Oddelenie rádiobiológie

ZAMERANIE

Náš výskum sa zameriava na účinky terapeutických a nízkych dávok ionizujúceho žiarenia, účinky mikrovĺn/rádiofrekvenčného žiarenia a elektromagnetických polí s extrémne nízkou frekvenciou (ELF), ľudské krvotvorné kmeňové / progenitorové bunky, na vznik a rizikové faktory ožiarenia pre leukémiu u detí, a individuálnu rádiosenzitivitu pacientov s rakovinou prsníka. Hlavnými predmetmi nášho vedeckého záujmu sú: odozva na poškodenie DNA, premeny génov a chromozómov a apoptóza, ktoré študujeme najmodernejšími technikami vrátane automatizovanej fluorescenčnej a laserovej konfokálnej mikroskopie, analýzy DNA opravných fokusov, kometoveho testu, FISH, RT-qPCR, klonovania DNA a sekvenovania, štandardnej a zobrazovacej prietokovej cytometrie a sortovania subpopulacii buniek.

  • 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. Podľa našich výsledkov asi 1% slovenských novorodencov má vo svojej pupočníkovej krvi (UCB) najčastejšie sa vyskytujúci PFG – TEL-AML1. Naše dáta tiež naznačujú, že len tie PFG, ktoré vznikli relatívne skoro počas embryonálneho/fetálneho vývinu v špecifickej populácii HSPC, môžu napomôcť vzniku leukémie u približne 1% PFG-pozitívnych novorodencov. Na bunkách z banky 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 vylúčeniu UCB vzoriek pozitívnych na PFG 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 vystavenie vplyvu elektromagnetických polí (EMF) taktiež súvisí so zvýšeným rizikom vzniku detskej leukémie. Avšak zatiaľ nie sú k dispozícii údaje, či 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 klinickým výsledkom s cieľom validácie tohto prístupu pre stanovenie minimálnej reziduálnej choroby (MRD), úpravu liečby a prevenciu recidív.

  • 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 protónovej terapie.

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.

Predikcia rádiosenzitivity normálneho tkaniva 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. Analyzujeme tiež možnosť hodnotenia rádiosenzitivity nádorových buniek na základe kvantifikácie endogénnych a radiáciou indukovaných fokusov. 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 rádiáciou 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.

  • Biologické efekty neionizujúceho elektromagnetického žiarenia

Zatiaľ čo extrémne nízkofrekvenčné (ELF) a rádiofrekvenčné (RF) elektromagnetické polia (EMF) boli klasifikované Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny ARC 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 RF EMF využívané pri liečbe rôznych ochorení, vrátane rakoviny.

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

 

 

KOLEKTÍV

doc. Ing. Igor Belyaev, DrSc.

vedúci oddelenia

02/ 32295 119


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.

Web of Science Researcher ID: I-4029-2018

SAMOSTATNÍ VEDECKÍ PRACOVNÍCI

RNDr. Eva Marková, CSc., zástupca vedúceho oddelenia; Researcher ID: AFR-6829-2022

