Исследователи из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН работают над созданием ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии — нового метода борьбы со злокачественными опухолями, в том числе и теми, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми.

В эксперименте, кроме представителей ИЯФ, будут участвовать ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН (ИМКБ СО РАН), Нейрохирургического центра Дорожной клинической больницы Новосибирска, Новосибирского государственного медицинского университета и Университета Цукуба (Япония).

Недавно были получены результаты, говорящие о том, что технология уже практически готова для внедрения в медицину. Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) осуществляется в два этапа: сначала пациенту вводят препарат, в котором есть стабильный изотоп бора – бор-10. Быстро растущие больные клетки накапливают это вещество гораздо больше, чем рядом расположенные здоровые. В результате оно собирается преимущественно в опухоли.

Сотрудники лаборатории

Второй шаг: пациента облучают нейтронами, а те, в свою очередь, хорошо захватываются ядрами бора. Когда это случается, происходит ядерная реакция, в результате которой образованное ядро разваливается на альфа-частицу и ядро лития. Они, разлетаясь в противоположные стороны, имеют большую энергию и быстро тормозятся практически в пределах одной клетки живого организма. В результате, если она раковая, то погибает. Поскольку здоровые клетки накапливают бор в гораздо меньшей концентрации, они остаются жить.

Бор-нейтронозахватная терапия позволяет бороться с такими опухолями, которые в настоящее время не поддаются лечению никакими другими методами. Например, глиобластомы мозга. Пациенту с таким диагнозом обычно отводится один год жизни. Химиотерапия и другие применяющиеся сегодня средства могут продлить этот срок максимум на полгода.

У БНЗТ длинная история развития, со своими взлетами и падениями. Методика была предложена достаточно давно, еще в 1936 году, через четыре года после того, как открыли нейтрон. Затем ее отрабатывали на ядерных реакторах. В 70-80-е годы японский хирург Хироши Хатанака проводил терапию и получил впечатляющие результаты. Фактически, хирургическую операцию у людей с глиобластомой он делал прямо на реакторе — специально для этого там была оборудована стерильная хирургическая комната. Вскрывал череп, вырезал основную часть опухоли (всю — опасно, можно повредить некоторые функции мозга), вводил бор, облучал это место потоком тепловых нейтронов и действительно вылечивал. Его первый пациент, которому поставили диагноз глиобластома, прожил после этого 21 год. 

Затем развитие методики продолжалось на ряде других реакторов во всем мире, и возникло предложение усовершенствовать ее, проводя лечение без хирургического вмешательства. Для этого требовалась несколько большая энергия нейтронов —  надтеплового диапазона, чтобы они смогли проникнуть глубже в организм — туда, где находится опухоль. Результаты получились вполне обнадеживающие, но тут произошла катастрофа на Чернобыльской АЭС и как следствие, многие ядерные реакторы были закрыты. Одновременно с этим возникло понимание: нейтроны можно получать также на ускорителях заряженных частиц. Там ускоренный пучок попадает на мишень, где в результате происходят ядерные реакции и возникают нейтроны. Такого рода установки, к тому же, больше подходят для применения в клиниках. 

«Чтобы методика БНЗТ была пригодна для внедрения в медицину, должны выполняться два основных требования. Первое: необходимы такие препараты адресной доставки бора, которые обеспечивали бы накопление его в опухолевых клетках в достаточно высокой концентрации, в несколько раз превосходящей содержание его в рядом расположенных здоровых тканях.  Второе: нужно создать пучок нейтронов с энергиями надтеплового диапазона, не быстрых, не медленных, а промежуточных.

Оказалось, что сгенерировать его очень трудно», — рассказывает Сергей Юрьевич Таскаев, ведущий научный сотрудник лаборатории БНЗТ, созданной в ИЯФ СО РАН в рамках проекта Российского научного фонда (РНФ). Кроме требования к качеству, существует еще требование к количеству: поток этих нейтронов должен быть достаточно большим. Терапию нельзя растянуть на много сеансов. Это обусловлено, в том числе, спецификой действия препаратов, доставляющих бор. Один раз можно «обмануть» организм, заставив его накопить это вещество, но во второй-третий уже сработают защитные механизмы и лечения не получится. Отсюда изначальное требование, которое было сформулировано еще 30 лет назад: БНЗТ надо проводить в течение примерно одного часа. Именно поэтому поток нейтронов должен быть достаточно большим.

