Radioprotective Effect of Extremely High Frequency Electromagnetic Radiation in vitro: Dependence on Parameters and Exposure Conditions

封面

如何引用文章

全文:

详细

In modern conditions, open and self-organizing biological systems are exposed to a complex spectrum of multi-frequency and modulated electromagnetic radiation of various frequency ranges. The work is devoted to the study of the effect of X-ray irradiation at a dose of 4 Gy on the level of DNA damage in peripheral blood leukocytes of mice pre-exposed to extremely high frequency electromagnetic radiation (EHF EMR) in vitro depending on the carrier and modulating frequencies, exposure duration, intensity and duty cycle of the modulating signal. Using the DNA comet method, it was found that pre-irradiation of cells with electromagnetic radiation of extremely high frequencies leads to a statistically significant decrease in radiation damage to DNA during pulse modulation of radiation with frequencies of 0.1, 1, 16, 32 and 50 Hz. At the same time, irradiation both in the continuous generation mode and in the case of amplitude modulation by a harmonic signal was ineffective. The greatest radioprotective effect was observed at carrier frequencies of 42.2, 51.8 and 61.22 GHz, exposure duration of 20–30 min, incident power density of 100–250 μW/cm2, and duty cycle of the modulation pulse signal of 2–4. The mechanisms of implementation of the obtained biological effects of extremely high frequency electromagnetic radiation associated with the induction of free radicals are discussed.

作者简介

A. Gapeyev

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: a_b_g@mail.ru
Pushchino, Russia

