Российская наука, американский бизнес, китайская клиника

Нейтронный источник для бор-нейтронозахватной терапии рака разработали ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН в сотрудничестве с американской компанией TAE Life Sciences. Клинические испытания пройдут в Китае. Проект поддержал российский премьер Михаил Мишустин
Российская наука, американский бизнес, китайская клиника
Макет клиники бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ)
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера

П о словам директора Института ядерной физики (ИЯФ) академика Павла Логачева, проект по бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) удалось реализовать благодаря напряженной тридцатилетней работе сразу по нескольким направлениям деятельности института. К ним относятся физика высоких энергий, физика ускорителей и физика плазмы.
Как отметил ведущий научный сотрудник ИЯФ доктор физико-математических наук Сергей Таскаев, БНЗТ способна помогать более чем двум миллионам больных в год. Для этого, по оценкам ученого, в мире требуется более тысячи центров БНЗТ с пропускной способностью полторы тысячи пациентов в год в каждом.
Клинические испытания на установке должны начаться уже в этом году в Китае в госпитале города Сямынь, принадлежащем компании Neuboron. Сейчас осуществляется сборка оборудования в клинике.

ИВАНОВ.jpg
Доктор физико-математических наук, научный руководитель направления «Плазма» Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН Александр Иванов
Наталья Купина

«С предложением сделать этот источник нейтронов к нам обратились китайские медики, — рассказал “Стимулу” доктор физико-математических наук, научный руководитель направления “Плазма” ИЯФ СО РАН Александр Иванов. — И мы привлекли к сотрудничеству компанию TAE Life Sciences. В Китае, во-первых, проще сертификация этого метода, и количество пациентов, сами понимаете, очень большое. Поэтому эта коммерческая фирма, которая у нас заказала установку, рассчитывает, что будут построены сотни больниц для лечения. То есть это большой коммерческий проект. Для него построено в какие-то рекордные сроки, характерные для Китая, здание, полностью оборудованное всем необходимым. И если бы не помешала пандемия, то уже сейчас этот нейтронный источник начали бы использовать для лечения пациентов в Китае».

По словам ученого, помимо Китая и США наиболее активно метод БНЗТ продвигают в Японии. Там в нескольких центрах уже установлены нейтронные источники ускорительного типа, но не такие, как в России. И лечение уже проводится. Еще один нейтронный источник установлен в Финляндии, в Хельсинки. Там тоже начато проведение терапии пациентов.

Обстрел нейтронами

Бор-нейтронозахватная терапия — это способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей. В раковых клетках накапливают изотоп бора-10, затем опухоль облучают потоком нейтронов, которые поглощаются ядрами бора. В результате ядерные реакции, которые сопровождаются большим энерговыделением, уничтожают пораженные клетки.

«Эта терапия была предложена очень давно, еще в 1936 году, — рассказывает Александр Иванов. — Для ее реализации нужен нейтронный поток, облучающий пациента. И для создания этого нейтронного потока применялись ядерные реакторы, которые находились в черте города и представляли серьезную опасность. В какой-то момент практически все эти реакторы были закрыты, и встал вопрос: а чем их заменить?»

magnifier.png В раковых клетках накапливают изотоп бора-10, затем опухоль облучают потоком нейтронов, которые поглощаются ядрами бора. В результате ядерные реакции, которые сопровождаются большим энерговыделением, уничтожают пораженные клетки

Существуют так называемые ускорительные источники нейтронов. В таком источнике есть пучок частиц, ускоренных до достаточно большой энергии, взаимодействующий с некой мишенью. И в реакции частиц пучка и частиц мишени возникает поток нейтронов.

«У ускорительных источников нейтронов есть большие преимущества по сравнению с реакторными, — поясняет Александр Иванов. — Во-первых, это более компактное устройство, что позволяет разместить его прямо в больнице и там проводить сеансы терапии. Потом этот источник, естественно, гораздо менее опасен, чем ядерный реактор. И свойства испускаемого им потока нейтронов существенным образом отличаются от свойств нейтронов ядерного реактора. Для этой терапии нужны нейтроны со специфическими энергиями, не очень маленькими и не очень большими. Именно такие нейтроны может обеспечить ускорительный источник нейтронов, в котором ускоренный пучок протонов взаимодействует с мишенью из лития. Как раз в этом и состоит существенное преимущество ускорительных источников».


ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ.jpg
Источник нейтронов, разработанный в ИЯФ СО РАН, представляет собой тандемный ускоритель протонного пучка
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера

Сибирский ускоритель

Источник нейтронов, разработанный в ИЯФ СО РАН, представляет собой тандемный ускоритель протонного пучка. Это хорошо известный тип ускорителя, который выдает пучок протонов с током до десяти миллиампер, с энергией около двух мегаэлектронвольт. Для генерации нейтронов используется мишень, покрытая тонким слоем лития. При взаимодействии протона с ядром лития происходит реакция: выделяется нейтрон, и появляется изотоп бериллий-7, который в мишени остается. И возникает нужный поток нейтронов с нужными энергиями, нужной плотностью.