В начале 90-х годов имеющиеся ускорители обеспечивали ток протонов в 10-30 раз меньший, чем требовалось. Необходимо было увеличить его, как минимум, десятикратно. Задача оказалась невероятно сложной. Ее удалось решить только через четверть века. В 2015 году практически одновременно на трех разных ускорителях был получен протонный пучок с требуемым током. Это высоковольтный ускоритель Динамитрон бельгийской компании Ion Beam Application для университета Нагоя в Японии, высоковольтный ускоритель Hyperion американской Neutron Therapeutics Inc. (ранее GT Advanced Technologies) и тандемный ускоритель ИЯФ СО РАН. Еще два проекта, которые, кажется, могут достичь такого уровня, работают с радиочастотными ускорителями - линаками. Их делают компания Mitsubishi для университета Цукубы и Hitachi для национальной онкологической клиники Токио. Таким образом, в ближайшее время должно появиться сразу несколько центров, каждый со своим уникальным ускорителем, и там начнется лечение пациентов с помощью бор-нейтронозахватной терапии. 
 
Разработка ИЯФ СО РАН называется «Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией». Его английская аббревиатура — VITA (читается как лат. «жизнь»). «Для решения задачи генерации нейтронов предложили использовать ускоритель очень необычной схемы. Был огромный риск, что вообще ничего не получится, – рассказывает Сергей Таскаев. – Нам пришлось пройти очень длинный путь. В 2003 году мы начали изготавливать установку, в 2007 она наконец заработала, но только в конце в 2015 был получен пучок протонов, с током, близким к требуемому».
 
Приступив к проекту, ученые не имели достаточного опыта. Его пришлось набирать, проходя через долгие периоды неудач, сомнений и пересмотра технических решений. Основное, что ставилось во главу угла — это выбирать из последних наилучшие, несмотря на трудности их реализации. Так, когда исследователи начинали, в одной очень авторитетной научной статье 2003 года было написано, что, конечно, лучшей мишенью для генерации нейтронов является литиевая, но, кажется, она практически нереализуема. Тем не менее, такая мишень была создана и успешно функционирует (причем, не только в Новосибирске).
 
Ускоритель для БНЗ-терапии

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией — проект сложный, разноплановый. В его реализации участвовало много сотрудников ИЯФ СО РАН, других организаций России и всего мира. Коллектив исследователей постоянно меняется в зависимости от задач, которые встают перед учеными. Новизна проекта привлекла к себе молодых, заинтересованных и амбициозных исследователей и, что немаловажно, достаточно большое финансирование. Установка разработана и изготовлена на средства различных грантов, сначала международных, а в последнее десятилетие — российских, прежде всего, в рамках федеральных целевых программ Минобрнауки России и крупного проекта РНФ.

«В декабре прошлого года мы получили на VITA стационарный протонный пучок с током 5 мА — по-видимому, максимум, доступный в текущей конфигурации установки. Этот результат доказывает, что такой тип ускорителя заряженных частиц имеет перспективы использования для БНЗТ, — рассказывает Сергей Таскаев. — 2015 год для нас был очень удачным. Мы перешли на такой режим, когда стабильно получаем протонный пучок и генерируем нейтроны. Недавно мы решились на то, чтобы совместно с японцами из клиники Университета Цукубы провести эксперимент— нужно было в течение недели обеспечивать непрерывный поток нейтронов. Результат получили, вроде, вполне предсказуемый — чем больше концентрация бора в больных клетках, тем лучше они гибнут под нейтронным излучением — но зато гарантированно подтверждающий качество ускорителя». 
 
Казалось бы, установка уже практически готова для того, чтобы начать вводить ее в медицину. Но тут возникает серьезная проблема. В нашей стране пока нет клиники, готовой начать внедрять новую методику. Гораздо привычнее через 10 лет купить все у японцев (которые, кстати, располагают не только государственными, но и частными деньгами).
 
«Если еще год назад мы не были уверены в успехе, поскольку не удавалось получать требуемый протонный пучок, то сейчас мы отчетливо понимаем, что можем сделать такой источник нейтронов для тех, кому он нужен. Но вряд ли в России кто-то сейчас готов вложиться в эту методику. Я вижу, что в ближайшие пять лет проведение терапии будет осуществлено где-нибудь за рубежом, и тогда наши клиники тоже захотят», — сетует Сергей Таскаев.
 
Тем не менее, ученые не теряют оптимизма. Перед самым новым годом облучили на установке мышей с привитыми опухолями — и это продлило животным жизнь. В первую неделю марта опять приезжают коллеги из Цукубы – будут пробовать новые препараты адресной доставки бора. Ученые делают новую нейтроногенерирующую мишень, создают систему формирования пучка нейтронов, идеальную для БНЗТ, совершенствуют конструкцию и режимы работы с целью создания установки, пригодной для реальной терапии.
 
«Мне бы хотелось, чтобы наша разработка все-таки дошла до медицинской практики. Но как это получится — не знаю. 15 лет тому назад хотелось сделать новый ускоритель. Вышло. Надеюсь, и дальше все получится», — говорит ученый.
 
