Как ядерная медицина шагнула от тотального облучения к точечной терапии

Термин «ядерная медицина» прочно вошел в оборот в середине 2000‑х, хотя методы радиационного воздействия на раковые клетки известны давно. В СССР к концу 1980‑х было 20 отделений радионуклидной терапии на 2 тыс. коек. Но в то время лечение скорее напоминало ковровые бомбардировки организма гамма-излучением. Сейчас микроскопические источники приспособлены к прицельной терапии. А число радиофармпрепаратов на основе новых изотопов стремительно растет.

Протон как универсальное лекарство

Методы ядерной медицины во второй половине ХХ века заключались в разрушении раковой опухоли направленным пучком частиц. Вот только облучению подвергались все клетки, находящиеся на пути гамма-излучения. К концу 2010‑х эта технология преобразовалась в 3D-конформную лучевую терапию: источник снабжается сложно устроенным коллиматором, который фокусирует пучок по форме опухоли. Форму определяют, введя в организм пациента радиофармпрепараты. Они оседают в пораженных клетках и светятся при исследовании на однофотонном эмиссионном компьютерном томографе (ОФЭКТ).

На вооружении у медиков есть и другие установки — ​например, гамма-нож (радиохирургический аппарат для операций на головном мозге и других неподвижных органах, которые можно зафиксировать), кибернож (лечит опухоли любой локализации, в том числе в движущихся органах, таких как легкие). Они концентрируют пучок на хирургически недоступную опухоль, он воздействует строго на мишень.

Достижение сегодняшнего дня — ​терапия протонными пучками. Важное свойство протонов — ​максимальная потеря энергии у них наблюдается в конце трека. Соответственно, ткани, через которые проходит протонный пучок, получают меньшую дозу, чем те, где он останавливается. Но оборудование для протонной терапии сложное и дорогое — ​в России не больше 20 аппаратов. Это связано в том числе с тем, что сам аппарат бесполезен, если рядом нет центра, производящего короткоживущие источники излучения.

«Русатом Хэлскеа» (дивизион, аккумулирующий экспертизу «Росатома» в области здравоохранения) к 2025 году намерен создать федеральную сеть ПЭТ-центров. В Уфе, Липецке, Иркутске и Обнинске завершился первый этап их строительства.

Познакомить нуклид с молекулой

Еще один шаг в борьбе с раком — ​таргетная радионуклидная терапия. Это когда облучение проводится не извне, а непосредственно в пораженной клетке. Но как не ошибиться маршрутом и доставить микроисточник точно в опухоль? Для этого требуется хелатор — ​химическое вещество, способное связываться с нужной клеткой и при этом несущее радионуклид. Хелатор захватывает пораженную клетку с помощью специфических мембранных антигенов. Такой метод еще называют брахитерапией (см. словарь).

«Выяснено, что в раковой клетке экспрессия антигенов в 200 раз выше, чем в здоровой. Таким образом, используя таргетную радионуклидную терапию, мы воздействуем именно на раковые клетки, практически не задевая здоровые», — ​объяснила Анжелика Моисеева.

Яркий пример метода — ​радиойодтерапия (см. словарь). Ее используют, например, при лечении рака щитовидной железы. Исследования показывают, что на первой стадии рака после применения радиофармпрепаратов на основе изотопа йод‑131 выживаемость пациентов через пять лет после процедуры — ​100 %, на второй стадии — ​99 %, на третьей, запущенной, — 76 %. Что примечательно, РФП с изотопами йода — ​это обычная таблетка, которую принимают перорально.

РФП на основе изотопа радий‑223 накапливается в организме, как кальций, — ​преимущественно в костях. Следовательно, он позволяет бороться с образованием метастазов в костных тканях. После лечения 82‑летнего пациента с раком предстательной железы и метастазами в костях препаратом Xofigo (хлорид радия‑223) распространение патологического антигена существенно сузилось, а качество жизни больного существенно выросло, привела пример Анжелика Моисеева. Выживаемость после операции превысила 19 месяцев, тогда как до лечения речь шла о днях, максимум неделях.

Однако большинство РФП накапливаются в организме неспецифически, то есть не там, где это нужно для лечения. Например, препарат на основе изотопа лютеций‑177 требует особой молекулы, которая работает как «такси». Такую молекулу разработали в МИФИ и назвали PSMA‑617. Это специфический мембранный антиген раковых клеток простаты. PSMA‑617 оснащена «крючком»-хелатором, который цепляется за белки на пораженных клетках. После трех курсов 177Lu-­PSMA‑617 у 61‑летнего пациента с карциномой предстательной железы с метастазами в костную ткань резко снизилось число пораженных клеток в предстательной железе и в местах образования метастазов.

