Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН возглавит научные работы по внедрению бор-нейтронзахватной терапии (БНЗТ) рака в клиническую практику в России. Программа научных исследований объединяет усилия нескольких институтов, чтобы в самом ближайшем будущем построить установки для удаления злокачественных опухолей с помощью этой уникальной методики.
Общая доза облучения организма при бор-нейтронзахватной терапии в медицине считается толерантной
Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ
С точностью до клетки
Несмотря на то что технология БНЗТ известна в мире уже более полувека (впервые идея использования такой терапии была высказана в США в 1936 году), реализовать ее массово никому пока не удалось из-за больших сложностей с достижением нужных для лечения параметров пучка эпитепловых нейтронов. Чтобы уничтожить максимальное количество опухолевой ткани, пучок должен иметь большую плотность потока в довольно узком энергетическом диапазоне. Перед облучением пациенту вводят борсодержащее вещество, которое доставляет бор в клетки опухоли. При облучении в клетках опухоли происходит ядерная реакция с выделением энергии, микроскопический взрыв ядер бора, уничтожающий только те клетки, в которых накоплен бор. Ни одна хирургическая операция не способна выполнить удаление пораженных тканей с такой точностью. При этом общая доза облучения организма в медицине считается толерантной.
Уникальность технологии БНЗТ состоит в том, что нейтроны находят опухолевые клетки с бором и уничтожают их, даже если они расположены не локально, а рассыпаны по всему организму. Фактически она позволяет лечить пациентов даже на стадии метастазирования. Для некоторых видов опухолей, не имеющих четких границ, БНЗТ является если не панацеей, то единственным шансом на спасение пациента. К ним относятся глиобластомы мозга, метастазы меланомы, опухоли шеи, мезотелиома плевры и гепатоцеллюлярная карцинома.
Впервые БНЗТ была реализована в США на ядерном реакторе еще в 60-х годах ХХ века. Ядерный реактор, вне сомнения, не мог быть поставлен в клинику как прибор для лечения пациентов. Поэтому технология была научно-экспериментальная. В те годы еще не существовало технических возможностей и остро не хватало знаний, которые позволили бы создать качественную и безопасную установку для таких манипуляций.
С 1952 по 1962 год в Брукхейвенской национальной лаборатории и Массачусетском институте технологий (MIT) США облучению нейтронами на реакторе подверглись 44 пациента. Непростым делом оказался и правильный подбор лекарства для доставки и накопления бора в опухолевых тканях. По этой причине лечение этих пациентов прошло безуспешно. Первые медицинские ошибки обернулись скандалами и судами, которые на многие годы отбили у Америки охоту связываться с этой технологией. Однако после вспышки меланом (в конце 1980-х годов выявлено более 4 тыс. пациентов) США возобновили работу с БНЗТ. В конце 1990-х годов облучению на реакторах в MIT и Брукхейвене были подвергнуты более 50 пациентов.
Такую сложную аппаратуру голыми руками не наладить
Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ
Национальная технология
С 1967 года эксперименты по лечению онкобольных с помощью БНЗТ начались в Японии, где их инициировал тот же самый врач, который начинал эти работы в США. Профессор Хатанака проводил терапию безнадежных больных с опухолями головного мозга третьей-четвертой стадии. Находясь совсем рядом с ядерным реактором, он делал трепанацию, хирургически удалял большую часть опухоли, а затем насыщал оставшиеся ткани бором и облучал их нейтронами непосредственно на открытом черепе. 33% пациентов спустя пять лет после операций оставались в живых, хотя, согласно общей практике до операции, им оставалось жить считанные месяцы. При этом никакой деградации мозга у пациентов не наблюдалось.
Спустя несколько лет выживаемость выросла до 50%. Эксперименты японских ученых стали настоящим прорывом, который доказал необходимость развития БНЗТ во всем мире. Вскоре эту технологию стали применять не только для лечения опухолей головного мозга, но и для других высоколетальных онкозаболеваний с различной локализацией. На сегодняшний день в Японии на ядерных реакторах пролечены уже более 1000 пациентов.
