Поиски путей модификации радиочувствительности органов и тканей является важнейшей фундаментальной задачей, как с позиции снижения последствий воздействия ионизирующих излучений на организм, так и с позиции повышения эффективности радиотерапии опухолей. Лигнины – уникальные биополимеры растительного происхождения, структурная организация которых мультивариантна и в значительной степени зависит от биологического вида растения. Целью данной работы явилось изучение радиозащитных свойств природного лигнина, полученного из стеблей овса, на мелких млекопитающих. Эксперименты проводили на половозрелых самцах мышей линии СВА, содержащихся в УНУ «Научная коллекция экспериментальных животных Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (http://www.ckp-rf.ru/usu/471933/) с учетом санитарно-гигиенических и биоэтических аспектов. Мышей облучали на гамма-установке (Исследователь «Россия») в дозе 6 Гр (137Cs, 0,75 Гр/мин). Для тестирования использовали водорастворимую форму препарата органосольвентного лигнина Пеппера, выделенного из стеблей овса Avena sativa. Растительный полимер животные получали перорально в течении 8 суток в кумулятивной дозе 150 мг/кг массы тела. Для изучения противолучевых свойств тестируемого препарата животных поили лигнином 8 суток до (профилактический режим) или после (терапевтический режим) острого гамма-облучения. По окончании эксперимента мышей декапитировали и сразу брали материал для молекулярно-клеточного анализа (нейтральная версия метода ДНК-комет и микроядерный тест) органов и тканей с разной пролиферативной активностью, анализа клеточного состава периферической крови и определения содержания малонового диальдегида в эритроцитах.

Полученные результаты свидетельствуют о проявлении противолучевых свойств природного лигнина, что выражалось в статистически значимом снижении двунитевых разрывов ДНК и уровня микроядер в клетках костного мозга, а также в уменьшении содержания малонового диальдегида в эритроцитах периферической крови мышей при обоих режимах введения лигнинного препарата. В пользу радиозащитных свойств природного лигнина свидетельствуют и результаты микроядерного теста, проведенного на клетках щитовидной железы, а также данные, полученные при анализе периферической крови, в частности, отмечена нормализация концентрации гемоглобина при терапевтическом приеме тестируемого препарата и размеров эритроцитов при обоих режимах введения лигнина. Употребление животными лигнина до облучения вызывало выраженную тенденцию к снижению уровня аномальных головок эпидидимальных сперматозоидов и статистически значимое уменьшение дефектов их хвостовой части по сравнению с облученными животными. Таким образом, способность лигнинного препарата, полученного из стеблей овса, модифицировать радиационные эффекты делает его перспективным для дальнейшего изучения в качестве противолучевого средства.

Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда № 22-13-00196, https://rscf.ru/project/22-13-00196/.

The search for ways to modify the radiosensitivity of organs and tissues is the most important fundamental problem, both from the standpoint of reducing the biological consequences of exposure to ionizing radiation on the body, and from the standpoint of increasing the effectiveness of tumor radiotherapy. Lignin are unique biopolymers of plant origin, the structural organization of which is multivariate and largely depends on the biological species of the plant. The purpose of this work was to study the radioprotective properties of natural lignin on small mammals. The experiments were carried out on mature male mice of the CBA line, obtained from the Scientific Collection of Experimental Animals of the Institute of Biology of the Federal Research Center of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (http://www.ckp-rf.ru/usu/471933/), which were kept taking into account sanitary and hygienic and bioethical aspects. Mice were irradiated on a gamma-ray unit (Researcher Rossiya) at a dose of 6 Gy (137Cs, 0.75 Gy/min). For the study, we used a water-soluble form of Pepper's organo-solvent lignin isolated from the stems of oats Avena sativa. Plant polymer animals received orally for 8 days at an average cumulative dose of 150 mg/kg of body weight. To study the anti-radiation properties of the studied preparation, animals were given lignin to drink for 8 days before (prophylactic regimen) or after (therapeutic regimen) acute gamma irradiation. At the end of the experiment, mice were decapitated and material was immediately taken for molecular-cellular analysis (neutral version of the DNA comet method and micronucleus test) of organs and tissues with different proliferative activity, analysis of the cellular composition of peripheral blood, and determination of the content of malondialdehyde in erythrocytes.

The results obtained by us testify to the anti-radiation properties of the lignin preparation. This was manifested in a statistically significant decrease in DNA double-strand breaks and the level of micronuclei in bone marrow cells, as well as in a decrease in the content of malondialdehyde in peripheral blood erythrocytes of mice in both regimens of lignin administration to animals when compared with irradiated mice. The radioprotective properties of lignin are also evidenced by the results of a micronucleus test carried out on thyroid cells and data obtained from the analysis of peripheral blood - normalization of the hemoglobin concentration during the therapeutic administration of the test drug and the size of erythrocytes in both regimens of lignin administration. The use of lignin by animals before irradiation led to a decrease in the level of abnormal spermatozoa heads from epididymis and a statistically significant decrease in defects in their tail. Thus, the results of our studies have shown that the lignin preparation obtained from oat stems is capable of modifying radiation effects in the organs and tissues of mice, which is promising for further study of its antiradiation properties.

The study was carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation № 22-13-00196, https://rscf.ru/en/project/22-13-00196/.