Физики планируют в 2022 г. завершить работы по модернизации ускорительного источника нейтронов для проведения бор-нейтронозахватной терапии
- 29.04.2019
В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) завершился очередной этап модернизации ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). В результате проведенных работ ток протонного пучка увеличили с 5 до 8,5 мА (миллиампер) – в будущем это позволит снизить почти в два раза время облучения пациентов. К 2022 г. специалисты ИЯФ СО РАН планируют подготовить ускорительный источник нейтронов к проведению предклинических испытаний. К этому же времени биологи Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН) рассчитывают закончить один из этапов создания отечественного препарата адресной доставки бора, необходимого для лечения онкологических заболеваний методом БНЗТ. Работа новосибирских физиков поддержана грантом РНФ и на настоящий момент носит только исследовательский характер.
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) – это способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей. В кровь человека вводится борсодержащий раствор, после чего бор накапливается в раковых клетках. Затем опухоль облучают потоком эпитепловых нейтронов, ядра бора поглощают нейтроны, происходят ядерные реакции с большим энерговыделением, в результате больные клетки погибают. Методика проверена на ядерных реакторах, которые использовались в качестве источника нейтронов, но внедрение БНЗТ в клиническую практику на них затруднительно. Для этих целей больше подходят ускорители заряженных частиц, потому что они компактны, безопасны и обеспечивают лучшее качество нейтронного пучка.
Введение наркоза лабораторному животному. Фотография А. Макарова.
Идея источника эпитепловых нейтронов на основе нового типа ускорителя заряженных частиц – ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой нейтроногенерирующей мишенью – была предложена в ИЯФ СО РАН в 1998 г., после чего здесь же была создана установка и получен первый пучок нейтронов. Высокое качество пучка было подтверждено экспериментами на клеточных культурах и лабораторных животных.
«Эффективность работы метода в отношении опухолевых тканей показали эксперименты на клеточных культурах и лабораторных животных (мышах), – рассказал заведующий лабораторией медико-биологических проблем бор-нейтронозахватной терапии НГУ, врач-нейрохирург, онколог, кандидат медицинских наук Владимир Каныгин. – В ближайшее время будет решен вопрос об облучении более близких человеку по физиологическим параметрам млекопитающих, а именно кошек и собак. Этап предклинических работ также планируется провести на базе лаборатории медико-биологических проблем БНЗТ НГУ при участии ряда крупных научно-исследовательских организации Новосибирска и Москвы».
Недавно в ИЯФ СО РАН был завершен очередной этап модернизации ускорительного нейтронного источника для БНЗТ, который позволил улучшить параметры пучка. Конечная цель подобных работ – достижение технических характеристик, требуемых для проведения бор-нейтронозахватной терапии в клинических условиях.
«После изучения физических процессов и модернизации ускорителя мы увеличили ток протонного пучка в два раза, достигнув значения, с которым можно проводить терапию за рекомендованное время меньше одного часа», – прокомментировал ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией БНЗТ НГУ, доктор физико-математических наук Сергей Таскаев.
Проект ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой нейтроногенерирующей мишенью ИЯФ СО РАН нацелен на создание пучка нейтронов наилучшего качества, минимально повреждающего здоровые ткани. Технические и физические решения, реализованные в установке Института, позволяют формировать пучок с максимально малым количеством быстрых и медленных нейтронов, которые и рождают вредное излучение. Здоровые клетки все равно получают дозу облучения, но она не является губительной для них. В рамках гранта РНФ специалисты ИЯФ СО РАН планируют довести остальные физические параметры ускорительного нейтронного источника до необходимого для проведения бор-нейтронозахватной терапии уровня.
«Мы планируем, что к концу четвертого года работы в рамках гранта РНФ установка будет подготовлена к сертификации для предклинических испытаний», – добавил Сергей Таскаев.
У методики БНЗТ есть две сложнейших научно-технических задачи, которые нужно решить. Первая – создание надежного компактного источника нейтронов с нужными характеристиками. Вторая – разработка подходящего способа доставки атомов бора-10 в поврежденную ткань. В России решением последней занимаются многие научные группы и в том числе специалисты ИХБФМ СО РАН. Они ведут разработку отечественного бор-10-содержащего препарата по трем направлениям, но конечная цель одна – создание препарата, который с высокой эффективностью будет доставлять бор в клетки опухоли.
Ускоритель БНЗТ ИЯФ СО РАН. Фотография А. Макарова.
«Проблема разработки новых препаратов стоит достаточно остро. В мире существует всего два препарата для БНЗТ – борфенилаланин и боркаптат, – рассказал заведующий лабораторией биотехнологий ИХБФМ СО РАН, кандидат биологических наук Владимир Рихтер. – Новые препараты должны эффективно доставлять бор в опухолевые клетки и, минуя здоровые ткани, создавать в них максимальную концентрацию этого вещества. В нашем институте в сотрудничестве с лабораторией доктора химических наук Владимира Шелковникова (Новосибирский институт органической химии им. Н.Н Ворожцова СО РАН) по этому направлению работают три лаборатории. Специалисты исследуют возможности трех различных кандидатов на роль носителя бора – молекулы белка альбумина, аптамеры (короткие последовательности нуклеиновых кислот) и бактериофаги. В ближайшие три года мы надеемся создать препарат, который связывается с глиобластомой с гораздо большей эффективностью, чем имеющиеся зарубежные аналоги».
На данный момент в мире реализуются пять проектов по созданию специализированных клиник для лечения рака с помощью БНЗТ – три в Японии, одна в Китае, которая делается совместно ИЯФ СО РАН и американской компанией TAE Life Sciences, и одна в Финляндии. «В рамках программы развития Новосибирского научного центра «Академгородок 2.0» обсуждается возможность реализации проекта «Технология бор-нейтронозахватной терапии онкологических заболеваний», целью которого является внедрение в медицинскую практику уникальной технологии для борьбы с неизлечимыми формами рака, – добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Игорь Шиховцев. – Реализация проекта подразумевает создание типового центра БНЗТ, уникального генератора нейтронов для его оснащения, отечественного бор-10-содержащего препарата для БНЗТ и подготовку кадров по этому направлению – медиков и медицинских физиков».