RNDr. Milan Škorvaga, CSc.; Researcher ID: AAO-2360-2021

VEDECKÍ PRACOVNÍCI

Mgr. Sachin Gulati, PhD., Researcher ID: AAQ-7547-2021

Mgr. Pavol Košík, PhD., Researcher ID: GMX-2393-2022

Mgr. Matúš Durdík, PhD., Researcher ID: ABC-8653-2021

Mgr. Lukáš Jakl, PhD., Researcher ID: AFR-7772-2022

RNDr. Lucián Zastko, PhD., Researcher ID: AAZ-9018-2021

VEDECKO – TECHNICKÍ PRACOVNÍCI

Mgr. Andrea Tvarožná, Researcher ID: AFR-0846-2022

Mgr. Petra Petrovičová

DOKTORANDI

Mgr. Katarína Bérešová, Researcher ID: ABC-9655-2021

Mgr. Dominika Kochanová, Researcher ID: ABB-1542-2021

Mgr. Katarína Vigašová, Researcher ID: ABA-3204-2021

  • 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.
  • 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.
  • Mechanizmy účinkov nízkoúrovňového elektromagnetického žiarenia na priebeh onkologických ochorení, VEGA, 2/0089/18, 1.1.2018 / 30.06.2021, zodpovedný riešiteľ Belyaev Igor, DrSc.
  • Radiačne-indukované preleukemické génové fúzie v deliacich sa hematopoetických kmeňových/progenitorových bunkách pupočníkovej krvi, VEGA, 2/0087/18, 1.1.2018 / 30.06.2021, zodpovedný riešiteľ Škorvaga Milan, PhD.

Najnovšie publikácie (súčasní členovia tímu sú podčiarknutí)

Belpomme, D., Carlo, G. L., Irigaray, P., Carpenter, D. O., Hardell, L., Kundi, M., Belyaev, I., Havas, M., Adlkofer, F., Heuser, G., Miller, A. B., Caccamo, D., De Luca, C., von Klitzing, L., Pall, M. L., Bandara, P., Stein, Y., Sage, C., Soffritti, M., Davis, D., Moskowitz, J. M., Mortazavi, S. M. J., Herbert, M. R., Moshammer, H., Ledoigt, G., Turner, R., Tweedale, A., Munoz-Calero, P., Udasin, I., Koppel, T., Burgio, E., and Vorst, A. V. (2021): The Critical Importance of Molecular Biomarkers and Imaging in the Study of Electrohypersensitivity. A Scientific Consensus International Report. Int J Mol Sci 22.

Belpomme, D., Hardell, L., Belyaev, I., Burgio, E., and Carpenter, D. O. (2018): Thermal and non-thermal health effects of low intensity non-ionizing radiation: An international perspective. Environ Pollut 242, 643-658.

Belyaev, I. (2017): Duration of Exposure and Dose in Assessing Nonthermal Biological Effects of Microwaves, pp. 171-184. In M. Markov (Ed.): Dosimetry in Bioelectromagnetics, CRC Press, Boca Raton, London. New York.

Belyaev, I. (2019a): Health effects of chronic exposure to radiation from mobile communication, pp. 65-99. In M. Markov (Ed.): Mobile Communications and Public Health, CRC Press, Boca Raton.

Belyaev, I. (2019b): Main Regularities and Health Risks from Exposure to Non-Thermal Microwaves of Mobile Communication. Ieee. New York.

Belyaev, I., Dean, A., Eger, H., Hubmann, G., Jandrisovits, R., Kern, M., Kundi, M., Moshammer, H., Lercher, P., Muller, K., Oberfeld, G., Ohnsorge, P., Pelzmann, P., Scheingraber, C., and Thill, R. (2016): EUROPAEM EMF Guideline 2016 for the prevention, diagnosis and treatment of EMF-related health problems and illnesses. Rev Environ Health 31, 363-97.

Durdik, M., Kosik, P., Jakl, L., Kozackova, M., Markova, E., Vigasova, K., Beresova, K., Jakubikova, J., Horvathova, E., Zastko, L., Fekete, M., Zavacka, I., Pobijakova, M., and Belyaev, I. (2021): Imaging flow cytometry and fluorescence microscopy in assessing radiation response in lymphocytes from umbilical cord blood and cancer patients. Cytometry A 99, 1198-1208.

Durdik, M., Kosik, P., Kruzliakova, J., Jakl, L., Markova, E., and Belyaev, I. (2017): Hematopoietic stem/progenitor cells are less prone to undergo apoptosis than lymphocytes despite similar DNA damage response. Oncotarget 8, 48846-48853.

Durdik, M., Kosik, P., Markova, E., Somsedikova, A., Gajdosechova, B., Nikitina, E., Horvathova, E., Kozics, K., Davis, D., and Belyaev, I. (2019): Microwaves from mobile phone induce reactive oxygen species but not DNA damage, preleukemic fusion genes and apoptosis in hematopoietic stem/progenitor cells. Sci Rep 9, 16182.