«Это прорыв отечественной радиофармтерапии, поскольку эксперименты с лютецием начали производить всего два года назад, а сам лютеций‑177 был зарегистрирован только в 2018 году», — ​подчеркнула Анжелика Моисеева.

Сократить пробег

У лютеция‑177 есть недостаток. Этот изотоп испускает внутри организма бета-частицы с пробегом до 12 мм. Они задевают соседние клетки, те гибнут не без последствий для организма в целом. Такие препараты вводят пациентам, у которых мало шансов на выживание без внешнего вмешательства. Но у ученых и медиков имеются идеи РФП на основе альфа-излучателей (пробег — ​десятки микрометров) и оже-электронов (десятки нанометров). Оже-эффект — ​безызлучательный переход электрона с внешней оболочки на внутреннюю при наличии в атоме вакансии.

Еще одна актуальная задача — ​совместить терапию источниками излучения с мониторингом результата действия РФП на компьютерном томографе. «Здесь идеальным радионуклидом является йод, который без создания для него особых векторов накапливается в нужных тканях, — ​рассказала Анжелика Моисеева. — ​Наряду с йодом‑131, который используется для лечения, йод‑125 идеально подходит для ОФЭКТ-сканирования».

Перспективные изотопы

Совместить диагностические и терапевтические возможности РФП можно, если взять другие изотопы. В частности, диагностический изотоп галлий‑68 и терапевтический лютеций‑177 можно заменить на тербий‑152. Препарат 152Tb-PSMA‑617 позволяет не только лечить онкозаболевания предстательной железы и метастазы в костях, но и в реальном времени следить с помощью ОФЭКТ-сканера за поведением опухоли.

У тербия есть еще три изотопа, которые могут быть полезны в медицине. Тербий‑149 излучает альфа-частицы и позитроны (а значит, позволяет одновременно лечить опухоли и показывать ход лечения), тербий‑155 испускает мягкие гамма-­кванты, которые можно использовать при ОФЭКТ-сканировании, а тербий‑161 терапевтически является полным аналогом лютеция‑177. «Тербий‑155 и тербий‑161 могут стать полной тераностической парой», — ​считает Анжелика Моисеева.

Помимо тербия потенциально перспективны для ядерной медицины изотопы меди, тулия и других элементов. Работа над их получением, очисткой и созданием РФП идет полным ходом.

Отложенный эффект

Поиском новых изотопов и путей их доставки повестка завтрашнего дня в ядерной медицине не исчерпывается, рассказала Анжелика Моисеева. В этом году Нобелевская премия была присуждена за развитие биоортогональной и клик-химии (см. словарь). По сути, это двухфазная радиотерапия: сначала в организм вводят вещество, которое постепенно оседает в клетках нужной ткани, а на втором этапе применяют ударный механизм — ​вводят радионуклиды, они мгновенно связываются с клетками первого вещества и оказывают терапевтическое воздействие. Излечение происходит буквально в один клик. Промахнуться и ударить по здоровой клетке в этом случае практически невозможно.

Много разработок в сфере терапевтического использования наночастиц и нанокапсул, которые специфически распределяются в организме и во многом сродни раковым клеткам. Но это пока вопрос отдаленного будущего.

>40 млн

диагностических и терапевтических процедур ядерной медицины проводят в мире ежегодно

>10 тыс.

медучреждений по всему миру используют радиоизотопы для диагностики и лечения

СЛОВАРЬ

Брахитерапия — ​метод локальной или внутритканевой лучевой терапии, основанный на временном или постоянном внедрении источников излучения в пораженный орган. Первая операция брахитерапии злокачественной опухоли предстательной железы с использованием полностью российских микроисточников йода‑125 состоялась в Медицинском радиологическом научном центре им. Цыба в Обнинске.

Радиойодтерапия — ​тип лучевой терапии, источником излучения в которой является радиоактивный йод.

Тераностика — ​новое направление в ядерной медицине, комплексный подход к задачам диагностики и терапии пациента.

Клик-химия — ​метод мгновенного и надежного получения нужных химических веществ путем соединения микроэлементов.

Биоортогональная химия — ​класс химических реакций, которые способны протекать внутри живых систем, не мешая естественным биохимическим процессам.

Интересуетесь последними научными достижениями в области медицины? Научно-просветительская платформа Homo Science рассказывает о различных технологиях, привлекая ученых и блогеров, которые обладают нужными знаниями.