N. Lukyanova

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

A. Bakanov

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

T. Kulagina

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

参考

  1. Schuermann D. and Mevissen M. Manmade electromagnetic fields and oxidative stress-biological effects and consequences for health. Int. J. Mol. Sci., 22 (7), 3772 (2021). doi: 10.3390/ijms22073772
  2. McCredden J. E., Cook N, Weller S., and Leach V. Wireless technology is an environmental stressor requiing new understanding and approaches in health care. Front. Public Health., 10, 986315 (2022). doi: 10.3389/fpubh.2022.986315
  3. Jagetia G. C. Genotoxic effects of electromagnetic field radiations from mobile phones. Environ. Res., 212 (Pt D), 113321 (2022). doi: 10.1016/j.envres.2022.11332
  4. Brabant C., Geerinck A., Beaudart C., Tirelli E., Geuzaine C., and Bruyere O. Exposure to magnetic fields and childhood leukemia: a systematic review and meta-analysis of case-control and cohort studies. Rev. Environ. Health, 38 (2), 229-253 (2022). doi: 10.1515/reveh-2021-0112
  5. Huss A., Spoerri A., Egger M., Kromhout H., and Vermeulen R. Occupational extremely low frequency magnetic fields (ELF-MF) exposure and hematolymphopoietic cancers - Swiss National Cohort analysis and updated meta-analysis. Environ. Res., 164, 467–474 (2018). doi: 10.1016/j.envres.2018.03.022
  6. Kabuto M., Nitta H., Yamamoto S., Yamaguchi N., Akiba S., Honda Y., Hagihara J., Isaka K., Saito T., Ojima T., Nakamura Y., Mizoue T., Ito S., Eboshida A., Yamazaki S., Sokejima S., Kurokawa Y., and Kubo O. Childhood leukemia and magnetic fields in Japan: a casecontrol study of childhood leukemia and residential powerfrequency magnetic fields in Japan. Int. J. Cancer, 119 (3), 643–650 (2006). doi: 10.1002/ijc.21374
  7. Saito T., Nitta H., Kubo O., Yamamoto S., Yamaguchi N., Akiba S., Honda Y., Hagihara J., Isaka K., Ojima T., Nakamura Y., Mizoue T., Ito S., Eboshida A., Yamazaki S., Sokejima S., Kurokawa Y., and Kabuto M. Power-frequency magnetic fields and childhood brain tumors: a case-control study in Japan. J. Epidemiol., 20 (1), 54–61 (2010). doi: 10.2188/jea.je20081017
  8. Pall M. L. Low intensity electromagnetic fields act via voltage-gated calcium channel (VGCC) activation to cause very early onset Alzheimer's disease: 18 distinct types of evidence. Curr. Alzheimer Res., 19 (2), 119–132 (2022). doi: 10.2174/1567205019666220202114510
  9. Nguyen H., Segers S., Ledent M., Anthonissen R., Verschaeve L., Hinsenkamp M., Collard J.F., Feipel V., and Mertens B. Effects of long-term exposure to 50 Hz magnetic fields on cell viability, genetic damage, and sensitivity to mutagen-induced damage. Heliyon, 9 (3), e14097 (2023). doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e14097
  10. Peng W., Wang P., Tan C., Zhao H., Chen K., Si H, Tian Y., Lou A., Zhu Z., Yuan Y., Wu K., Chang C., WuY., and Chen T. High-frequency terahertz stimulation alleviates neuropathic pain by inhibiting the pyramidal neuron activity in the anterior cingulate cortex of mice. Elife, 13, RP97444 (2024). doi: 10.7554/eLife.97444
  11. Xu R. D., Li J. H., Zhang H., Liang H. R., Duan S. Y., Sun M., Wen H., Zhou X. T., Liu H. F., and Cai Z. C. The combined application of pulsed electromagnetic fields and platelet-rich plasma in the treatment of early-stage knee osteoarthritis: A randomized clinical trial. Medicine (Baltimore), 103 (35), e39369 (2024). doi: 10.1097/MD.0000000000039369
  12. Pereira F. E. S., Jagatheesaperumal S. K., Benjamin S. R., Filho P. C. D. N., Duarte F. T., and de Albuquerque V. H. C. Advancements in non-invasive microwave brain stimulation: A comprehensive survey. Phys. Life Rev., 48, 132–161 (2024). doi: 10.1016/j.plrev.2024.01.003
  13. Gapeyev A. B., Lukyanova N. A., and Gudkov S. V. Hydrogen peroxide induced by modulated electromagnetic radiation protects the cells from DNA damage. Cent. Eur. J. Biol., 9 (10), 915–921 (2014).
