Muster 4

ODDELENIE RÁDIOBIOLÓGIE

POPIS ZAMERANIA ODDELENIA

Implementácia rádiobiologického výskumu do rádioterapeutickej praxe

Proteíny, podieľajúce sa na tvorbe a radiáciou indukovaných fokusov (IRIF), akými sú nádorový proteín p53 (TP53) viažuci proteín 1 (53BP1) a fosforylovaný histón 2A, ktorý je členom rodiny X (gammaH2AX), sú považované za najcitlivejšie markery pre detekciu dvojvláknových DNA zlomov (DSB). Vyvíjame sofistikované experimentálne techniky slúžiace k efektívnej kvantifikácii IRIF využívaním zobrazovacej prietokovej cytometrie, laserovej konfokálnej a fluorescenčnej mikroskopie a overujeme ich aplikáciu hodnotením individuálnej rádiosenzitivity pacientov s nádorovým ochorením a tiež relatívnu biologickú účinnosť rádioterapie.

Predikcia rádiosenzitivity normálneho tkaniva pri ožarovaní nádorov by mala byť rutinne začlenená do rádioterapie. Hlavným cieľom prediktívneho testovania je individuálne prispôsobenie rádioterapeutického procesu pacientovi, aby sa zabránilo nežiaducim účinkom terapie. Predpokladá sa, že kľúčovými faktormi v determinácii individuálnych vedľajších účinkov radiácie je oprava dvojvláknových zlomov DNA a apoptóza. Rovnako analyzujeme aj možnosť hodnotenia rádiosenzitivity nádorových buniek na základe kvantifikácie endogénnych a radiáciou indukovaných fokusov a apoptózy. Tento postup môže poskytnúť efektívny, spoľahlivý a plne automatizovaný nástroj pre stanovenie miery nádorovej rádiosenzitivity ešte pred samotnou rádioterapiou.

Ľudské krvotvorné kmeňové bunky (HSC) sú považované za hlavný cieľ radiáciou indukovanej leukemogenézy a tiež poskytujú dôležitý bunkový model pre hodnotenie rizika nádorového ochorenia. V HSC analyzujeme molekulárne markery DNA opravy a apoptózy, pričom konečným cieľom je ich využitie v molekulárnych epidemiologických štúdiách karcinogenicity.

Biologický efekt neionizujúceho elektromagnetického žiarenia

Zatiaľčo extrémne nízkofrekvenčné (ELF) a rádiofrekvenčné (RF) elektromagnetické polia (EMF) boli klasifikované Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny (IARC) ako karcinogény skupiny 2B, americký Úrad pre potraviny a liečivá (US Food and Drug Administration) schválil proces hojenia zlomenín kostí pomocou ELF v špecifických frekvenciách a v krajinách bývalého Sovietskeho Zväzu bolo ELF a RF EMF využívané pri liečbe rôznych ochorení, vrátane rakoviny.

Hoci mechanizmy zostávajú stále nejasné, väčšina údajov naznačuje, že EMF vyvolávajú buď nepriaznivé alebo priaznivé účinky v závislosti od podmienok expozície. Zameriavame sa na tieto mechanizmy a molekulárne markery pre analýzu účinkov EMF pre terapeutické účely ako aj na posúdenie rizika vzniku nádorového ochorenia v in vitro a epidemiologických štúdiách.

Odpoveď na poškodenie DNA a preleukemické klony v hematopoietických kmeňových bunkách v diagnostike, v stanovení rizika a liečby pediatrickej leukémie.

Chromozomálna translokácia, ktorá vedie k tvorbe preleukemického fúzneho génu (PFG), je často primárnou genetickou abnormalitou pri vzniku akútnej detskej lymfoblastickej/myeloidnej leukémie (ALL/AML). PFG vznikajú v hematopoietických/progenitorových bunkách (HSPC), často in utero. Na bunkách získaných z banky pupočníkovej krvi (UCB) študujeme FACS-triedené HSPC subpopulácie z PFG-pozitívnych vzoriek UCB pomocou PCR, sekvenovania DNA a FISH metódy. Získané údaje možno využiť k včasnej diagnostike predispozície k ALL/AML a taktiež k vytypovaniu UCB vzoriek pozitívnych na PFG nevhodných pre transplantáciu.