Gulati, S., Kosik, P., Durdik, M., Skorvaga, M., Jakl, L., Markova, E., and Belyaev, I. (2020): Effects of different mobile phone UMTS signals on DNA, apoptosis and oxidative stress in human lymphocytes. Environ Pollut 267, 115632.

Hardell, L., Hedendahl, L., Carlberg, M., Hansson Mild, K., and Belyaev, I. (2018): Nya rön ger ytterligare belägg för ökad cancerrisk av radiofrekvent strålning. Medicinsk Access 242, 60-64.

Jakl, L., Lobachevsky, P., Vokalova, L., Durdik, M., Markova, E., and Belyaev, I. (2016): Validation of JCountPro software for efficient assessment of ionizing radiation-induced foci in human lymphocytes. International Journal of Radiation Biology 92, 766-773.

Jakl, L., Markova, E., Kolarikova, L., and Belyaev, I. (2020a): Biodosimetry of Low Dose Ionizing Radiation Using DNA Repair Foci in Human Lymphocytes. Genes (Basel) 11, 58.

Jakl, L., Skorvaga, M., Beresova, K., Kosik, P., Durdik, M., Jakubikova, J., Holop, M., Kubes, M., Zastko, L., Markova, E., and Belyaev, I. (2020b): BCR/ABL preleukemic fusion gene in subpopulations of hematopoietic stem and progenitor cells from human UCB. Neoplasma 67, 158-163.

Kosik, P., Durdik, M., Jakl, L., Skorvaga, M., Markova, E., Vesela, G., Vokalova, L., Kolariková, L., Horvathova, E., Kozics, K., and Belyaev, I. (2020): DNA damage response and preleukemic fusion genes induced by ionizing radiation in umbilical cord blood hematopoietic stem cells. Sci Rep 10, 13722.

Kosik, P., Durdik, M., Skorvaga, M., Klimova, D., Kochanova, D., Cerna, Z., Kubes, M., Holop, M., and Belyaev, I. (2021): Induction of AML Preleukemic Fusion Genes in HSPCs and DNA Damage Response in Preleukemic Fusion Gene Positive Samples. Antioxidants (Basel, Switzerland) 10.

Kosik, P., Skorvaga, M., and Belyaev, I. (2016): Incidence of preleukemic fusion genes in healthy subjects. Neoplasma 63, 659-72.

Kosik, P., Skorvaga, M., Durdik, M., Jakl, L., Nikitina, E., Markova, E., Kozics, K., Horvathova, E., and Belyaev, I. (2017): Low numbers of pre-leukemic fusion genes are frequently present in umbilical cord blood without affecting DNA damage response. Oncotarget 8, 35824-35834.

Makinistian, L., and Belyaev, I. (2018): Magnetic field inhomogeneities due to CO2 incubator shelves: a source of experimental confounding and variability? Royal Society open science 5, 172095.

Makinistian, L., and Belyaev, I. (2020): Towards ELF magnetic fields for the treatment of cancer, pp. 137-157. In M. Markov, J. T. Ryaby, and E. I. Waldorf (Eds): Pulsed electromagnetic fields for clinical applications, CRC Press, Boca Raton, London, New-York.

Makinistian, L., Markova, E., and Belyaev, I. (2019): A high throughput screening system of coils for ELF magnetic fields experiments: proof of concept on the proliferation of cancer cell lines. BMC cancer 19, 188.

Makinistian, L., Muehsam, D. J., Bersani, F., and Belyaev, I. (2018): Some recommendations for experimental work in magnetobiology, revisited. Bioelectromagnetics 39, 556-564.

Matronchik, A. Y., and Belyaev, I. Y. (2021): Physical model for effects of microwaves on nucleoids in living cells: role of carrier frequency, modulation and DC and AC magnetic field. Journal of Physics: Conference Series 2103, 012056.

