Сибирские физики готовят свою первую установку для лечения рака
Ускоритель протонов, сделанный учеными Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, послужил прототипом для создания уникальной медицинской установки бор-нейтронозахватной (БНЗТ) терапии рака, при которой опухолевые клетки, насыщенные борсодержащим веществом, самоуничтожаются микровзрывом после облучения нейтронами. Сибирские физики совместно с компанией TAE Life Sciences (США) сконструировали и изготовили его по заказу крупного китайского холдинга New Boron. Это тот редкий случай, когда в научном институте сделана не исследовательская установка и даже не прототип будущего оборудования, а именно готовый медицинский прибор, который будет работать в клинике. В настоящее время идут переговоры о получении еще нескольких заказов на данную установку от компаний из нескольких стран, в том числе большой интерес проявило и Министерство здравоохранения.
От России — Китаю
В конце 2020 года прибор для лечения рака головного мозга методом БНЗТ был изготовлен и отправлен в Китай для его дальнейшего использования непосредственно в онкологической клинике. К этой цели вся мировая ускорительная физическая наука шла почти с конца прошлого века. Но при кажущейся простоте технологии на пути исследователей возникали все новые препятствия. Менялись источники частиц, различные типы ускорителей — пробовались кольцевые (циклотроны) и линейные. Испытывались и разные виды мишеней (бериллиевые и литиевые), из которых полученные на ускорителях пучки «выбивали» необходимые для лучевой терапии нейтроны.
Сибирские ученые реализовали в приборе свой собственный, оригинальный принцип, который впоследствии частично заимствовали и зарубежные коллеги при создании своих установок. Несмотря на многие патенты на конкретные технологии и на безусловное соблюдение авторского права, в мировой науке существуют глобальные цели, достижения которых крайне важно добиться в кратчайшие сроки. Для этого в разных странах сотрудничают научно-исследовательские группы с крупными зарубежными холдингами и концернами. Благодаря международному сотрудничеству сделан первый шаг: сейчас во всем мире сделано всего пять установок БНЗТ для лечения онкологии, а требуется их не менее тысячи. Три прибора есть в Японии, причем две установки уже работают в штатном режиме, еще одна — в Финляндии, и пятая, от ИЯФ СО РАН, скоро заработает в Китае.
25 лет от разработки до внедрения
Для внедрения методики в клиническую практику был изготовлен компактный источник нейтронов определенного, довольно узкого спектра энергии на основе ускорителя заряженных частиц. В 1998 году в Институте ядерной физики СО РАН специально для БНЗТ был предложен источник эпитепловых нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и с литиевой нейтроногенерирующей мишенью. В 2008 году установка была впервые запущена, а в 2015 году на ней впервые в мире достигнуты параметры пучка, требуемые для БНЗТ. Высокое качество пучка нейтронов было многократно подтверждено экспериментами на клеточных культурах, проведенными в 2016–2017 годах совместно с сотрудниками клиники Университета Цукубы (Япония), и излечением мышей с привитой глиобластомой человека.
Первые обнадеживающие результаты применения БНЗТ при глиобластоме мозга были получены профессором Хатанака c коллегами в Японии, проводившими облучение тепловыми нейтронами на учебном реакторе Hitachi: более 200 пациентов с 1968 года. Среди них порой встречалась пяти- и даже десятилетняя выживаемость. Большой перерыв в работе по созданию установки для БНЗТ произошел в мире после взрыва на Чернобыльской АЭС. Ученые многих стран поняли, что риски трагедии при использовании ядерных реакторов слишком велики, и временно прекратили исследования. Да и сама идея создания технологии терапии рака на основании ядерных реакторов выглядела довольно неуклюже. Ведь ядерный реактор это не медицинский прибор, его нельзя поставить в клинику. Это так же неудобно и небезопасно, как и лечить пациентов на установках в исследовательских физических институтах.
Кроме невозможности тиражировать такие технологии, их абсолютной неокупаемости и опасности применения на пути ученых стояли не очень подходящие физические характеристики пучка нейтронов, который получался на реакторе. Для БНЗТ нужен был пучок гораздо меньшей энергии и намного более узкого спектра, что оказалось вполне достижимо на ускорителе. Спустя чуть более десяти лет после чернобыльской трагедии ученые международных физических сообществ вернулись к обсуждению БНЗТ, но уже с ускорителями в качестве источника нейтронов. С идеей отказаться от попыток создания БНЗТ на ядерных реакторах и первыми опытами получения пучка протонов нужной энергии на ускорителе у ученых появилась надежда на реальное внедрение этой технологии. Ускорительные источники пучков протонов, из которых с помощью прохождения через бериллиевую или литиевую мишень получали нейтроны, стали как грибы после дождя появляться в разных странах начиная с 2000-х годов.