Odpoveď na poškodenie DNA (DDR) a apoptóza sú kľúčové pre vznik a pretrvávanie PFG a môžu byť narušené v HSPC jedincov s predispozíciou na leukémiu. Je známe, že vysoké dávky ionizujúceho žiarenia spôsobujú leukémiu. Ukazuje sa, že aj vystavenie vplyvu elektromagnetických polí (EMF) tiež súvisí so zvýšeným rizikom vzniku detskej leukémie. Zatiaľ však nie sú k dispozícii údaje, či aj nízke dávky ionizujúceho žiarenia a EMF, ku ktorým je v modernej spoločnosti vystavená podstatná časť verejnosti, majú schopnosť indukovať vznik PFG v HSPC. Preto pomocou najmodernejších metód študujeme indukciu PFG, DDR a apoptózy v HSPC subpopuláciách.

Preleukemické HSPC sú považované za bunkové rezervoáre relapsov. Študujeme diagnosticky relevantné PFG v HSPC subpopuláciách od PFG-pozitívnych pacientov s ALL/AML v čase stanovenia diagnózy, počas remisie a relapsu a takisto spätne aj v ich UCB. Tieto dáta budú korelované s klinickými údajmi s cieľom validácie tohto prístupu pre stanovenie minimálnej reziduálnej choroby (MRD), úpravu liečby a prevenciu recidív.

VEDECKÝ TÍM

Vedúci oddelenia

Doc. Ing. Igor Belyaev, DrSc.

Vedúci oddelenia

+421 2 32295119

Igor Belyaev (90 CC publikácií, 1363 ISI citácií, Hirschov index 18), získal vysokoškolský diplom vo fyzikálnom inžinierstve (Radiačná fyzika a dozimetria) na Moskovskej technickej univerzite v roku 1981. Titul Ph.D. v rádiobiológii obhájil na Ústave biofyziky, USSR akadémie vied, Pushchino, ZSSR v roku 1986. Titul doktor vied (DrSc ) v odbore Genetika obhájil na St Petersburg State University, Petrohrad, Rusko, v roku 1994. V roku 2004 bol menovaný za docenta v odbore Genetická toxikológia na Štokholmskej univerzite v Štokholme vo Švédsku. Od roku 1981 do roku 1994 zastával pozície samostatného vedeckého pracovníka, vedúceho laboratória a vedúceho vedeckého výskumu na katedre Biofyziky, fyziky žiarenia a ekológie na Inštitúte moskovskej inžinierskej fyziky. V rokoch 1994 až 2006 pôsobil ako hosťujúci vedec, vedúci vedecký pracovník a vedúci skupiny na Štokholmskej univerzite v oddeleniach Radiobiológie, Molekulárno – genómového výskumu, Genetickej a bunkovej toxikológie, Genetiky, Toxikológie a Mikrobiológie. Popri vedeckom pobyte pôsobil na Inštitúte Moskovskej inžinierskej fyziky ako profesor „on leave“ a v súčasnosti zastáva túto pozíciu na Ústave všeobecnej fyziky, Ruskej akadémie vied, Moskva, Rusko. Vyškolil 8 PhD študentov, bol zodpovedným riešiteľom viac ako 20 projektov z Ruska, Švédska, USA, Slovenska a EŠF. Bol a je členom viacerých medzinárodných vedeckých komisií, hodnotiacich orgánov agentúr: medzinárodného projektu EMF Svetovej zdravotníckej organizácie, pracovnej skupiny pre hodnotenie RF karcinogenicity na Medzinárodnej agentúre pre výskum rakoviny (IARC); pracovnej skupiny pre dialóg so zúčastnenými stranami o EMF, zdravotníckych systémoch a produktoch, hodnotení rizika, zdraví a spotrebiteľov generálneho riaditeľstva Európskej komisie; výboru pamätného fondu spoločnosti Bioelektromagnetics, Švédskeho národného výboru pre radiáciu, Ruského národného výboru pre ochranu pred neionizujúcim žiarením, pôsobí v pracovnej skupine EMF Európskej akadémie pre environmentálnu medicínu (EUROPAEM), v Európskom inštitúte pre výskum rakoviny a životného prostredia ( ECERI) a Európskom združení pre výskum rakoviny. Pracuje ako asociovaný editor Medzinárodného vedeckého časopisu v radiačnej biológii a je členom redakčnej rady časopisov v oblasti elektromagnetickej biológie a medicíny, radiačnej biológie a rádioekológie ruskej akadémie vied. V roku 2011 bol ocenený Bioelektromagnetickou spoločnosťou za najvýznamnejšiu publikáciu v oblasti bioelektromagnetiky za obdobie 2006-2010.

