Идея такого метода возникла в 1936 году вскоре после открытия нейтрона. Учёные обнаружили, что у бора очень высокая вероятность взаимодействия с нейтронами, и сразу возникла идея направленной терапии с введением бора в организм. При облучении человека нейтронами они в основном будут взаимодействовать с бором, а в ходе ядерной реакции нейтрона с бором рождаются две тяжёлые частицы (ядра гелия и лития), которые содержат много энергии. Двигаясь, эти частицы разрушают всё на своём пути, но у них очень короткий пробег – всего 10 микрометров (примерно такого размера одна клетка в организме человека). Значит, у нас две задачи: адресно доставить бор в раковые клетки и придумать, где взять нейтроны для терапии.
Как адресно доставить бор?
Первые препараты доставки бора раковым клеткам: боркаптат натрия, борфенилаланин – уже давно разработаны. Однако работа над препаратами доставки бора не останавливается. Когда появятся более эффективные аналоги, то и эффективность терапии станет ещё выше. Борфенилаланин позволяет создать в опухолях концентрацию бора более чем в три раза выше, чем в здоровой ткани. Новые доставщики бора должны значительно повысить его концентрацию в раковых клетках, что повысит селективность воздействия нейтронов. Разработки таких препаратов ведутся в России и по всему миру.
Где взять нейтроны для терапии?
Первые эксперименты по бор-нейтронозахватной терапии проводились на ядерных реакторах, где нейтроны рождались в реакциях деления урана. В 1960-х годах в Японии была показана высокая эффективность этой терапии для не излечимых другими методами опухолей (глиобластомы мозга и метастазы меланомы). Со временем отношение к ядерным реакторам в мире менялось (особенно после Чернобыля и Фукусимы), поэтому строить ядерные реакторы для лечения людей не представляется возможным.
Возникла задача создать источник нейтронов на основе ускорителей. Нейтроны должны иметь низкую энергию, чтобы меньше повреждать здоровые ткани, но при этом такую, которая позволит им проникнуть внутрь тела. В ядерном реакторе нейтроны приходилось специальным образом отбирать для подобных задач, что требовало дополнительных действий. Используемые в терапии нейтроны называют эпитепловыми. Замедляясь внутри человека, они становятся тепловыми, и вероятность взаимодействия с бором резко возрастает. Также нужно, чтобы вместе с нейтронами летело как можно меньше гамма-квантов, которые будут повреждать здоровые ткани. Поток нейтронов должен быть достаточен, чтобы вылечить человека за однократный сеанс длительностью около получаса. Желательно, чтобы сам ускоритель был компактным и недорогим.
В конце 1990-х Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН предложил концепцию уникального ускорителя протонов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). Разогнанные пучки частиц направляются на литиевую мишень, и в ядерной реакции рождаются нейтроны низкой энергии, фон гамма-квантов при этом невысокий, что важно для терапии. Выбранный метод создания потока нейтронов оказался самым лучшим для такой терапии, что затем было признано в мире. В 2004 году в Новосибирске начали строить ускоритель, который в 2015 году достиг параметров, необходимых для лечения. В 2016 году ученые опробовали его на раковых клетках, а в 2017-м – на специально выращенных в Институте цитологии и генетики СО РАН мышах с раком головного мозга.
Столь длительное время освоения технологии производства нейтронов было связано с необходимостью решить несколько сложных проблем, одна из которых – литиевая мишень. Литий является химически очень активным элементом, в обычной атмосфере он быстро окисляется. При этом у него низкая температура плавления (180 °С), и под воздействием мощного пучка протонов он должен сразу расплавиться и испариться. Требовалось создать и проверить работоспособность уникальной мишени из очень тонкого слоя лития (меньше толщины человеческого волоса) и медной интенсивно охлаждаемой водой подложки, которая выдержит большой поток протонов. Раньше считалось, что такую мишень создать невозможно, но физики всё же взялись за эту задачу. Природа сделала исследователям подарок: в экспериментах оказалось, что время жизни мишени намного больше, чем прогнозировалось в теории. Изначально предполагалось, что для каждого пациента будет своя литиевая мишень и нужно будет её каждый раз менять, что увеличивало стоимость терапии и снижало число пациентов в день (разгон протонов происходит в вакууме, и замена элемента устройства – долгое действие). Однако эксперименты показали, что с помощью одной мишени можно вылечить до 300 пациентов, что стало настоящим прорывом!
Отличие данного метода лечения в том, что не требуется точно знать форму и размеры опухоли. Соединение бора само находит раковые клетки (в том числе метастазы), нейтроны взаимодействуют в основном с бором, что вызывает селективную гибель раковых клеток. Комбинация этих факторов приводит к высокой эффективности терапии.
Лечат ли людей с помощью БНЗТ сейчас?
В 2020 году ИЯФ СО РАН совместно с компанией TAE Life Science поставил ускоритель такого типа в Китай, а в октябре 2022 года в клинике города Сямынь были пролечены первые пациенты-люди. Китай стал второй страной, где используется эта терапия. Первой страной, начавшей клинические испытания БНЗТ на ускорителях, в 2020 году стала Япония.
В 2021 году правительство России поручило ИЯФ СО РАН оснастить ускорительным источником нейтронов НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина в Москве. Планируется, что в начале 2025 года ускоритель начнёт работу в Москве, и Россия окажется в небольшой группе стран, где используется эта высокоэффективная терапия. Пока в России в 2022 году ускоритель использовали для лечения опухолей у кошек и собак, и к настоящему моменту уже вылечили более 20 мохнатых пациентов.
Иллюстрация: Елена Рюмина
