В России появится первая установка для бор-нейтронозахватной терапии рака

Ученые ИЯФ им. Будкера Сибирского отделения РАН в сотрудничестве с американской TAE Life Sciences разработали установку для бор-нейтронозахватной терапии рака. Первый образец уже отправили заказчику в Китай. Проект аналогичной установки для России поддержал премьер Михаил Мишустин и пообещал выделить 800 млн рублей на ее сооружение и подготовку к доклиническим испытаниям.

Идентификация бора

Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) — ​одна из разновидностей лучевой терапии, при которой введенный в организм изотоп бор‑10 в большом количестве накапливается в опухоли, которую затем облучают потоком нейтронов. Сечение захвата тепловых нейтронов у бора‑10 — ​около 3,85 тыс. барн, у большинства элементов оно меньше. Для сравнения: сечение нейтронного захвата у углерода‑12 — 0,0035, у лития‑6 — 945. После облучения происходит ядерная реакция, сопровождающаяся выделением большого количества энергии, и пораженные клетки практически взрываются. Сейчас разрабатывается новое поколение препаратов для адресной доставки бора‑10 в пораженные клетки, что должно многократно повысить эффективность БНЗТ.

Изначально экспериментировали с возможностями ядерных реакторов. Так, в 1970–1980‑е годы японский хирург Хироси Хатанака прямо в зале учебного ядерного реактора Hitachi оперировал пациентов с глиобластомами мозга — ​вырезал максимально возможную часть опухоли, затем вводил борокаптат натрия и облучал оставшуюся часть нейтронами. Таким образом Хатанака прооперировал более 200 человек.

Но реактор в больнице не поставишь, а операция прямо в зале реактора — ​это сложно и опасно. Кроме того, оказалось, что физические характеристики пучка реакторных нейтронов не очень подходят для БНЗТ. Нужны пучки гораздо меньшей энергии и намного более узкого спектра. Получить такие можно на ускорителе. «У ускорителей есть большие преимущества по сравнению с реакторами, — ​поясняет научный руководитель направления «Плазма» ИЯФ Александр Иванов. — ​Во-первых, его можно разместить прямо в больнице. Потом, он, естественно, гораздо менее опасен, чем ядерный реактор. И свойства испускаемого им потока нейтронов существенным образом отличаются от свойств нейтронов ядерного реактора. Для этой терапии нужны нейтроны со специфическими энергиями — ​не очень маленькими и не очень большими».

Проектов ускорителей для БНЗТ была масса: менялись типы (кольцевые и линейные), источники частиц, виды мишеней (бериллиевые и литиевые). Но достичь необходимых для терапии характеристик никак не удавалось. В 2010 году в Институте реакторных исследований Университета Киото (Япония) получили на циклотроне протонный пучок, направили его на бериллиевую мишень и добились необходимых характеристик от пучка нейтронов. Но оказалось, что при этом образуются не только терапевтические эпитепловые (промежуточные, с энергией от 0,5 эВ до 10 кэВ) нейтроны, но и мощный поток быстрых нейтронов, опасных для человека.

Установка на выздоровление

Принципиально новое решение в конструкции предложил ИЯФ СО РАН — ​ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией электродов и литиевой нейтроногенерирующей мишенью. При взаимодействии протона с ядром лития выделяется нейтрон и, как следствие, радиоактивный бериллий‑7. Его важно удержать внутри мишени. Ученым пришлось повозиться, прежде чем они подобрали условия, позволяющие ограничить его распространение. Для этого литий должен оставаться в твердом состоянии — ​его температура плавления 182 °C, поэтому требуется эффективная система охлаждения.

«Мы перепробовали много вариантов мишени, но именно с литием получаются нейтроны в нужном спектре. Кроме того, изменяя начальную энергию пучка протонов, можно регулировать энергию нейтронов. Начальная энергия протонного пучка на нашей установке — ​около 2,5 МэВ, а для терапии нужны эпитепловые нейтроны с энергиями порядка 10 кэВ», — ​рассказывает Александр Иванов.

Запустили установку в 2008 году, а в 2015-м на ней были достигнуты параметры потока нейтронов, необходимые для экспериментов на клеточных структурах и малых лабораторных животных. Эксперименты на мышах, которым в мозг была привита человеческая глиобластома, показали эффективность и безопасность метода. Разработчики постоянно улучшали параметры пучка нейтронов, но самый мощный рывок технология получила в 2019 году, когда ИЯФ и американская TAE Life Sciences (дочерняя компания TAE Technologies) начали проектировать прототип медицинской установки на основе ускорителя для китайской компании Neuboron Medtech.

Стабильный тандем

С TAE Technologies ИЯФ работает более 20 лет. В проекте ускорительной установки для БНЗТ TAE Life Sciences выступила партнером. «Перед нами встала задача создать коммерческий образец нейтронного источника, и лучшего партнера мы бы не нашли. Помимо финансового вопроса TAE Life Sciences взяла на себя сертификацию оборудования, разработку технических решений для медицинского устройства. Наше сотрудничество решило гигантское количество проблем и избавило нас от многих бюрократических процедур, — ​говорит Александр Иванов. — ​Ну и стабильное финансирование тоже важно. Ведь всем понятно, что если денег не хватает, их нужно добавлять. Промышленный партнер, если он заинтересован в конечном результате, решает все проблемы. Подходящего партнера в России мы найти не смогли».

В прошлом году первый коммерческий образец нейтронного источника отправили в Китай, там уже завершена сборка, и скоро установку запустят, а в сентябре-октябре этого года начнутся клинические испытания. Neuboron Medtech планирует сделать десятки подобных устройств для Китая. Потребность страны в центрах БНЗТ огромная. «По оценкам аналитиков, это порядка тысячи центров бор-нейтронозахватной терапии. В нашей стране, конечно, масштабы не те, но должны быть по крайней мере десятки или сотни таких клиник. В мире установок для БНЗТ пока мало: три ускорителя в Японии, один — ​в Финляндии. И вот скоро в Китае заработает пятый, наш, — ​перечисляет Александр Иванов. — ​Сейчас при поддержке председателя правительства Михаила Мишустина мы обсуждаем возможность создать первый нейтронный источник для Центра Блохина в Москве, а у TAE Life Sciences уже много заказов из США, Италии и других стран».

СПРАВКА

TAE Technologies (ранее Tri Alpha Energy) — ​частная американская компания, основанная в 1998 году для разработки безнейтронного термоядерного реактора. Создать прототип коммерческого реактора планируют к 2030 году. В 2017 году у TAE Technologies появилась дочерняя биотехнологическая компания TAE Life Sciences, которая специализируется на новых способах лечения рака, в основном бор-нейтронозахватной терапии.