VEDECKÍ PRACOVNÍCI

Eva Marková, RNDr. CSc.

Zástupca vedúceho oddelenia, samostatný vedecký pracovník

(32 CC publikácií, 322 ISI citácií), má dlhoročné skúsenosti v oblasti kmeňových buniek a molekulárnej biológie, pokročilé praktické zručnosti v imunocytochémii, laserovej konfokálnej a fluorescenčnej mikroskopii, metódach stanovenia DNA poškodení vrátane DNA opravných fokusov. Podieľa na meraniach s pulznou elektroforézou a Western blotmi , je zodpovedná za kultivačné postupy a analýzu DNA opravných fokusov. Bola zodpovedným riešiteľom troch domácich VEGA grantov a manažérom vedeckého projektu financovaného z Európskych štrukturálnych fondov (Protonbeam). Pracovala na Štokholmskej Universite vo Švédsku a spolupracovala na grantoch podporovaných Swedish Radiation Protection Institute and The Swedish Council for Work Life Research.

Milan Škorvaga, RNDr. CSc.

Samostatný vedecký pracovník

(40 publikácií, 542 ISI citácií) pracoval v Patersone Institute for Cancer Research v Manchestri (UK), University of Texas, Medical Branch, Galveston, TX (USA) a NIEHS v Triangle Research Park, NC (USA). V minulosti získal štipendiá od Royal Society a NATO. Bol hlavným riešiteľom štyroch domácich grantov, a to troch VEGA a jedného APVV. Má veľké skúsenosti v oblasti molekulárnej biológie, genetiky a biochémie. Je zodpovedný za detekciu PGF, TP53 mutácií a validáciu študovaných genetických zmien pomocou sekvenovania.

Pavol Košík, Mgr., PhD.

Vedecký pracovník

(8 publikácií, 11 ISI citácií), študoval molekulárnej cytológiu a genetiku na Univerzite Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach. Má technické zručnosti v cytológii a metódach molekulárnej biológie, vrátane FACS analýzy (apoptóza, gama-H2AX), IRIF testu, ImageStream, RT qPCR, ´nested´ PCR, klonovania a sekvenovania. Má skúsenosti v práci s nádorových bunkovými líniami a s ožarovaním buniek ionizujúcim a neionizujúcim žiarením. Je zodpovedný za meranie FACS/MTT a detekciu PGF pomocou techniky RT qPCR.

Matúš Durdík, Mgr., PhD.

Vedecký pracovník

(5 publikácií, 3 ISI citácií) študoval molekulárnu biológiu na Univerzite Komenského v Bratislave. Má skúsenosti v niekoľkých technikách molekulárnej biológie, vrátane prietokovej cytometrie (ImageStream, analýza apoptózy), merania DBS opravných fokusov, fluorescenčnej mikroskopie (Metafer). Taktiež pracoval s ožarovaním hematopoetických buniek ionizujúcim a neionizujúcim žiarením. Je erudovaný v analýze DSB opravných fokusov, ožarovaní buniek s ENF/RF a v meraní viability/apoptózy.

