Новости

18 июля, 2019 11:34

Бомбардировка во исцеление. В ИЯФ СО РАН создают установку для щадящего избавления пациентов от рака

Иногда путь перспективных, казалось бы, технологий в повседневную реальность тернист. Достаточно вспомнить управляемый термоядерный синтез. Особенно обидно, когда речь идет о спасении человеческих жизней, а методика лечения многие десятилетия остается экспериментальной. Именно так случилось с бор-нейтронозахватной терапией (БНЗТ) злокачественных опухолей. БНЗТ - способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей. В кровь человека вводится специальный борсодержащий раствор, благодаря чему бор накапливается в раковых клетках. Затем опухоль облучают потоком нейтронов, ядра изотопа бора-10 поглощают нейтроны, происходят ядерные реакции, в результате чего больные клетки погибают. Методика БНЗТ была предложена еще в 1936 году, всего через 4 года после открытия нейтрона. Этот способ терапии проверен на ядерных реакторах, которые использовались в качестве источника нейтронов, но внедрить реактор в повседневную клиническую практику слишком сложно. Для таких целей больше подходят ускорители заряженных частиц - компактны, безопасны и обеспечивают лучшее качество нейтронного пучка. О феноменальной эффективности БНЗТ говорят не одно десятилетие. Американские физики отрабатывали метод на мышах еще во время Второй мировой войны. Успешные эксперименты проводились и до сих пор ведутся в Японии, бор-нейтронозахватная терапия дала многообещающие результаты. БНЗТ можно применять, например, для борьбы с глиомой головного мозга, которая, увы, не лечится никаким другим способом: срок жизни пациентов с таким диагнозом весьма непродолжителен. Однако до онкологических клиник методика не дошла до сих пор.
Фото: пресс-служба ИЯФ СО РАН

Лет 20 спустя после первого упоминания о БНЗТ началась другая история. В только что организованном Институте ядерной физики Геннадий Димов и его коллеги впервые в Советском Союзе занялись созданием интенсивных источников отрицательных ионов водорода. Спустя много лет на основе этих работ появился тандемный ускоритель оригинальной конструкции - компактная установка, где сначала ускоряются отрицательные ионы, затем они преобразуются в протоны и ускоряются еще раз. «Бомбардируя» пучком ускоренных протонов специальную нейтронообразующую мишень, получают поток нейтронов с нужными для БНЗТ свойствами.

Две истории слились в одну совсем недавно: ИЯФ включился в работу над методикой БНЗТ лет 15 назад, предложив использовать тандемный ускоритель. В 2014 году благодаря гранту РНФ была создана совместная лаборатория БНЗТ Института ядерной физики и Новосибирского государственного университета, в которой было получено несколько важнейших результатов. Так, в сотрудничестве с Университетом Цукубы и Институтом синтетических полимерных материалов РАН запатентован и протестирован новый способ измерения поглощенной дозы при БНЗТ, для чего к препарату адресной доставки бора прикрепили изотоп, активирующийся под действием нейтронов. При помощи сотрудников Всероссийского научно-исследовательского института технической физики (Снежинск) и Университета науки и технологий (Алжир) оптимизировали систему формирования терапевтического пучка нейтронов. Совместно с сотрудниками Университета Цукубы и Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН установили, что облучение нейтронами опухолевых клеток, предварительно инкубированных в среде с бором, ведет к значительному подавлению их жизнеспособности, - этот результат подтверждает качество пучка нейтронов. Вместе с учеными Института цитологии и генетики СО РАН провели доклинические испытания на лабораторных животных - излечили мышей с привитой опухолью глиобластомы человека, что, кстати, сложнее, чем вылечить человека. В 2019 году работы вышли на финишную прямую: реализация нового проекта РНФ   «Разработка ускорительного источника эпитепловых нейтронов и проведение бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей» должна, наконец, привести к созданию установки, которую можно будет поставить в десятках онкологических клиник, и внедрению методики БНЗТ в российскую клиническую практику.