Диана Хомякова

Источники

Маленькие ядерные взрывы в организме помогут победить рак
Наука в Сибири (sbras.info), 29/02/2016
Новосибирские ученые испытают новый метод лечения рака
Сибкрай.ru (sibkray.ru), 29/02/2016
Сибирские ученые предложили облучить опухоль мозга ускорителем
Российская газета (rg.ru), 29/02/2016
Ученые создадут ускорительный источник нейтронов для борьбы с раком
ИА Rambler News Service (rns.online), 29/02/2016
Новосибирские ученые нашли "ядерный" способ лечения рака
ИА УралИнформБюро (uralinform.ru), 01/03/2016
Новосибирские ученые будут лечить рак с помощью ядерного взрыва
Sibmeda.ru, 01/03/2016
Российские ученые проводят испытания нового метода лечения рака
Армянская Медиа Газета (gazeta-ar.ru), 01/03/2016
Новосибирские физики первыми в мире попробуют лечить рак с помощью ускорителя частиц
Сиб.фм (sib.fm), 01/03/2016
Новосибирские физики попробуют лечить рак с помощью ускорителя нейтронов
ИА Росбалт, 01/03/2016
Сибирские и японские ученые первыми используют ускорительный источник нейтронов для лечения рака
Km.ru, 01/03/2016
Рак будут лечить ускорителем частиц
Магнитогорский металл (magmetall.ru), 02/03/2016
Ученые из Новосибирска решили сражаться с раком при помощи ускорителя частиц
Новости Hi-Tech (android-robot.com), 01/03/2016
Российско-японские испытания нового метода лечения рака прошли успешно. "В России в эту технологию вкладываться никто не станет"
Между строк (mstrok.ru), 02/03/2016
Атомная война с раковыми клетками
Навигатор # Новосибирск, 02/03/2016
Новейшая методика: сибирские ученые предложили "взрывать" рак
Mir24.tv, 05/03/2016
В Академгородке разработали новую методику борьбы с раком
Повестка дня (agenda-u.org), 05/03/2016
Российские ученые предложили "взорвать" рак
Planet-today.ru, 05/03/2016
Российские ученые предложили "взорвать" рак
Новости@Rambler.ru, 05/03/2016
Взорву твою боль
Российская газета, 22/03/2016
Успехи в борьбе с раком. Обзор последних методов. Серия "Перспективная медицина"
Cont.ws, 21/03/2016

Похожие новости

  • 20/02/2019

    Новосибирские ученые исследовали воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) и Новосибирского государственного медицинского университета совместно с коллегами из Института ядерной физики им.
    933
  • 02/06/2016

    Новосибирские ученые успешно провели эксперимент по уничтожению опухолевых клеток с помощью ускорителя

    Ученым новосибирского Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН удалось уничтожить 99% опухолевых клеток в ходе эксперимента по лечению рака с помощью ускорителя для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). Об этом сообщил ведущий научный сотрудник лаборатории БНЗТ Сергей Таскаев.
    2027
  • 14/12/2018

    Что разрабатывают в новосибирском Академгородке?

    ​В Новосибирске проведены испытания искусственного сердца на основе дискового насоса. И это лишь одна из новостей, которые ежедневно приходят из институтов Сибирского отделения РАН.
    1163
  • 17/10/2019

    Наука на понятном языке

    ​Седьмой фестиваль Nauka 0+ охватил Новосибирскую область.  Научная десятидневка впервые шагнула из Новосибирска в районы области. Одним из главных событий первого дня фестиваля стало открытие в минувшую пятницу в ГПНТБ СО РАН интерактивной выставки научных достижений.
    292
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    3610
  • 20/09/2017

    Ученые ИЯФ СО РАН разрабатывают аппарат для лечения рака

    ​Аппаратная установка новосибирских ученых, в основе которой лежит метод захвата борнейтронной терапии, должна претерпеть еще множество испытаний и доработок, чтобы полноценно лечить людей, однако первые успехи у его создателей уже есть.
    1610
  • 23/08/2018

    Здесь создают здоровье нации

    ​Сегодня о проекте "Академгородок 2.0" говорят много: каким он станет, что войдет в его структуру, как это позволит развивать науку и главное - чем будет полезен людям? И только создание Биоцентра, кажется, не вызывает вопросов - необходимость разработки суперсовременных лекарственных препаратов очевидна даже обывателям.
    938
  • 03/02/2018

    Ученые новосибирского Академгородка представили новейшие достижения СО РАН

    ​​Перед Днем российской науки-2018 три крупнейших института СО РАН – Институт ядерной физики им. Будкера, Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт гидродинамики им. Лаврентьева  – открыли свои двери для посетителей.
    2717
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    619
  • 09/06/2018

    ИЯФ СО РАН предоставит площадку для лечения

    ​Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готов предоставить на своей территории площадку для лечения методом бор-нейтронозахватной терапии онкобольных, которым не помогают другие методы. Это должно быть временным решением до появления специализированной клиники, проект которой разрабатывается в Новосибирском государственном университете.
    1509