VEDECKO - TECHNICKÍ PRACOVNÍCI

Lucián Zastko, Mgr.

Vedecký technicky pracovník

Študoval molekulárnu biológiu na Univerzite Komenského v Bratislave. Aktuálne je PhD študentom externej formy štúdia na Jesseniovej lekárskej fakulte Univerzity Komenského v Martine v odbore lekárska biofyzika, s plánovaným ukončením v roku 2021. Má praktické skúsenosti so štatistickými analýzami, technické zručnosti v prietokovej cytometrii (apoptóza, analýza bunkového cyklu), vo fluorescenčnej mikroskopii, v meraní a hodnotení DNA DSB opravných fokusov a v práci s UCB bunkami, lymfocytmi periférnej krvi a nádorovými líniami buniek.

Anna Šumichrastová, Mgr.

Vedecko- technický pracovník

študovala Biológiu na Univerzite Konštantína Filozofa v Nitre. Má skúsenosti s kultiváciou buniek a analýzou DNA opravných fokusov na Metaferi.

DOKTORANDI

Lukáš Jakl, Mgr. PhD

študent (školitel je IB)

(3 publikácie, 0 ISI citations), študoval genetiku na Univerzite Komenského (diplomovú prácu vypracoval v Laboratóriu funkčnej a komparatívnej genomiky) v Bratislave, má praktické skúsenosti so štatistickými analýzami, molekulárnym klonovaním, Western and Southern blottovaním, izoláciou a purifikáciou DNA a proteínov, imunocytochémiou, fluorescenčnou mikroskopiou, metódami na hodnotenie DNA opravných fokusov (Metafer, JCountPro) a základnými metódami prietokovej cytometrie. Je skúsený v FISH metóde a analýze DSB opravných fokusov.

Zoznam vybraných projektov

Applications of Biological Dosimetry Methods in Radiation Oncology, Nuclear Medicine, Diagnostic and Interventional Radiology, International Atomic Energy Agency, IAEA RA No: 22259/R0, 14.07.2017-09.07.2021, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc
Biomarkery individuálnej citlivosti k žiareniu v terapii pacientok s nádorom prsníka, Vedecká grantová agentúra Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky a Slovenskej akadémie vied VEGA, 2/0147/17, 1.1.2017 / 31.12.2020, zodpovedný riešiteľ Marková Eva, PhD.
Konštitutívne a indukované poškodenie DNA v hematopoetických bunkách pre posúdenie rizika a optimalizáciu liečby detskej leukémie, VEGA, 2/0109/15, 1.1.2015 / 31.12.2017, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc
Preleukemické génové fúzie a oprava DNA v bunkách pupočníkovej krvi, VEGA, 2/0106/15, 1.1.2015 / 31.12.2017, zodpovedný riešiteľ Škorvaga Milan, PhD.
Odpoveď na poškodenie DNA a preleukemické klony v hematopoetických kmeňových bunkách v diagnostike, v stanovení rizika a v liečbe detskej leukémie, Agentúra na podporu výskumu a vývoja (APVV), APVV-15-0250, 1.7.2016 / 30.06.2019, zodpovedný riešiteľ Belyaev Igor, DrSc.
Implementácia rádiobiologického výskumu protónovej terapie s modulovanou intenzitou do klinickej onkologickej praxe, Agentúra Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR pre štrukturálne fondy EÚ, ITMS: 262 202 201 29, 01.04.2011 / 30.6.2015, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc
SAS- RAMS Cancer Research Centre, Russia 1.1.2013 / 31.12.2015, Individual radiosensitivity of cancer patients and nuclear-chemical personnel, zodpovedný riešiteľ Marková Eva, PhD.
SAS- RAMS Institute of Medical Genetics, 1.1.2013 / 31.12.2015, Cancer diagnostics and accessibility of cancer risks, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc
Oprava DNA a preleukemické klony v kmeňových bunkách pupočníkovej krvi, Agentúra na podporu výskumu a vývoja, APVV-0669-10, 1.5.2011 / 31.10.2014, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc
In vitro research on RF-EMF induced DNA alterations in three cell types, Environmental Health Trust, USA, 3.8.2011 / 30.12.2012, partner, zodpovedný riešiteľ Igor Belyaev, DrSc, Prof. Wilhelm Mosgoeller – coordinator.
Molekulárne markery DNA opravy v onkologickej liečbe, VEGA, 2/0178/11, 1.1.2011 / 31.12.2014, zodpovedný riešiteľ Marková Eva, PhD.
Studies of molecular details in repair of clinically relevant DNA lesions, VEGA, 2/0150/11, 1.1.2011 / 31.12.2014, zodpovedný riešiteľ Škorvaga Milan, PhD.

