Как устроить атомный взрыв внутри плохой клетки

Совсем скоро в Национальном медицинском исследовательском центре им. Н. Н. Блохина появится уникальная установка бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), разработанная в Новосибирском институте ядерной физики. Что это за аппарат, как он работает и кому поможет, мы спросили специалистов из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН.

Сергей Таскаев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН.

— Сергей Юрьевич, что представляет собой эта установка?

— Это ускорительный источник нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии — перспективной методики лечения злокачественных опухолей. Для проведения терапии в клетках опухоли накапливают бор и облучают нейтронами, но такими нейтронами, которые не быстрые и не медленные, а так называемые промежуточные, эпитепловые. Они замечательны тем, что не дают значительную дозу, но хорошо проникают в организм. Блуждая по организму, они находят бор и с огромной вероятностью захватываются им. Для терапии глубоко сидящих опухолей нужны промежуточные нейтроны верхнего диапазона энергии, для поверхностных опухолей — чуть помягче.

Сергей Таскаев. Фото Андрея Афанасьева.

Это сложная физическая задача — сделать мощный источник таких нейтронов. И эта задача была поставлена перед мировым физическим сообществом ещё в конце 1980-х. Потребовалось тридцать лет, чтобы решить эту задачу. Многие проекты оказались нереализованными. А наш проект, к счастью, стал успешным. В относительно компактной установке мы смогли сделать источник таких нейтронов, на что нам потребовалось 20 лет.

— Как у вас это получилось?

— Успех случился, как мне кажется, потому, что мы предлагали сумасбродные, «безумные» решения, которые обеспечивают лучшее качество пучка. Мы предлагали сделать то, что нужно, а не то, что умеем. И у нас получилось! Сейчас в соседнем бункере у нас стоит работающая установка, на которой уже проводится лечение домашних животных со спонтанными опухолями, тестируются новые препараты бора.

— Насколько я знаю, подобные установки уже работают в других странах?

— В прошлом году Китай стал второй страной в мире после Японии, которая приступила к клиническим испытаниям БНЗТ в онкологических клиниках. Для этого они используют нашу установку. Сейчас вы видите установку, которая делается для НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина в Москве. Через год мы должны отправить её туда, чтобы там приступили к проведению клинических испытаний с последующим получением лицензии для лечения больных.

— Как происходит процесс лечения?

— Сначала пациенту вводят препарат, который обеспечивает накопление бора в клетках опухоли. Затем область опухоли облучают нейтронами, которые блуждают по организму и захватываются бором, поскольку здесь природа преподнесла подарок — гигантское сечение поглощение нейтрона бором. В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с большим выделением энергии именно в той клетке, которая содержала бор. Это означает, что, если в клетке есть бор, нейтрон сам его найдёт, поглотится им, произойдёт ядерная реакция — как маленький взрыв атомной бомбы в каждой клетке.

— И сколько же нужно таких «взрывов»?

— Полсотни атомных взрывов — и раковая клетка погибает, при этом не травмируется соседняя. Для терапии важно, что уже разработаны и используются два препарата, которые действительно накапливают бор в клетках опухоли.

— В чём уникальность именно вашей установки? Чем она отличается от других?

— В нестандартном подходе — ведь мы во многом были первопроходцами. Для получения наилучших нейтронов понадобилось использовать литиевую мишень и ускоритель протонов с относительно низкой энергией, но с большим током. Но в ту пору ускорителей протонов на такие параметры не было, и надо было его изобрести — так появился ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией. Если следует использовать литиевую мишень, то её и нужно делать, хотя мишень на такие параметры считалась нереализуемой.

Основным нашим результатом можно считать тот, что мы экспериментально продемонстрировали практическую возможность реализации решения, наилучшего для БНЗТ. Именно этим наша установка отличается от тех, которые начали разрабатывать до успехов в нашем проекте.

Зато сейчас все предлагают реализовывать выбранное нами решение, используя для этого другие типы ускорителей заряженных частиц и литиевую мишень, которая уже не считается нереализуемой.

Нобелевский лауреат академик Пётр Леонидович Капица говорил, что наука — это то, чего не может быть, а остальное — это технологии. Наш пример как раз о том, что такое настоящая наука и как это можно превратить в технологию.

Владимир Каныгин, доцент, заведующий Лабораторией ядерной и инновационной медицины НГУ, нейрохирург, онколог.

Владимир Каныгин. Фото Андрея Афанасьева.

— Владимир Владимирович, каким образом вы тестировали работу этой установки?

— Биологическое сопровождение на установке обеспечивалось группой нашей лаборатории. Нам удалось подтвердить эффективность самого пучка на клеточных культурах и на перевитых злокачественных опухолях (человеческие глиомы) у мышей. Впервые в мире на ускорительном источнике мы осуществили бор-нейтронзахватную терапию млекопитающих — собак и кошек. Более трёх десятков животных прошли лечение. Терапия демонстрирует значимую эффективность. Подлежали лечению такие новообразования как меланома, глиобластома, карциномы различной локализации, в том числе в стадии отдалённых метастатических поражений. Выживаемость достигала двух с половиной лет.

— Зависит ли успешность терапии от стадии заболевания?

— Сейчас уже понятно: зачастую для БНЗТ чем злокачественнее новообразование, тем эффективнее оказывается лечение. Ввиду того, что обмен веществ в опухоли идёт значительно интенсивнее, чем в здоровых тканях, то и накопление в ней борсодержащих препаратов, используемых на сегодня, происходит гораздо быстрее. Чем злокачественнее опухоль, тем значительнее это отличие. Соответственно, и ионизирующая доза для такой опухоли больше. Что касается отдалённых метастазов, то они, как правило, обладают свойствами исходной опухоли, в том числе и скоростью метаболизма. А значит, столь же интенсивно копят бор, и при БНЗТ становятся также уязвимы для нейтронов.

Предстоящая стадия использования БНЗТ — это клинические исследования методики на пациентах. В НМИЦ имени Н. Н. Блохина уже сейчас оборудуются помещения, где будет размещена установка, которая осенью следующего года должна начать работу. Мы все с нетерпением ждём этого момента. Проводимые нашими учёными исследования, несомненно, помогут приблизить момент использования установки для ранее безнадёжных пациентов.