Япония, к сожалению, пока единственная страна в мире, где технология БНЗТ используется в медицинской практике, причем только для своих граждан. И хотя будущая установка с идеальными характеристиками там еще не построена, для спасения человеческих жизней подходят и те параметры, которых им удалось достичь в последние годы. Сейчас в Японии одновременно строят сразу три установки БНЗТ, но уже не на основе ядерного реактора, а на основе ускорителя заряженных частиц. Поскольку такие технологии являются самым передним краем науки, крупные компании Mitsubishi, Hitachi и IBA посчитали создание этих установок делом чести и вызовом времени. В других странах эти программы финансируются в основном из госбюджета. Во всем мире сегодня функционируют 14 исследовательских центров БНЗТ.
Стоимость всего комплекса работ, включая строительство специализированного здания, ориентировочно составляет около 1 млрд руб. Заинтересованность в российском проекте проявляют медицинские организации, научные институты, университеты и представители профильных министерств. Окончательный сценарий финансирования проекта и место размещения установки БНЗТ для клинической практики пока не выбраны.
Мировые лидеры
Сегодня среди лидеров направления можно уверенно назвать Россию и Японию, но такие работы ведутся и в Финляндии, Италии, Франции, Израиле, Аргентине, Англии, Китае, на Тайване, в Испании и некоторых других странах. Не одно десятилетие ушло на то, чтобы ученые выяснили, какие параметры пучка необходимы для идеального проведения БНЗТ. Слишком быстрые нейтроны приносят организму лишнюю дозу облучения, слишком медленные не могут глубоко проникать. Не меньше времени было затрачено на практическое создание ускорителя заряженных частиц с необходимым током. Технология оказалась настолько непредсказуемой и капризной, что на ее освоение сотрудникам Института ядерной физики Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН потребовалось 18 лет. Японские коллеги до сих пор пытаются повторить их рекорд.
Последние исследования ученых ИЯФ СО РАН показали, что для реализации технологии идеально подходит протонный пучок с энергией пучка 2,3 МэВ и током 5-10 мА, сбрасываемый для генерации нейтронов на тонкую литиевую мишень.
— Мы выяснили, что именно в этом режиме получается сделать поток нейтронов, лучше которого создать уже невозможно,— рассказал руководитель лаборатории БНЗТ, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН Сергей Таскаев.— Для его создания нам понадобится немного увеличить энергию и ток протонного пучка и сделать так, чтобы установка могла стабильно и долго работать в этом режиме. Мы изготовили новую мишень для генерации нейтронов, в которой учли результаты недавно проведенных научных исследований, и приступили к монтажу системы формирования пучка нейтронов, в которой реализованы ряд новых идей.
Помимо Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН как исполнителя ускорительного источника нейтронов в проекте реализации технологии примут участие два института химического профиля. Институт органической химии СО РАН и Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН будут разрабатывать отечественный препарат адресной доставки бора в клетки опухоли, создадут аналог зарубежного препарата борфенилаланина и выпустят его опытную партию. После этого они планируют разрабатывать свой оригинальный, более эффективный препарат. Томский НИИ онкологии согласился заниматься внедрением БНЗТ для лечения пациентов.
На октябрьском конгрессе по БНЗТ, который прошел в США, расчетную установку сибирских физиков назвали идеальной. При получении необходимого финансирования первый экземпляр установки может быть создан за пару лет. Это будет первая в мире установка БНЗТ, которую можно будет помещать в клинику для лечения онкологических пациентов. У руководства области и страны еще есть немного времени для подготовки необходимой базы — строительства специализированного онкологического центра с помещением, приспособленным для соответствующих операций и установки многотонного оборудования.
Ни одна хирургическая операция не способна выполнить удаление пораженных тканей с такой точностью, как бор-нейтронзахватная терапия