Zoznam posledných vybraných publikácií

Kosik P, Skorvaga M, Durdik M, Jakl L, Nikitina E, Markova E, Kozics K, Horvathova E, Belyaev I. Low numbers of pre-leukemic fusion genes are frequently present in umbilical cord blood without affecting DNA damage response. Oncotarget 2017;8:35824-35834.
http://apps.webofknowledge.com/InboundService.do?mode=FullRecord&customersID=ResearchSoft&IsProductCode=Yes&product=WOS&Init=Yes&Func=Frame&DestFail=http%3A%2F%2Fwww.webofknowledge.com&action=retrieve&SrcApp=EndNote&SrcAuth=ResearchSoft&SID=1Bvtmbr9bVgD1Pj3pJ9&UT=WOS%3A000403230000033
Durdik M, Kosik P, Kruzliakova J, Jakl L, Markova E, Belyaev I. Hematopoietic stem/progenitor cells are less prone to undergo apoptosis than lymphocytes despite similar DNA damage response. Oncotarget 2017;8:48846-48853.
http://apps.webofknowledge.com/InboundService.do?mode=FullRecord&customersID=ResearchSoft&IsProductCode=Yes&product=WOS&Init=Yes&Func=Frame&DestFail=http%3A%2F%2Fwww.webofknowledge.com&action=retrieve&SrcApp=EndNote&SrcAuth=ResearchSoft&SID=1Bvtmbr9bVgD1Pj3pJ9&UT=WOS%3A000406232400028
Belyaev I. 9 Duration of Exposure and Dose in Assessing Nonthermal Biological Effects of Microwaves. Dosimetry in Bioelectromagnetics: CRC Press; 2017. p 171-184.
https://www.taylorfrancis.com/books/9781498774147
Portier CJ, Armstrong BK, Baguley BC, Baur X, Belyaev I, Belle R, Belpoggi F, Biggeri A, Bosland MC, Bruzzi P and others. Differences in the carcinogenic evaluation of glyphosate between the International Agency for Research on Cancer (IARC) and the European Food Safety Authority (EFSA). J Epidemiol Community Health 2016;70:741-5.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26941213
Kosik P, Skorvaga M, Belyaev I. Incidence of preleukemic fusion genes in healthy subjects. Neoplasma 2016;63:659-72. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27468869
Jakl L, Lobachevsky P, Vokalova L, Durdik M, Markova E, Belyaev I. Validation of JCountPro software for efficient assessment of ionizing radiation-induced foci in human lymphocytes. International Journal of Radiation Biology 2016;92:766-773.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27648492
Belyaev I, Dean A, Eger H, Hubmann G, Jandrisovits R, Kern M, Kundi M, Moshammer H, Lercher P, Muller K and others. EUROPAEM EMF Guideline 2016 for the prevention, diagnosis and treatment of EMF-related health problems and illnesses. Rev Environ Health 2016;31:363-97.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27454111
Markova E, Vasilyev S, Belyaev I. 53BP1 foci as a marker of tumor cell radiosensitivity. Neoplasma 2015;62:770-776.
http://apps.webofknowledge.com/InboundService.do?mode=FullRecord&customersID=ResearchSoft&IsProductCode=Yes&product=WOS&Init=Yes&Func=Frame&DestFail=http%3A%2F%2Fwww.webofknowledge.com&action=retrieve&SrcApp=EndNote&SrcAuth=ResearchSoft&SID=1Bvtmbr9bVgD1Pj3pJ9&UT=WOS%3A000362389600011
Markova E, Somsedikova A, Vasilyev S, Pobijakova M, Lackova A, Lukacko P, Belyaev I. DNA repair foci and late apoptosis/necrosis in peripheral blood lymphocytes of breast cancer patients undergoing radiotherapy. International Journal of Radiation Biology 2015;91:934-45.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26537244
Durdik M, Kosik P, Gursky J, Vokalova L, Markova E, Belyaev I. Imaging flow cytometry as a sensitive tool to detect low-dose-induced DNA damage by analyzing 53BP1 and gammaH2AX foci in human lymphocytes. Cytometry A 2015;4:227-31.
Belyaev I, Somsedikova A, Markova E, Kubes M, Kolenova A, Puskacova J. Increased endogenous DNA damage in hematopoietic cells of ALL patients is associated with BCR-ABL and TEL-AML1 preleukemic gene fusions. European Journal of Cancer 2015;51:S651-S651.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26243567
Belyaev I. Biophysical Mechanisms for Nonthermal Microwave Effects. In: Markov M, editor. Electromagnetic Fields in Biology and Medicine. Boca Raton, London, New York: CRC Press; 2015. p 49-68.
https://www.taylorfrancis.com/books/e/9781482248517
Belyaev I. Electromagnetic Field Effects On Cells And Cancer Risks From Mobile Communication. In: Rosch PJ, editor. Bioelectromagnetic and Subtle Energy Medicine. Volume Second edition. Boca Raton, London, New York: CRC Press; 2015. p 517-539.
https://www.crcpress.com/Bioelectromagnetic-and-Subtle-Energy-Medicine-Second-Edition/Rosch/p/book/9781482233193

