Новости

23 Сентября, 2019 16:43

Микровзрыв, убивающий опухоли. В 2020 году заработают первые пять клиник бор-нейтронозахватной терапии

Источник: Коммерсант
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) — перспективная методика лечения злокачественных опухолей: пациенту вводится препарат, содержащий нетоксичный стабильный изотоп бора — бор-10. Раковые клетки интенсивно накапливают этот препарат, так что его концентрация становится гораздо больше, чем в окружающих здоровых тканях. После этого пациент облучается потоком нейтронов. Ядра атомов бора обладают свойством поглощать нейтроны очень интенсивно в отличие от других ядер атомов, из которых состоит тело человека. При поглощении нейтрона ядром бора-10 происходит ядерная реакция с большим выделением энергии. Этот атомный микровзрыв, энергия которого выделяется практически внутри клетки размером около 10 мкм, уничтожает ее, но не оказывает существенного влияния на окружающие клетки.
Источник: Коммерсант/Alexander Makarov

Основная идея БНЗТ была сформулирована американским рентгенологом Гордоном Лочером в 1936 году, вскоре после открытия сэром Джеймсом Чадвиком нейтрона и исследования Гордоном Тэйлором и Морисом Голдхабером ядерной реакции поглощения нейтрона бором-10. Схематически эта реакция показана на рис. 1.

В развитии методики БНЗТ выделяют четыре периода.

Первый период связан с ранними клиническими испытаниями, проведенными в США в 1950-х годах на специально построенных двух ядерных реакторах. Испытания не продемонстрировали терапевтическую эффективность метода из-за слабой селективности и низкой концентрации бора.

Второй период определили пионерские работы японского доктора Хироши Хатанаки в 1970–1980-е годы. Он добился впечатляющих результатов: проводя в зале ядерного реактора хирургическую операцию, а затем облучая открытую опухоль нейтронами, он вылечивал больных с глиобластомами мозга, которым без терапии оставалось жить не более года.

Эти результаты дали толчок третьему периоду развития БНЗТ — клиническим испытаниям методики на ядерных реакторах уже без проведения предварительной хирургической операции. Были получены положительные результаты при лечении глиобластомы, меланомы, опухоли шеи, менингиомы, мезотелиомы плевры и гепатоцеллюлярной карциномы. Можно было внедрять методику в клиническую практику еще 30 лет тому назад, но из-за фобии после Чернобыльской аварии на реакторах для медицинских клиник был поставлен крест. Все взоры устремились к ускорителям заряженных частиц, на которых также можно получать нейтроны, но которые не так опасны, как реакторы, и которые, конечно, можно ставить в клиники. Как раз 30 лет тому назад была сформулирована задача получить нейтроны высокой интенсивности в узком энергетическом диапазоне — не быстрые и не медленные, а промежуточные, так называемые эпитепловые, наиболее удобные для лечения методом БНЗТ.

Было предложено множество разнообразных проектов. Предлагалось использовать различные типы ускорителей для получения протонов или дейтронов и различные мишени, в основном бериллиевые и литиевые, которые при попадании пучка из ускорителя генерируют нейтроны. В любом случае энергия генерируемых нейтронов оказывается выше, чем нужно для терапии. При этом требуется их замедлить, несильно потеряв в интенсивности нейтронного потока и не сильно уширить диапазон, в котором лежат их энергии. Лучше всего для БНЗТ генерировать нейтроны с как можно меньшей энергией, тогда в основном это будут нейтроны нужной энергии, а быстрых или медленных будет приемлемо мало.

Эта задача оказалась настолько сложной, что огромное большинство проектов закончились безрезультатно. Лишь десять лет тому назад компании Sumitomo удалось запустить циклотрон с высокой энергией протонов, но низким током и на бериллиевой мишени получить требуемый пучок нейтронов. Это было самое плохое решение с точки зрения качества пучка нейтронов — использовать ускоритель на высокую энергию, но зато реализуемое — величина тока ускоренных протонов была не заоблачная. За прошедшее десятилетие на этом ускорительном источнике нейтронов в Куматори (Япония) проведены необходимые исследования для получения лицензии, и новый источник, пригодный для клиники, сделан недавно для клиники Южный Тохоку в японской префектуре Фукусима — в этом или в следующем году на нем начнут лечить пациентов.

Лучшее качество пучка нейтронов реализуется в проекте Университета Цукубы: предлагается использовать ускоритель с меньшей энергией протонов, но с большим током. Проект, в котором к Университету Цукубы подключились компания «Мицубиси» и ведущие физические институты Японии KEK и JAERI, стартовал в 2011 году. К настоящему времени клиника БНЗТ в городе Токай близка к завершению и в следующем году войдет в строй.

