Лечить раковые опухоли заряженными пучками протонов впервые предложил американский физик Роберт Р. Уилсон сразу после войны, в 1946 году. Он же высказал идею использовать для этой цели и другие частицы. Сейчас протонную терапию используют во всем мире для борьбы с онкологией. Про "другие частицы" известно куда меньше. Между тем набирает обороты лечение ускоренными ионами углерода.

Известно, что не все раковые опухоли поддаются химиотерапии, а некоторые виды рака мозга, легких, глаз нельзя оперировать. Тогда прибегают к радиотерапии - воздействию излучением. Рентгеновские лучи не годятся, потому что они поражают окружающие ткани. Лучше подходит гамма-излучение, которое позволяет добраться до опухоли, не сильно травмируя здоровые ткани. Основанные на нем установки - гамма-нож и кибер-нож - устроены таким образом, что множество гамма-лучей с разных сторон фокусируют на опухоли. Таким образом, ткани, где сходятся лучи, получают суммарную дозу.

В отличие от гамма-излучения, протоны заряжены, а потому взаимодействуют с веществом иначе: пронзая его, они не тормозят плавно, а передают большую часть энергии в конце пробега. Это означает, что основное воздействие частиц приходится на небольшой участок внутри тела. Зависимость поглощенной дозы от глубины пробега выражена кривой, которую впервые рассчитал английский физик Уильям Брэгг. Кривая для протонов оканчивается ярко выраженным пиком - пиком Брэгга. Его положением можно управлять, чтобы точнее нацелить пучок частиц в опухоль.

Экспериментально лечить протонами начали еще в 1960-е годы, приспособив для этого исследовательские ускорители. Протонную терапию освоили ИТЭФ в Москве, ОИЯИ в Дубне, ПИЯФ  в Гатчине. К началу 90-х на СССР приходилась почти четверть онкобольных в мире, облученных протонными пучками. Специализированные медицинские центры протонной терапии стали массовыми в последние десятилетия - с прогрессом ускорительной техники. Установки для лечения все еще громоздкие, занимают большой зал, но их теперь можно выпускать массово.

Углерод бьет точнее
Одновременно медики осваивают лечение ускоренными ионами углерода, у которого наблюдается аналогичный протонному пик Брэгга. Только в отличие от гамма-излучения и протонов, пучок ионов углерода почти не рассеивается, что дает ему преимущество с точки зрения баллистики. Кроме того, углеродный пучок надежнее, нежели другие частицы, убивает раковые клетки.

В отличие от здоровой клетки, раковая постоянно делится под влиянием сбоя программы, записанной в ДНК. Значит, ее нужно уничтожить. На помощь приходят пучки элементарных частиц. Достигнув молекулы ДНК, частица выбивает из нее электрон. Он реагирует с кислородом, водой и образует избыток активных форм кислорода. Эти вещества разрушают ДНК. Если разрывов мало или рвется только одна ветвь двойной спирали ДНК, то раковые клетки быстро восстанавливаются. Бывают опухоли, которые активно сопротивляется воздействию излучения, их называют резистентными. В этом случае ионы углерода действуют надежнее. Они сбрасывают энергию на последних четырех сантиметрах пробега и, словно острие скальпеля, перерезают обе ветви ДНК, образуя множественные повреждения в раковых клетках. При этом доза облучения требуется меньше, чем, к примеру, при лечении гамма-квантами.

Атом углерода заряжен нейтрально, и, чтобы его ускорить, надо буквально отодрать вращающиеся вокруг ядра пять или шесть электронов. Для этого нужно нагреть лазером графит до температуры в пять миллионов градусов. Затем ионы углерода необходимо ускорить до огромных скоростей в синхротроне, соответствующих энергии 400-500 мегаэлектронвольт (МэВ) на нуклон и в нужный момент направить по каналу вывода в камеру, где находится пациент.

Ускоритель на службе медиков
Первый медицинский центр для лечения пучками разных ионов, в том числе углерода, построили в 1994 году в пригороде Токио - Чибо. В 1997-м ионами углерода начали лечить онкологических больных на ускорителе GSI в Дармштадте (Германия). Теперь в мире работают 11 центров ионной лучевой терапии. Последний - MedAustron открыли в 2017 году в Австрии.

В России пучок ионов углерода для медицинских целей получали в ОИЯИ и ИТЭФ, но до массовой технологии дело не дошло. Проект центра ионной терапии разработали в ИЯФ СО РАН в Новосибирске, однако получить средства на него не смогли. Ближе всех к цели подошли физики из подмосковного наукограда Протвино. Используя имеющиеся ускорители, они смогли получить пучок частиц нужных параметров. Вместе с медиками из Медицинского радиологического научного центра в Обнинске ученые ИФВЭ проводят эксперименты по облучению опухолей у мышей. Сейчас завершают проектирование настраиваемой установки, где будет лежать пациент. При надлежащем финансировании уже в скором времени под Москвой может появиться первый медицинский центр ионной лучевой терапии. Об этом рассказал Юрий Антипов, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории ионной лучевой терапии ИФВЭ, выступая на открытом семинаре в Протвино 6 декабря. В конце ноября этого года Антипов с коллегами удостоились учрежденной НИЦ "Курчатовский институт" премии имени И. В. Курчатова за разработку технологии получения пучка ионов углерода для радиобиологических и медицинских целей.

Татьяна Пичугина

Похожие новости

  • 29/02/2016

    Микровзрывы в организме помогут победить рак

    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.
    3154
  • 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.
    857
  • 26/12/2017

    На очередной совет по реиндустриализации Новосибирской области вынесут проекты трех компаний

     На заседании также впервые планируется рассмотреть итоги реализации флагманского проекта программы — Медтехнопарка. — В настоящее время совместно с областными органами госвласти рассматривается ряд проектов, которые могут войти в число флагманских, — сообщил на заседании совета по развитию промышленности и предпринимательства при правительстве Новосибирской области врио замгубернатора Анатолий Соболев.
    393
  • 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.
    1095
  • 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.
    517
  • 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.
    1444
  • 02/11/2017

    Четыре проекта СО РАН войдут в программу реиндустриализации экономики Новосибирской области

    ​Как сообщил газете «Континет Сибирь» заместитель губернатора Новосибирской области Анатолий Соболев, в настоящее время в правительстве рассматриваются четыре новых потенциальных «флагманских» проекта.
    578
  • 26/12/2017

    Новосибирские физики придумали, как лечить рак рентгеном

    В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разрабатывается способ лечения раковых опухолей при помощи микропучковой рентгеновской терапии. «Утверждается, что если  рентгеновское облучение делать при помощи сеточки из маленьких рентгеновских пучков, то его эффективность растёт: вредные клетки уничтожаются, а полезные затрагиваются значительно меньше, — сообщает заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН, член-корреспондент РАН Николай Александрович Винокуров.
    495
  • 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.
    2346
  • 09/01/2018

    Ученые ИЯФ СО РАН планируют лечить рак с помощью электронной пушки

    ​Новосибирские ученые из Института ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН разработали электронную пушку. С ее помощью исследователи планируют лечить в том числе онкологические заболевания. Как сообщает сайт телеканала «Звезда», эффективность этого метода уже проверяли на животных.
    454