Руководитель проекта, заместитель директора ИЯФ по научной работе доктор физико-математических наук Александр Иванов:

- Технических задач осталось решить не так много. Вместе с японскими коллегами из Института науки и технологий Окинавы мы разработали оптимальную конструкцию нейтроногенерирующей мишени. Кстати, во время экспериментов впервые в мире в режиме реального времени наблюдали за рождением блистеров при поглощении протонов в металле. Генерация нейтронов осуществляется в тонком слое металлического лития, напыленного на эффективно охлаждаемую подложку из тантала. Тантал обеспечивает минимальный уровень нежелательного сопутствующего гамма-излучения, а литий дает возможность управлять характеристиками получающегося потока нейтронов при работе немного выше энергетического порога реакции протон-литий (1,9 МэВ) - для терапии необходимы так называемые эпитепловые нейтроны с энергиями менее 30 кэВ.

Надо сказать, что для БНЗТ можно применять и другие типы ускорителей, эксперименты на которых идут сегодня в Финляндии, Японии. Однако наш ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией, пожалуй, наиболее экономичен и прост в использовании. Мы уже получили пучок с током, достаточным для БНЗТ. Основная проблема - обеспечить стабильность работы установки и максимально упростить процедуру ее включения и обслуживания, чтобы, например, для работы источника было достаточно просто нажать кнопку на пульте. Главное - требуется повысить надежность ускорителя. Разработана специальная система формирования терапевтического пучка нейтронов, в которой использованы оригинальные, защищенные патентами идеи. 

Конечно, планы грандиозны. Мы надеемся, что к 2022-му (год окончания проекта РНФ) сможем сказать о готовности к клиническим испытаниям. Но препятствий на пути к этому хватает, да и опыта у нас маловато: нужно сертифицировать нейтронный генератор как медицинское устройство. Кроме этого, необходимо решить вопрос о возможности проведения клинических испытаний с юридический точки зрения, поскольку методика БНЗТ пока не имеет медицинской лицензии. Не сертифицировано даже бор-содержащее лекарство, которое мы используем на лабораторных животных. Конечно, по скорости разработки и внедрения технологий Россия существенно уступает другим странам. Мы ведем сотрудничество в области бор-нейтронозахватной терапии с нашим давним партнером частной американской компанией Tri Alpha Energy, основная деятельность которой состоит в развитии технологий получения термоядерной энергии. Методикой БНЗТ компания заинтересовалась лишь года два назад. С тех пор они открыли современную лабораторию по созданию борсодержащих лекарств нового поколения и заметно продвинулись в их разработке. 

Новые лекарства позволят накапливать бор в опухолевых клетках в десятки и сотни раз эффективнее, чем древний бор-фенил-аланин, который мы применяем на мышах. Следовательно, можно будет использовать более щадящие по времени и интенсивности сеансы облучения. Сегодня в одном бункере института идет модернизация источника по гранту РНФ, а в соседнем вместе с Tri Alpha Energy - монтаж ускорителя, который осенью будет отправлен в Китай уже для проведения клинических испытаний. Там специально выстроили для этих целей онкологическую клинику. По контракту с Tri Alpha Energy мы имеем доступ к результатам испытаний и эксклюзивные права на реализацию методики и строительство установок в России. 

Над проектом с нами работают специалисты известных российских биологических и медицинских институтов: Института цитологии и генетики СО РАН, Национального медицинского исследовательского центра им. академика Е.Н.Мешалкина, томского НИИ онкологии, московского НМИЦ онкологии им. Н.Н.Блохина. Возможно, нашим специалистам удастся разработать свой вариант эффективного борсодержащего лекарства. В команде очень много молодых исследователей. Работа над такими проектами помогает им стать профессионалами. И мне нравится, насколько быстро недавние выпускники физфака осваивают совершенно незнакомые области, - культуру работы с лабораторными животными, например. Энтузиазм ребят, прибежавших ко мне с горящими глазами, чтобы рассказать, что они вылечили мышей, был на редкость заразителен. Я привык заниматься фундаментальной наукой, но увидеть практическое применение своих разработок оказалось неожиданно приятно.

17 июня, 2024
Сверхкороткие световые импульсы сделали оптически однородный материал «ловцом» света
Ученые предложили использовать сверхкороткие световые импульсы — длительностью в квадриллионные до...
5 июня, 2024
Создан температурный сенсор на основе связанных состояний в континууме
Красноярские ученые впервые разработали фотонно-кристаллический микрорезонатор с жидкокристалличес...