Примерно 20 лет тому назад сотрудники Института ядерной физики СО РАН в Новосибирске предложили реализовать не промежуточное, а сразу «идеальное» решение — генерировать нейтроны в достаточном количестве с наименьшей возможной энергией, для чего использовать протонный пучок низкой энергии, но высокой интенсивности и литиевую мишень.

Для получения сильноточного пучка протонов низкой энергии был предложен новый тип ускорителя заряженных частиц, который стал называться ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией (VITA). Идеи, заложенные в основу конструкции ускорителя, оправдались, хотя и не сразу. Так, после того как 12 лет тому назад ускоритель был сделан, в нем был получен пучок с током, в 100 раз меньшим ожидаемого. В этом нет ничего удивительного, особенно для нового типа ускорителя. Удивительно другое, что после тщательного изучения процессов, происходящих в нем, и проведенной модернизации удалось увеличить ток протонов в эти самые 100 раз и первыми в мире сгенерировать пучок нейтронов, идеальный по качеству и достаточный по интенсивности.

Вторая идея «идеального» решения касалась выбора реакции генерации, при которой получаются нейтроны. Была выбрана реакция ускоренного протонного пучка с литием, которая является наилучшей для получения эпитепловых нейтронов. Именно ее следует использовать, несмотря на низкую температуру плавления, низкую теплопроводность и высокую химическую активность лития. И если 20 лет тому назад изготовление литиевой мишени казалось просто невозможным, о чем писали в уважаемых научных статьях, десять лет тому назад считалось, что ее можно сделать и использовать для терапии одного пациента, то сейчас мы знаем, как сделать практически «вечную» мишень, годную для терапии сотен пациентов.

Следует отметить, что все эти исследования проводились в инициативном порядке за счет средств более 20 грантов. Жаль, что, когда нам первыми удалось наконец решить эту сложную задачу, никто в России не рискнул вложить средства и построить клинику БНЗТ. Прорыв случился три года назад, когда с нашей разработкой познакомились в американской частной компании в солнечной Калифорнии и предложили совместно сделать установку для БНЗТ. И вот сейчас в бункере, соседнем с экспериментальной установкой, сотрудники института и американской компании собирают источник нейтронов, который после проверки уедет в Китай в одну из первых в мире клиник БНЗТ. Две клиники БНЗТ, в Хельсинки и в Токио, оснащаются источниками нейтронов с такими же параметрами, как наш, и также с литиевой мишенью, но с использованием других типов ускорителей, сделанных двумя другими командами исследователей, одной из США, другой из Японии. Так что нас ждет светлое будущее: в следующем году должны заработать все эти первые пять клиник БНЗТ.

Весной этого года Российский научный фонд поддержал заявку на модернизацию существующей экспериментальной установки, чтобы приспособить ее для проведения терапии к 2022 году. Целью не является сделать из экспериментальной установки в физическом институте Академии наук место для лечения больных — больных должны лечить в клинике, для которой институт может сделать такой источник, фактически прибор — сложный, уникальный, но прибор. Экспериментальная установка в институте должна остаться экспериментальной, чтобы на ней можно было проводить исследования для улучшения источника нейтронов, для тестирования новых препаратов адресной доставки бора, для отработки методики БНЗТ и для разработки средств дозиметрии. Помимо БНЗТ установка используется и будет использоваться для проведения исследований в других областях физики и техники. Так, она была уже использована для тестирования под потоком нейтронов специальной керамики, сделанной для международного термоядерного реактора ИТЭР в Кадараше (Франция). В следующем году, предполагается, на ней будут тестироваться оптические кабели для модернизации Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе (Швейцария).

Работы по БНЗТ в России не ограничиваются только исследованиями ИЯФ СО РАН, а потому в конце октября в Новосибирске состоятся 1-я Всероссийская конференция и Школа молодых ученых по БНЗТ, на которой согласились прочитать лекции десяток ученых с мировыми именами. Важное событие произошло в конце июля — Международное сообщество нейтрон-захватной терапии приняло решение провести 11-ю Международную школу молодых исследователей в области БНЗТ в 2021 году в Новосибирске. Это решение, конечно, факт признания заслуг ИЯФ, и будем надеяться на то, что оно ускорит появление в России клиник для БНЗТ, необходимых для лечения больных самой современной, высокотехнологичной методикой.

18 Февраля, 2020
В поисках баланса: российские химики разработали улучшенное таблетированное топливо для АЭС
Исследователи из Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук и Дальневосточн...
17 Февраля, 2020
Ученые придумали новый способ расчета распространения радиоволн
Исследователи из Калининграда совместно с коллегами из Иркутска, Ростова-на-Дону и Исландии разраб...