Поиск - новости науки и техники

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

12.07.19

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

 

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.
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.
– Технических задач осталось решить не так много, – рассказал руководитель проекта, заместитель директора ИЯФ по научной работе доктор физико-математических наук Александр Иванов. – 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.
Когда материал готовился к печати, пришло сообщение, что сотрудникам ИЯФ СО РАН доктору физико-математических наук Петру Багрянскому и доктору физико-математических наук Александру Иванову, а также сотруднику Института прикладной физики РАН доктору физико-математических наук Александру Шалашову присуждена премия им. академика Л.А.Арцимовича – как раз за фундаментальный результат в области экспериментальной физики, за цикл работ «Нагрев и удержание плазмы с высоким относительным давлением в осесимметричной магнитной ловушке открытого типа». Поздравляем!

Ольга Колесова

Нет комментариев