  14. Kucukbagriacik Y., Dastouri M., Ozgur-Buyukatalay E., Akarca Dizakar O., and Yegin K. Investigation of oxidative damage, antioxidant balance, DNA repair genes, and apoptosis due to radiofrequenc-induced adaptive response in mice. Electromagn. Biol. Med., 41 (4), 389–401 (2022). doi: 10.1080/15368378.2022.2117187
  15. Al-Serori H., Ferk F., Kundi M., Bileck A., Gerner C., Mišik M., Nersesyan A., Waldherr M., Murbach M., Lah T. T., Herold-Mende C., Collins A. R., and Knasmuller S. Mobile phone specific electromagnetic fields induce transient DNA damage and nucleotide excision repair in serum-deprived human glioblastoma cells. PLoS One, 13 (4), e0193677 (2018). doi: 10.1371/journal.pone.0193677
  16. Гапеев А. Б. и Лукьянова Н. А. Импульсно-модулированное электромагнитное излучение крайне высоких частот защищает ДНК клеток от повреждающего действия физико-химических факторов in vitro. Биофизика, 60 (5), 889–897 (2015).
  17. Lai H. Exposure to static and extremely-low frequency electromagnetic fields and cellular free radicals. Electromagn. Biol. Med., 38 (4), 231–248 (2019). doi: 10.1080/15368378.2019.1656645
  18. Lai H. Genetic effects of non-ionizing electromagnetic fields. Electromagn. Biol. Med., (2021). doi: 10.1080/15368378.2021.1881866.
  19. Lai H. and Levitt B. B. Cellular and molecular effects of non-ionizing electromagnetic fields. Rev. Environ. Health, 39 (3), 519–529 (2023). doi: 10.1515/reveh-2023-0023
  20. Yakymenko I., Tsybulin O., Sidorik E., Henshel D., Kyrylenko O., and Kyrylenko S. Oxidative mechanisms of biological activity of low-intensity radiofrequency radiation. Electromagn. Biol. Med., 35 (2), 186–202 (2016). doi: 10.3109/15368378.2015.1043557
  21. Гапеев А. Б. и Чемерис Н. К. Вопросы дозиметрии при исследовании биологического действия электромагнитного излучения крайне высоких частот. Биомед. радиоэлектроника, 1, 13–36 (2010).
  22. Гапеев А. Б., Романова Н. А. и Чемерис Н. К. Структурные изменения хроматина лимфоидных клеток под действием низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот на фоне воспалительного процесса. Биофизика, 56 (4), 688–695 (2011).
  23. Collins A., Moller P., Gajski G., Vodenkova S., Abdulwahed A., Anderson D., Bankoglu E. E., Bonassi S., Boutet-Robinet E., Brunborg G., Chao C., Cooke M.S., Costa C., Costa S., Dhawan A., de Lapuente J., Bo' C. D., Dubus J., Dusinska M., Duthie S. J., Yamani N. E., Engelward B., Gaivao I., Giovannelli L., Godschalk R., Guilherme S., Gutzkow K. B., Habas K., Hernandez A., Herrero O., Isidori M., Jha A. N., Knasmuller S., Kooter I. M., Koppen G., Kruszewski M., Ladeira C., Laffon B., Larramendy M., Hegarat L. L., Lewies A., Lewinska A., Liwszyc G. E., de Cerain A. L., Manjanatha M., Marcos R., Milić M., de Andrade V. M., Moretti M., Muruzabal D., Novak M., Oliveira R., Olsen A. K., Owiti N., Pacheco M., Pandey A. K., Pfuhler S., Pourrut B., Reisinger K., Rojas E., RundenPran E., Sanz-Serrano J., Shaposhnikov S., Sipinen V., Smeets K., Stopper H., Teixeira J. P., Valdiglesias V., Valverde M., van Acker F., van Schooten F. J., VasquezM., Wentzel J. F., Wnuk M., Wouters A., Žegura B., Zikmund T., Langie S. A. S., and Azqueta A. Measuring DNA modifications with the comet assay: a compendium of protocols. Nat. Protoc., 18 (3), 929–989 (2023). doi: 10.1038/s41596-022-00754-y
  24. Koppen G., Azqueta A., Pourrut B., Brunborg G., Collins A.R., and Langie S. A. S. The next three decades of the comet assay: a report of the 11th international comet assay workshop. Mutagenesis, 32 (3), 397–408 (2017). doi: 10.1093/mutage/gex002
  25. Singh N. P., McCoy M. T., Tice R. R., Schneider E. L. A simple technique for quantitation of low levels of DNA damage in individual cells. Exp. Cell. Res., 175, 184 (1988). doi: 10.1016/0014-4827(88)90265-0
  26. Di Loreto S., Falone, S., Caracciolo V., Sebastiani P., D’Alessandro A., Mirabilio A., Zimmitti V., and Amicarelli F. Fifty hertz extremely low-frequency magnetic field exposure elicits redox and trophic response in ratcortical neurons. J. Cell. Physiol., 219 (2), 334–343 (2009). doi: 10.1002/jcp.21674
  27. Ke X. Q., Sun W. J., Lu D. Q., Fu Y. T., and Chiang H. 50-Hz magnetic field induces EGF-receptor clustering and activates RAS. Int. J. Radiat. Biol., 84 (5), 413–420 (2008). doi: 10.1080/0955300080199887