Aktuálne udalosti

Podľa našich výsledkov približne 1% slovenských novorodencov má vo svojej pupočníkovej krvi najčastejšie sa vyskytujúce preleukemicke génové fúzie (PGF). Naše dáta zároveň naznačujú, že iba PGF, ktoré vznikli relatívne skoro počas embryonálneho/fetálneho vývinu v špecifickej populácii hematopoetických kmeňových/progenitorových buniek, môžu viesť k vzniku detskej leukémie a sú hlavným predmetom na včasnú diagnostiku a prevenciu leukémie u nosičov PGF a u príjemcov pupočníkovej krvi pri transplantácii.

Na našom oddelení boli po prvýkrát v rámci Slovenska zavedené moderné techniky DNA opravných fokusov, ktoré sme využili pre analýzu efektu g-žiarenia a protónov v terapeutických a nízkych dávkach v ľudských bunkách. Taktiež sme založili Rádiobiologické laboratórium v Protónovom Terapeutickom Centre v Ružomberku, kde sme preskúmali relatívnu biologickú účinnosť protónov v terapeutických a nízkych dávkach žiarenia. Tieto dáta sú využiteľné pre plánovanie protónovej terapie. Po prvýkrát sme vyvinuli účinné metódy v oblasti zobrazovacej prietokovej cytometrie pre štúdium endogénnych DNA-opravných fokusov a tiež fokusov indukovaných nízkymi dávkami žiarenia v ľudských bunkách, ktoré by mohli byť využité na rôzne účely zahrňujúce posúdenie individuálnej rádiosenzitivity a epidemiologické štúdie.