadores del instituto. «Nuestra investigación ayuda a predecir los efectos secundarios y los riesgos para la salud de los pacientes, que cada vez más a menudo se someten a la terapia con células madre y a los procedimientos de rayos X de diagnóstico al mismo tiempo».
El campo de la medicina regenerativa, que ahora está haciendo rápidos avances, promete el uso de células madre para reemplazar o restaurar tejidos y órganos humanos dañados. Las células madre tienen un alto potencial de división y autorrenovación, y son capaces de diferenciarse en varios tipos de células. Están presentes en la mayoría de los órganos y tejidos en un organismo adulto y pueden identificar sitios dañados, migrar hacia ellos, reemplazar células dañadas y promover la curación. Sin embargo, se cree que las células madre resultan dañadas por los frecuentes procedimientos de diagnóstico médico que implican el uso de radiación ionizante, como tomografías computarizadas y mamografías. Según este punto de vista, los rayos X causan daños que se acumulan en las células madre y se transmiten a su descendencia. Esto supuestamente conduce a la muerte celular, envejecimiento celular acelerado y transformaciones malignas.
El equipo de investigación internacional, que incluye a Andreyan Osipov del Centro Médico Biofísico Federal de Burnasyan y Sergey Leonov y Anastasia Tsvetkova del MIPT, realizó una serie de experimentos destinados a obtener los datos tan necesarios sobre los efectos retardados de la exposición a dosis bajas de radiación. Demostraron que la exposición a dosis bajas de rayos X no induce la inestabilidad del genoma, el envejecimiento prematuro ni la acumulación de daños en el ADN en la progenie de las células irradiadas.
Respuesta celular a la irradiación de rayos X
Durante un examen regular de rayos X, se administra al paciente una dosis de alrededor de 0,001 a 10 miligrays, según el procedimiento. Recibir 100 mGy se considera una exposición de dosis baja, mientras que 1000 mGy se considera una dosis intermedia. Los efectos de la exposición a dosis mayores se han estudiado ampliamente. Se sabe que provoca un aumento dependiente de la dosis en la incidencia de lesiones en el ADN, incluidas las denominadas roturas de doble cadena en las que se cortan ambas cadenas de la doble hélice. Estas rupturas pueden provocar la muerte celular, la activación del oncogén y la inactivación del antioncogén.
Por el contrario, los efectos de la exposición a dosis bajas de radiación durante los exámenes de rayos X de rutina aún no se conocen bien. Las agencias reguladoras responsables de la protección radiológica utilizan actualmente el llamado modelo lineal sin umbral para estimar los riesgos de radiación. Según este modelo, la radiación ionizante es dañina para las células vivas, sin importar cuán baja sea la dosis. Sin embargo, esta cruda suposición no refleja el estado real de las cosas: estamos expuestos regularmente a la radiación de fondo natural, y su ausencia incluso tiene efectos adversos en la capacidad de las células para reparar el daño del ADN.
Criterios para evaluar los efectos de la exposición a dosis bajas
Entre los diversos tipos de lesiones del ADN causadas por la radiación ionizante, las roturas de doble cadena atraen la mayor parte de la atención de los investigadores, porque sus efectos a largo plazo en las células son los más pronunciados. Su reparación lleva mucho tiempo y las roturas de doble cadena no corregidas provocan anomalías citogenéticas graves, inactivación de genes supresores de tumores, activación de oncogenes y muerte celular.
Durante mucho tiempo, no se dispuso de ningún método para evaluar la generación de roturas de doble cadena de ADN debido a la exposición a dosis bajas de radiación. Los métodos clásicos solo podían describir los efectos de la exposición a grandes dosis. Ahora, los avances en inmunocitoquímica han brindado a los biofísicos las herramientas necesarias para cuantificar las roturas de doble cadena causadas por la exposición a dosis bajas de rayos X y observar cómo se distribuyen en el núcleo y cómo las repara la célula.
A medida que las proteínas involucradas en la corrección del daño del ADN se acumulan en el sitio de una ruptura de doble cadena, se pueden observar con un microscopio gracias a la tinción de inmunofluorescencia, una técnica que implica el tratamiento de anticuerpos con tintes fluorescentes. Esto permite a los científicos visualizar las lesiones del ADN como puntos brillantes llamados focos. Una de las proteínas ampliamente utilizadas como marcador de daño en el ADN es la variante de histona llamada γH2AX.
Efectos sobre las células de la progenie
La célula tiene dos mecanismos principales para reparar roturas de doble cadena. La primera, llamada recombinación homóloga, es una forma lenta pero prácticamente libre de errores de restaurar la información perdida en una secuencia de ADN dañada. El otro, la unión de extremos no homólogos, puede conducir a una pérdida de información genética, lo que resulta en errores y mutaciones. Y, sin embargo, es este mecanismo más rápido pero impreciso el que se utiliza para reparar ocho de cada 10 roturas que se producen en una celda irradiada.
Los investigadores encontraron que 24 horas después del tratamiento con dosis bajas de rayos X, se observan más focos γH2AX en las células madre, en comparación con las expuestas a una dosis intermedia de radiación. Sin embargo, esto solo fue cierto para las células en división y no para las células inactivas (ver fig. 2). Se sabe que las roturas de doble cadena de ADN ocurren naturalmente durante la división celular. Tales rupturas generalmente se reparan correctamente mediante recombinación homóloga. Cuando se examinó la progenie de las células 11 pases, o «generaciones celulares», después de la exposición a dosis bajas de radiación, los investigadores encontraron que no eran diferentes de la progenie de las células de control, que no fueron tratadas con rayos X. . Además, la progenie de las células que recibieron dosis bajas de irradiación no mostró inestabilidad del genoma, anormalidades en la proliferación ni senescencia acelerada (véanse las figuras 2 y 3).
Andreyan Osipov, profesor de la Academia Rusa de Ciencias y jefe del Departamento de Radiobiología Experimental y Medicina de la Radiación en el Centro Biofísico Médico Federal, comenta sobre los hallazgos del equipo: «Nuestra investigación sugiere que la presencia de focos γH2AX en células madre humanas cultivadas 24 horas después de que la irradiación de rayos X en dosis bajas se asocia con procesos de división celular y no conduce a efectos retardados relacionados con el envejecimiento. Esta es una conclusión importante, porque los focos γH2AX ahora se usan activamente en biodosimetría. Comprender mal el significado biológico de los focos residuales podría conducir a una sobreestimación severa de los riesgos asociados con la exposición a dosis bajas».