  28. Sun W., Shen X., Lu D., Lu D., Chiang H. Superposition of an incoherent magnetic field inhibited EGF receptor clustering and phosphorylation induced by a 1.8 GHz pulse-modulated radiofrequency radiation. Int. J. Radiat. Biol., 89 (5), 378–383 (2013). doi: 10.3109/09553002.2013.754559
  29. Chao M. R., Evans M. D., Hu C. W., Ji Y., Moller P., Rossner P., and Cooke M. S. Biomarkers of nucleic acid oxidation - A summary state-of-the-art. Redox Biol., 42, 101872 (2021). doi: 10.1016/j.redox.2021
  30. Olivieri G, Bodycote J, and Wolff S. Adaptive response of human lymphocytes to low concentrations of radioactive thymidine. Science, 223 (4636), 594–597 (1984). doi: 10.1126/science.6695170
  31. Nakata Y., Nagasawa S., Sera Y., Yamasaki N., Kanai A., Kobatake K., Ueda T., Koizumi M., Manabe I., Kaminuma O., and Honda H. PTIP epigenetically regulates DNA damage-induced cell cycle arrest by upregulating PRDM1. Sci. Rep., 14 (1), 17987 (2024). doi: 10.1038/s41598-024-68295-w
  32. Forman H. J., Ursini F., and Maiorino M. An overview of mechanisms of redox signaling. J. Mol. Cell. Cardiol., 73, 2–9 (2014). doi: 10.1016/j.yjmcc.2014.01.018
  33. Blank M. and Soo L. Electromagnetic acceleration of electron transfer reactions. J. Cell Biochem., 81 (2), 278–283 (2001)
  34. Goodman R. and Blank M. Insights into electromagnetic interaction mechanisms. J. Cell Physiol., 192 (1), 16–22 (2002). doi: 10.1002/jcp.10098
  35. Boycheva I., Bonchev G., Manova V., Stoilov L., and Vassileva V. How histone acetyltransferases shape plant photomorphogenesis and UV response. Int. J. Mol. Sci., 25 (14), 7851 (2024). doi: 10.3390/ijms25147851
  36. Fortuny A. and Polo S. E. The response to DNA damage in heterochromatin domains. Chromosoma, 127 (3), 291–300 (2018). doi: 10.1007/s00412-018-0669-6.
  37. Groelly F. J., Fawkes M., Dagg R. A., Blackford A. N., and Tarsounas M. Targeting DNA damage response pathways in cancer. Nat. Rev. Cancer., 23 (2), 78–94 (2023). doi: 10.1038/s41568-022-00535-5
  38. Selvam K., Wyrick J. J., and Parra M. A. DNA repair in nucleosomes: Insights from histone modifications and mutants. Int. J. Mol. Sci., 25, 4393 (2024). doi: 10.3390/ijms25084393
  39. Davies M. J. Singlet oxygen-mediated damage to proteins and its consequences. Biochem. Biophys. Res. Commun., 305 (3), 761–770 (2003). doi: 10.1016/s0006-291x(03)00817-9
  40. Kehm R., Baldensperge T., Raupbach J., and Hohn A. Protein oxidation −Formation mechanisms, detection and relevance as biomarkers in human diseases. Redox Biol., 42, 101901 (2021). doi: 10.1016/j.redox.2021.101901
  41. Kim S., Kim E., Park M., Kim S. H., Kim B.-G., Na S., Sadongo W. S., Wijesinghe W. C. B., Eom Y.-G., Kim C.U., Choi J.-M., Min S. K., Kwon T.-H., Min D. Hidden route of protein damage through oxygen-confined photooxidation. Nat. Commun., 15 (1), 10873 (2024). doi: 10.1038/s41467-024-55168-z
  42. Wang R., Hao W., Pan L., Boldogh I., and Ba X. The roles of base excision repair enzyme OGG1 in gene expression. Cell. Mol. Life Sci., 75 (20), 3741–3750 (2018). doi: 10.1007/s00018-018-2887-8
  43. Kusakabe M., Onishi Y., Tada H., Kurihara F., Kusao K., Furukawa M., Iwai S., Yokoi M., Sakai W., and Sugasawa K. Mechanism and regulation of DNA damage recognition in nucleotide excision repair. Genes Environ., 41, 2 (2019). doi: 10.1186/s41021-019-0119-6
  44. Sugasawa K. Mechanism and regulation of DNA damage recognition in mammalian nucleotide excision repair. Enzyme, 45, 99–138 (2019). doi: 10.1016/bs.enz.2019.06.004
  45. Calcabrini C., Mancini U., De Bellis R., Diaz A. R., Martinelli M., Cucchiarini L., Sestili P., Stocchi V., and Potenza L. Effect of extremely low-frequency electromagnetic fields on antioxidant activity in the human keratinocyte cell line NCTC 2544. Biotechnol. Appl. Biochem., 64, 415–422 (2017). doi: 10.1002/bab.1495
  46. Paganetti H. A review on lymphocyte radiosensitivity and its impact on radiotherapy. Front. Oncol., 13, 1201500 (2023). doi: 10.3389/fonc.2023.1201500.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».