Под воздействием лучей: как зарождалась ядерная медицина

В XIX веке люди узнали о радиации и моментально решили приспособить ее к врачебному делу. Так на свет появилась ядерная медицина. Кого считать ее основоположниками? Претендентов достаточно. Наш постоянный автор подготовил синопсис для увлекательного фильма-исследования на эту тему.

Эпизод первый. Рука с кольцом и зарождение радиологии

Для начала забьем в поисковике запрос: «Что такое радиация?» Получим множество ссылок на определения, из которых можно сделать вывод: радиация — ​совокупность излучений; термин чаще употребляется для обозначения ионизирующего излучения. Следующий запрос: «Кто открыл ионизирующее излучение?» И тут залп имен. Пойдем по порядку.

8 ноября 1895 года Вильгельм Рентген провел эксперимент и обнаружил так называемые Х-лучи. В январе 1896‑го Рентген поведал о них Вюрцбургскому физико-медицинскому обществу и показал снимок руки своей супруги Анны Берты с обручальным кольцом на пальце. Сообщение мигом облетело мировое научное сообщество. Почти сразу после этого вышла статья о применении X-лучей в Англии. В лондонской больнице несколько месяцев лежал матрос, парализованный по необъяснимым причинам. Его спину просветили по методу Рентгена и увидели между позвонками инородное тело. После операции выяснилось, что это обломок лезвия ножа.

Буквально через несколько месяцев аппарат Рентгена скопировали больницы по всему миру. Десятки ученых день и ночь экспериментировали с Х-лучами, не зная, что занимаются новым направлением медицины — ​радиологией. В том же январе 1896 года стоматолог Отто Валькхофф в Брауншвейге вырезал из фотопластинки кружок, завернул его в светонепроницаемую бумагу и закрепил за рядами зубов. «Облучение ведется через щеку… 25 минут экспонирования были пыткой», — ​писал пионер-рентгеновец. Снимок запечатлел пульповые камеры и корни, сидящие в костях. Валькхофф постановил: «Эти лучи имеют в нашем деле большое значение».

В 1901 году за свое выдающееся открытие Вильгельм Рентген был удостоен первой в истории Нобелевской премии.

Эпизод второй. Мальтийский крест на фотопластинках

Открытие Рентгена привлекло внимание Антуана Анри Беккереля. Он решил разработать обратный метод. Поясним: в XIX веке обратимость научных явлений считалась вполне допустимой. Если ветер качает деревья, то и деревья могут, качаясь, нагонять ветер. Иными словами, если рентгеновские лучи заставляют фосфоресцирующий материал светиться видимым светом, то и видимый (солнечный) свет может заставить это вещество испускать рентгеновские лучи. Вот эту гипотезу и проверял Беккерель. 1 марта 1896 года, в день очередного эксперимента, стояла пасмурная погода. Беккерель отложил опыт и засунул запечатанные фотопластинки, соли урана и медальон в виде мальтийского креста в ящик стола. Как следует из официальной истории, на следующий день Беккерель проявил фотопластинки и увидел силуэт креста. Многие задаются вопросом: зачем проявлять пластинки, если соли урана лежали в темном ящике?

Есть такая версия. За 40 лет до описываемых событий капитан французской армии Клод Феликс Абель Ньепс де Сен­-Виктор пытался создать цветную фотографию. В 1857 году он изложил свои результаты в серии заметок для журнала Comptes rendus Французской академии наук: «Если рисунок, нанесенный на картон раствором нитрата урана… выполнен крупными штрихами, он будет воспроизводиться даже на расстоянии 2–3 см от чувствительной бумаги». То есть капитан сделал то же, что и Беккерель, но раньше. И не получил ни признания, ни славы. Знал ли Беккерель об опытах Ньепса де Сен­-Виктора? Многие уверены, что да. Позже Беккереля упрекали и в том, что он не упомянул работу своего предшественника.

Эпизод третий. «Маленькие Кюри» на фронте

Нобелевскую премию за открытие радиоактивности в 1903 году Беккерель разделил с Пьером и Марией Кюри. Их работы, в частности по радию и полонию, заложили основы для использования радиоактивности в медицине. Супруги заметили, что радиация убивает больные клетки. Излучение начали применять для лечения опухолей. Заодно радиацию стали рекламировать как средство от всех болезней. Например, статья в журнале American Journal of Clinical Medicine утверждала, что «радиоактивность предотвращает умопомешательство, пробуждает благородные чувства, отодвигает старость и дает прекрасную, энергичную, радостную жизнь». Это привело к появлению коммерческих продуктов, которые сегодня кажутся весьма экзотическими. Например, в 1920–30‑е годы были популярны ревигаторы — ​кувшины для воды, покрытые изнутри глиной с высоким содержанием урана.

