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

  • 29/12/2017

    Топ-20 наиболее интересных разработок сибирских ученых в 2017 году

    На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-20  сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2017 года, размещенных на нашем портале.
    1808
  • 18/12/2015

    Разработка сибирских ученых: стволовые клетки против гепатита и диабета

    ​Ученые Сибирского отделения РАН научились направлять стволовые клетки, находящиеся в организме человека, на лечение болезней, в том числе диабета и гепатита С. Специалисты выяснили, что так называемые мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (МСК), находящиеся в спинном мозге, обладают уникальной способностью к миграции в больные участки тела и обеспечивают регенерацию поврежденных тканей.
    5167
  • 23/11/2015

    Новосибирские ученые разработали уникальные тесты экспресс-диагностики

    ​В Новосибирске планируют производить уникальные медицинские изделия и лечить от рака с помощью ядерных реакций. Вопрос, как всегда, в деньгах...В аптеках почти все, что красуется на витринах, импортного производства.
    1104
  • 05/02/2018

    Сибирская наука — людям

    ​В преддверии Дня российской науки, который отмечается 8 февраля, «Наука в Сибири» вспоминает самые яркие разработки сибирских ученых, направленные на то, чтобы сделать нашу с вами жизнь лучше — методики лечения опасных заболеваний; улучшенные сорта привычных овощей и адаптированные к сибирским условиям экзотические культуры, способные заменить лекарственные препараты; экологически безопасные технологии переработки отходов, способные решить «мусорный вопрос», и многое другое.
    1585
  • 29/12/2018

    Провожая 2018-й: об интересных, ярких и значимых исследованиях сибирских ученых

    ​Специалисты из лаборатории биоинформатики Института вычислительных технологий СО РАН разработали программное обеспечение для создания моделей организма человека и его частей, например сердечно-сосудистой системы.
    1537
  • 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.
    2552
  • 06/10/2015

    К ядерному синтезу

    ​Частная калифорнийская компания Tri Alphа Energy разрабатывает оригинальную установку для термоядерного синтеза, в которой для удержания плазмы используется "обращенное магнитное поле" (Field Reversed Conеguration).
    1565
  • 21/10/2019

    Как делают науку в Сибири

    Чем живет сибирская наука? Обычно мы слышим об ученых либо в связи с прорывными и особо интересными открытиями. Либо благодаря созданию новых научных объектов, таких как ЦКП СКИФ. Либо, как это ни печально, из-за каких-либо конфликтов.
    562
  • 07/10/2016

    Новосибирские ученые изготовят блоки аэрогеля для эксперимента

    ​Специалисты Института ядерной физики СО РАН и Института катализа СО РАН изготовят блоки аэрогеля для эксперимента CLAS12 Национальной лаборатории Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson National Accelerator Facility, США, Вирджиния).
    1567
  • 29/03/2016

    В ИХКГ СО РАН создали аппарат, который даст характеристику клеткам крови

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов.
    2775