«Эти тандемные ускорители широко используются в физике, — поясняет Александр Иванов. — Но у нас применена новая конструкция этого ускорителя, она позволила нам получить необходимые параметры, которые никогда прежде не были достигнуты в такого типа ускорителях».

Как доставить бор

О том, что мешает полностью раскрыть возможности метода БНЗТ, «Стимулу» рассказал кандидат медицинских наук, доцент кафедры нейрохирургии Новосибирского государственного медицинского университета, заведующий лабораторией медико-биологических проблем БНЗТ Новосибирского государственного университета Владимир Каныгин. По его словам, главная проблема при применении метода — агенты доставки бора, поскольку препараты требуют селективного накопления. Классические препараты — боркаптат и борфенилаланин, которые используется за рубежом, не являются селективными.


КАНЫГИН.jpg
Доцент кафедры нейрохирургии Новосибирского государственного медицинского университета, заведующий лабораторией медико-биологических проблем бор-нейтронозахватной терапии Новосибирского государственного университета Владимир Каныгин
фото предоставлено Владимиром Каныгиным

«Есть такой термин “неспецифическая селективность”, — поясняет Владимир Каныгин. — Метаболизм в опухоли, то есть обмен веществ, идет гораздо быстрее, чем в окружающих тканях, опухоли имеют более высокий кровоток. Раковые клетки отличаются от обычных тем, что они очень быстро делятся и для этого им нужно очень много питательных веществ из окружающего организма. Поэтому, вводя препарат, вы добиваетесь того, что его содержится в опухоли больше, но не за счет свойств препарата, а просто за счет того, что она, грубо говоря, ест этого препарата больше, чем окружающие ткани».

Таким путем удается достичь разницы в концентрации в три-четыре раза, что уже позволяет проводить БНЗТ. Но тем не менее существующие препараты не до конца реализуют возможности метода. Сейчас идет активная работа над синтезом соединений, которые будут обладать способностью отличать здоровые клетки от больных. И доставлять бор именно туда, практически минуя окружающие ткани.

По словам Александра Иванова, в нашей стране эта тематика только начинает развиваться. А, к примеру, в Соединенных Штатах, в компании TAE Technologies, есть специальное подразделение химиков и медиков, которые занимаются разработкой селективных препаратов, и очень успешно. Контраст, по предварительным оценкам, может быть увеличен по меньшей мере в десятки раз. И это должно произвести революцию в применении метода БНЗТ.

Международная кооперация

Институт ядерной физики СО РАН сотрудничает с компанией TAE Technologies (Tri Alpha Energy Technologies) уже около двадцати лет. Она имеет несколько филиалов, и сибирские ученые взаимодействуют с головной компанией — TAE Technologies — и отделением, которое называется TAE Life Sciences. Специалисты института изготавливают для американцев различное оборудование, которое представляет собой источники пучков заряженных и нейтральных частиц.

«Чтобы достичь нужной надежности, мы были вынуждены внести в наш прототип ускорителя нейтронов довольно много изменений. На это требовались деньги, — рассказывает Александр Иванов. — Все расходы TAE оплатила, и усовершенствования мы внесли. Вообще, изготовление и поставка медицинского оборудования — очень сложная вещь, фактически каждый элемент этой установки и вся установка в целом должны быть правильным образом сертифицированы. И этот очень дорогой процесс целиком взяла на себя компания TAE».

magnifier.png Главная проблема при применении метода — агенты доставки бора, поскольку препараты требуют селективного накопления. Классические препараты — боркаптат и борфенилаланин, которые используется за рубежом, не являются селективными

TAE Technologies была организована для того, чтобы сделать термоядерный реактор, который не давал бы нейтронов. Как поясняет ученый, это серьезная проблема как для ядерных, так и для термоядерных реакторов: они производят очень большое количество нейтронов, которые активируют все окружающее оборудование, и захоронение этого облученного нейтронами оборудования связано с большими сложностями.

Так вот, в TAE предложили идею такого термоядерного устройства, в котором плазма состоит из водорода с добавкой бора. И, соответственно, выделение энергии происходит в ходе реакции, когда протон объединяется с ядром бора. В этом процессе рождаются три альфа-частицы, отсюда и Tri Alpha в названии компании. То есть смесь водорода с бором служит топливом, которое не производит нейтронов во время реакции, и запасы его практически неисчерпаемы.

Шанс для смертельно больных

По словам Владимира Каныгина, методом БНЗТ можно лечить все типы злокачественных опухолей, которые имеют хорошее кровоснабжение и метаболизм которых существенно выше, нежели у окружающих тканей. Как правило, это различного рода метастазы при секундарных поражениях органов, в том числе запущенные формы сарком, рак легкого, рак кишечника, рак печени. Кроме того, этот метод на сегодняшний день считается высокоэффективным и перспективным при лечении глиобластом и злокачественных глиом головного мозга. «Классика» БНЗТ — опухоли околоушных желез различного рода тканей головы.

magnifier.png «При глиомах головного мозга классические методы лечения — микрохирургия плюс стандартная лучевая терапия и химиотерапия — дают выживаемость в пределах 18–20 месяцев. При лечении глиобластом по методике БНЗТ, как показал опыт зарубежных коллег, получается достичь цифр от 28 месяцев и даже до восьми лет»

«Те опухоли, о которых я говорил, — это смертельные заболевания, которые на сегодняшний день неизлечимы, — поясняет Владимир Каныгин. — А метод БНЗТ дает шанс, что у людей, по крайней мере, радикально увеличится продолжительность жизни. В ряде ситуаций, допустим при неоперабельных опухолях — шеи, желез шеи, при каких-то далеко зашедших стадиях той же самой саркомы, он дает возможность стабилизировать процесс на долгие годы без постоянного использования других методик, в частности поддерживающей химиотерапии, поскольку ряд схем подразумевает периодическое возобновление лечения этими методами».