Когда грянула Первая мировая война, французское правительство перестало поддерживать исследования Марии Кюри, и она занялась сбором денег на организацию рентгеновских отделений в госпиталях. Пожертвований хватило на 200 аппаратов. 20 поставили в фургоны, чтобы возить на передовую. Эти мобильные рентгеновские кабинеты назывались Petites Curies («Маленькие Кюри»), и Мария Кюри часто сама работала в них. Она же обучала сотни врачей пользоваться рентгеном.

От рентгена произошел томограф. В 1960‑е британский инженер Годфри Хаунсфилд и американский физик Аллан Кормак делали множество рентгеновских снимков человеческого тела под разными углами. Все изображения объединяли с помощью компьютерных алгоритмов в трехмерную картину внутренних органов. Первый медицинский компьютерный томограф собрали в больнице Аткинсона Морли в Лондоне в 1972‑м. В 1979‑м Кормак и Хаунсфилд получили Нобелевскую премию за разработку компьютерной томографии.

Эпизод четвертый. От мяса в супе до Нобелевской премии

Эта глава начнется с бытового детектива. Венгерский студент-химик Дьердь де Хевеши жил в недорогом пансионе. Как-то он заподозрил, что в мясной суп хозяйка кладет вчерашние объедки. Та все отрицала и уверяла, что готовит только из свежих продуктов. Тогда студент добавил в остатки своего ужина немного радиоактивных солей. Через несколько дней проверил «свежий» суп электроскопом. Экспертиза подтвердила справедливость обвинения. Под тяжестью улик хозяйка созналась, а де Хевеши понял, как еще можно использовать радиоактивность в изучении биологических объектов. Поливая растения солями свинца с радиоактивной меткой, он проследил их движение от корней к листьям. В 1923 году вышла статья «Поглощение и транслокация свинца растениями», которая открыла новую страницу в биологии и медицине.

С 1926 года де Хевеши работал во Фрайбурге. Там он продолжил эксперименты. Используя тяжелую воду, изучал обмен молекулами воды между золотой рыбкой и водой в аквариуме. Затем перешел на радиоактивный фосфор и измерил накопление фосфора в костях и зубах, скорость роста раковой опухоли у крысы и остановку роста опухоли при облучении.

Часто ученые испытывали свои методы на себе. Так де Хевеши и его коллега определили, что у них в организме содержится по 43 л воды. И каждые девять дней она обновляется на 50 %.

В 1943 году ученый получил Нобелевскую премию по химии за разработку принципа использования меченых атомов в изучении химических процессов.

Эпизод пятый. Спасительные изотопы и первый циклотрон

Сегодня нестабильные изотопы широко используют в медицине. Но даже в профессиональной среде мало кто знает пионеров радионуклидной диагностики и терапии. В этой главе мы расскажем об одном из них.

Директор клиники щитовидной железы при Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне Сол Герц использовал обычный йод для изучения нехирургического метода лечения гипертиреоза (это когда щитовидная железа вырабатывает избыточное количество гормонов). 12 ноября 1936 года он заглянул на лекцию в Вандербильт-холле Гарвардской медицинской школы. Президент Массачусетского технологического института Карл Комптон читал доклад на тему «Что физика может сделать для биологии и медицины». Герц спросил тогда: «Можно ли сделать йод радиоактивным?» Месяц спустя Комптон ответил в письме: «Йод можно сделать радиоактивным искусственным путем… Он испускает гамма-лучи и бета-лучи… Период полураспада составляет 25 минут». Речь шла о йоде‑128.

Эндокринологи знали способность щитовидной железы накапливать йод — ​Герц хотел знать, что случится с щитовидной железой, если йод будет радиоактивным. С письма Комптона все завертелось. В начале 1937 года молодой физик Массачусетского технологического института Артур Робертс подключился к этой теме. Первым делом, основываясь на работах Энрико Ферми, он придумал способ получать йод‑128 с помощью генератора нейтронов. Препарат вводили 58 кроликам. Все нужно было делать очень быстро из-за короткого периода полураспада йода‑128. Вскоре Герц и Робертс доказали, что с радиоактивным йодом можно изучать физиологию щитовидной железы.

Для клинических целей короткоживущий радиоизотоп не годился. Но в 1938 году на циклотроне в Калифорнийском университете Беркли Гленн Сиборг и Джон Ливенгуд синтезировали йод‑131 с периодом полураспада восемь суток. В 1940 году первый в мире циклотрон для медицинских целей построили в Массачусетском технологическом институте, и Герц с Робертсом воспряли духом. 31 марта 1941 года Герц ввел пациентке Элизабет Д. 77,7 МБк радиоактивного йода — ​впервые в мире. В следующие два года напарники пролечили новым методом 29 пациентов с гипертиреозом, и в 20 случаях радиойодтерапия принесла результат. Научная работа Герца на этом не закончилась, в историю ядерной медицины его имя вписано золотыми буквами, как и многие другие имена врачей и ученых.

Для красивого финала мы приберегли следующий факт: 31 марта, дата первой процедуры, сделанной пациентке Элизабет Д., считается Всемирным днем тераностики — ​терапии и диагностики в одном флаконе.