Misek, J., Belyaev, I., Jakusova, V., Tonhajzerova, I., Barabas, J., and Jakus, J. (2018a): Heart rate variability affected by radiofrequency electromagnetic field in adolescent students. Bioelectromagnetics 39, 277-288.

Misek, J., Vojtek, J., Veternik, M., Kohan, M., Jakusova, V., Spanikova, G., Belyaev, I., and Jakus, J. (2018b): New radiofrequency exposure system with real telecommunication signals. Advances in Electrical and Electronic Engineering 16, 101-107.

Portier, C. J., Armstrong, B. K., Baguley, B. C., Baur, X., Belyaev, I., Belle, R., Belpoggi, F., Biggeri, A., Bosland, M. C., Bruzzi, P., Budnik, L. T., Bugge, M. D., Burns, K., Calaf, G. M., Carpenter, D. O., Carpenter, H. M., Lopez-Carrillo, L., Clapp, R., Cocco, P., Consonni, D., Comba, P., Craft, E., Dalvie, M. A., Davis, D., Demers, P. A., De Roos, A. J., DeWitt, J., Forastiere, F., Freedman, J. H., Fritschi, L., Gaus, C., Gohlke, J. M., Goldberg, M., Greiser, E., Hansen, J., Hardell, L., Hauptmann, M., Huang, W., Huff, J., James, M. O., Jameson, C. W., Kortenkamp, A., Kopp-Schneider, A., Kromhout, H., Larramendy, M. L., Landrigan, P. J., Lash, L. H., Leszczynski, D., Lynch, C. F., Magnani, C., Mandrioli, D., Martin, F. L., Merler, E., Michelozzi, P., Miligi, L., Miller, A. B., Mirabelli, D., Mirer, F. E., Naidoo, S., Perry, M. J., Petronio, M. G., Pirastu, R., Portier, R. J., Ramos, K. S., Robertson, L. W., Rodriguez, T., Roosli, M., Ross, M. K., Roy, D., Rusyn, I., Saldiva, P., Sass, J., Savolainen, K., Scheepers, P. T., Sergi, C., Silbergeld, E. K., Smith, M. T., Stewart, B. W., Sutton, P., Tateo, F., Terracini, B., Thielmann, H. W., Thomas, D. B., Vainio, H., Vena, J. E., Vineis, P., Weiderpass, E., Weisenburger, D. D., Woodruff, T. J., Yorifuji, T., Yu, I. J., Zambon, P., Zeeb, H., and Zhou, S. F. (2016): 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 70, 741-5.

Škorvaga, M., Durdík, M., Košík, P., Marková, E., Holop, M., Kubeš, M., Puškáčová, J., Kolenová, A., and Belyaev, I. (2018): Backtracked analysis of preleukemic fusion genes and DNA repair foci in umbilical cord blood of children with acute leukemia. Oncotarget 9, 19233-19244.

Zastko, L., Makinistian, L., Moravcikova, A., Jakus, J., and Belyaev, I. (2020): Effect of Intermittent ELF MF on Umbilical Cord Blood Lymphocytes. Bioelectromagnetics 41, 649-655.

Zastko, L., Makinistian, L., Tvarozna, A., Ferreyra, F. L., and Belyaev, I. (2021a): Mapping of static magnetic fields near the surface of mobile phones. Sci Rep 11, 19002.

Zastko, L., Petrovicova, P., Rackova, A., Jakl, L., Jakusova, V., Markova, E., and Belyaev, I. (2021b): DNA damage response and apoptosis induced by hyperthermia in human umbilical cord blood lymphocytes. Toxicol In Vitro 73, 105127.

Zastko, L., Račková, A., Petrovičová, P., Durdík, M., Míšek, J., Marková, E., and Belyaev, I. (2021c): Evaluation of Calyculin A Effect on γH2AX/53BP1 Focus Formation and Apoptosis in Human Umbilical Cord Blood Lymphocytes. International Journal of Molecular Sciences 22, 5470.