Кроме того, по словам специалиста, методика БНЗТ уникальна для лечения метастазов ряда образований. На четвертой стадии, когда никакой другой метод уже не поможет. Существуют методы радиоизотопной терапии, но это однократный выстрел, от которого страдает весь организм. А здесь методика достаточно селективная и позволяет изолированно расправиться с метастатическими очагами без значимых повреждений окружающих тканей, даже если это отдаленные метастазы.

«Метод достаточно эффективен, — говорит Владимир Каныгин. — Допустим, при глиомах головного мозга классические методы лечения — микрохирургия плюс стандартная лучевая терапия и химиотерапия — дают выживаемость в пределах 18–20 месяцев. При лечении глиобластом по методике БНЗТ, как показал опыт зарубежных коллег, получается достичь цифр от 28 месяцев и даже до восьми лет. То есть совершенно другие цифры, нежели мы имеем в классической нейроонкологии».


МИШУСТИН.jpg
Макет клиники БНЗТ осматривают (слева направо) заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко, министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков, полномочный представитель Президента РФ в Сибирском федеральном округе Сергей Меняйло, директор ИЯФ СО РАН, академик РАН Павел Логачев, председатель Правительства РФ Михаил Мишустин
Алла Сковородина

Премьерская поддержка

По словам Александра Иванова, нейтронные источники — уникальный инструмент исследования. У них очень большой потенциал, и не только в области БНЗТ. В России есть единичные экземпляры, которые доступны относительно малому количеству исследователей. Нейтронный источник, разработанный в ИЯФ, позволяет генерировать потоки нейтронов с очень разными свойствами: разными энергиями, интенсивностями и так далее.

«В ИЯФ СО РАН коллектив исследователей не остановился на достигнутом и, поддерживаемый Российским научным фондом как лаборатория мирового уровня, продолжает проводить научные исследования, — отметил Сергей Таскаев. — Важным прикладным результатом стала разработка литиевой мишени, обеспечивающей длительную стабильную генерацию нейтронов, что двадцать лет назад казалось невозможным. Кроме того, мы получили пучок нейтронов исключительно эпитеплового диапазона энергии для визуализации бора, что кардинально упростит тестирование разрабатываемых препаратов адресной доставки бора. Еще одним важным прикладным достижением стала генерация мощного потока быстрых нейтронов уже не для БНЗТ, а для тестирования материалов термоядерного реактора ИТЭР и Большого адронного коллайдера ЦЕРН».

magnifier.png «Я бы попросил вас обязательно работать с врачами, потому что доклинические испытания и фокусировка на лечение будут важным залогом того, чтобы масштабировать это научное открытие на соответствующую клинику. И мы, конечно, поможем. Около 800 миллионов рублей, которые необходимы, будут выделены»

ИЯФ интенсивно взаимодействует с российским агентством ИТЭР. ИТЭР — это проект первого в мире международного термоядерного экспериментального реактора, который строится во Франции. Для этого проекта Россия изготавливает большое сложное оборудование. И элементы этого оборудования, элементы его нейтронной защиты испытываются на сибирском нейтронном источнике.

Пятого марта в рамках рабочего визита в Новосибирск институт посетил председатель правительства Михаил Мишустин. На встрече с сотрудниками он распорядился поддержать развитие метода БНЗТ в России.

«Бор-нейтронозахватная терапия — это важнейшее направление. Я знаю, что этим серьезно занимаются японцы и американцы, но тот прогресс, который есть у нас, позволяет надеяться, что в ближайшие несколько лет мы все-таки добьемся фокусировки именно на лечение пациентов. Я бы попросил вас обязательно работать с врачами, потому что доклинические испытания и фокусировка на лечение будут важным залогом того, чтобы масштабировать это научное открытие на соответствующую клинику. И мы, конечно, поможем. Около 800 миллионов рублей, которые необходимы, будут выделены», — заявил Михаил Мишустин.

Еще по теме:
15.04.2021
14 апреля 1629 года родился математик, физик и инженер-конструктор Христиан Гюйгенс, подаривший человечеству мощный теле...
13.04.2021
Объединенный институт ядерных исследований получил патент на уникальную разработку — прибор для измерения угла наклона о...
12.04.2021
В 1928 году был написан первый учебник практической космонавтики Германа Поточника. Отдельные его главы до сих пор не по...
12.04.2021
12 января 1907 года родился выдающийся советский конструктор и руководитель Совета главных конструкторов ракетно-космиче...
Наверх