Открытие в ядерной физике — для спасения онкобольных

Маленькая "поломка" и огромные риски

"Спусковой крючок" онкологических болезней — мутации на клеточном уровне. В тех или иных клетках что–то "ломается", и они начинают безостановочно делиться. Если иммунитету удастся вовремя "увидеть" испорченные элементы, организм сможет дать "стоп–сигнал" дальнейшему развитию патологического процесса.

Однако клетки–мутанты очень адаптивны и обладают рядом механизмов "маскировки", позволяющих скрываться от иммунного контроля. Зачастую защитные системы организма их не могут даже "увидеть" (отсюда и склонность онкологических процессов к прогрессированию).

Удалить новообразование полностью хирург может, к сожалению, не в каждом случае: многое зависит от структуры опухоли. Иногда после успешно прошедшей операции происходят рецидивы либо обнаруживаются "замаскированные" метастазы. Тогда медицина вынуждена применять лучевой и химиотерапевтический метод лечения, при которых могут страдать нормальные здоровые ткани.

Для некоторых онкопатологий разработаны таргетные (целевые) виды терапии, лекарственные и нелекарственные (таргетные препараты, гипертермия и т.д.). Может быть применима также энергия ядерных реакций.

Когда мир узнал о нейтральных частицах

Более девяноста лет назад, в 1932 году, английский физик Д. Чедвик совершил весьма значимое открытие. Благодаря его исследованиям мир узнал о новой элементарной частице — нейтроне. В отличие от "плюсового" протона и "минусового"» электрона, нейтрон имеет "нулевой" электрический заряд. Отсюда и его название.

Немногим позднее стал известен еще один факт: у ядер бора-10 есть интересная способность — "хватать" тепловые нейтроны и в результате распадаться на ядра гелия-4 и лития-7. Процесс назвали бор–нейтронным захватом.

Важным свойством бор–нейтронного захвата оказалось выделение энергии, которая рассеивается в очень и очень малом радиусе — всего 5-7 микрон, т.е. 0,005-0,007 мм.  Это даже меньше, чем размер живой клетки (ее "охват" составляет около 10 микрон, т.е. приблизительно равен 0,01 мм).

Микровзрыв, направленный и безопасный

Прошло совсем немного времени и найденный микроскопический ядерный взрыв предложили задействовать в лечении онкопациента. К данному выводу независимо друг от друга пришли советские и американские исследователи — рентгенолог Г. Лочер и врач А. Качурин. Ведь если получится "транспортировать" бор прямо в новообразование и облучить его нейтронами, то нормальные клетки микровзрывом не "заденет".

В пятидесятые годы прошлого столетия бор-нейтронозахватный метод изучался в Советском Союзе, в Обнинском медико–радиологическом институте, а первые испытания нового вида терапии были проведены в Америке в 1951 г. (для них сконструировали отдельный реактор в Брукхейвенской лаборатории).

"Технические" сложности

Шли годы, исследования продолжались. Но существовавшие в те времена лекарства не могли дать высокую концентрацию бора-10 в клетках–мишенях. А сегодня для "транспортировки" бора в новообразование применяются борфенилаланин и боркаптат натрия, соединения, применяемые для выявления онкопатологий в ходе контрастных МРТ–исследований.

И еще один момент: действенность нового метода доказали испытания, проведенные в ядерных реакторах. Однако стационару или поликлинике нужны все-таки более компактные аппараты. Их создание стало отдельной задачей.

Единственная  в мире

Решение смог найти коллектив исследователей в Сибирском отделении Российской Академии наук. В Институте ядерной физики создали и испытали специальную установку на базе линейного ускорителя, снабженного литиевой мишенью, производящей нейтроны. Опытный образец увидел свет почти двадцать лет назад, в 2004 г., а в 2010 г. прошел апробацию в работе с клеточными культурами.

Сегодня это единственный в мире аппарат, генерирующий эпитепловые частицы–нейтроны (с уровнем энергии от 0,5 до 10000 электронвольт) для исследований.

На решение задачи о создании сильного источника нейтронов заданного диапазона (в сравнительно компактном приборе) понадобилось более двух десятилетий, констатирует завлабораторией бор-нейтронозахватной терапии, доктор физматнаук С. Таскаев. Основной элемент в отечественной установке — источник "минусовых" ионов водорода, пучок от которого направляется в ускоритель, где ионы становятся уже "положительными" и разгоняются.

Двигаясь в магнитном поле, они попадают в мишень — диск из меди с напылением из лития. Как только "плюсовые" водородные ионы сталкиваются с литиевыми ядрами, происходит высвобождение нейтронов. Эти ставшие свободными частицы и создают лечебный пучок.

Почему именно литий?

Интересна и сама структура нейтронного генератора. Многие годы существовало мнение, что из металлического лития сделать мишень нельзя. Аргументы "против" были следующими: данный металл мягок и в высокой степени химически активен, а температура его плавления очень мала.

Поэтому для производящих нейтроны систем применялись другие вещества — бериллий-9 и углерод-13. В результате возникала другая сложность: для берилловых и углеродных мишеней мощность пучков заряженных мельчайших  частиц должна быть значительно выше…

Впервые на планете литиевую мишень успешно применили отечественные исследователи.

Первые шаги к лечебному процессу

Не так давно институт ядерной физики Сибирского отделения РАН вместе с Новосибирским госуниверситетом провели совместный эксперимент по лечению кошек и собак с онкозаболеваниями (результаты данного проекта были представлены в минувшем 2022 г.). Таких исследований в мире еще не было.

Как сообщил завлабораторией ядерной и инновационной медицины физфака НГУ, кандидат меднаук В. Каныгин, терапию бор–нейтронозахватным методом прошли уже свыше трех десятков домашних питомцев. Изучаемый способ лечения показал хорошие результаты, в том числе для запущенных стадий патологического процесса.

Как пояснил В. Каныгин, внутри новообразования обмен веществ идет быстрее, чем в самом организме. Поэтому в пораженных тканях выше уровень накопления лекарственных веществ, и чем опаснее опухоль, тем лучше справляется с нею новый метод.

Верные друзья человека, как правило, болеют теми же онкопатологиями, что и он. Поэтому проведенный эксперимент можно рассматривать как доклинические испытания, тем более что лечили в рамках исследования только уже заболевших животных. Искусственного формирования новообразований не производилось.

От научных исследований — к медицинской практике

Сегодня бор–нейтронозахватные установки применяет здравоохранение Японии, а Китай и Южная Корея ведут испытания нового метода (причем в китайской больнице в г. Сямынь используется установка, сконструированная совместно с сибирским Институтом ядерной физики и американской компанией).

В нашей стране исследования намечены на середину 2024 г. Планируется, что и доклинические, и клинические испытания проведет онкоцентр имени Н.Н. Блохина. Проверять собираются как саму аппаратуру, так и новые химсоединения для "транспортировки" бора в пораженные клетки. Эти вещества разработаны в нашей стране для замены дорогостоящих зарубежных.

Завершение испытаний предварительно назначено на 2027 год. К 2030 г. метод бор–нейтронозахватной терапии должен стать доступным для пациентов.