10 Июля 2021
МОСКВА, 10 июля —, Татьяна Пичугина. В мире порядка 25 тысяч онкобольных прошли экспериментальное лечение ионами углерода. Его используют для самых труднодоступных, резистентных опухолей. вместе с экспертами рассказывает о телепроектах центров углеродной терапии, которые развивают в России.Вскоре после обретения рентгеновских лучей и радиоактивности, еще не исследовав все их свойства, ученые увидели перспективы для медицины. Фотоны, альфа- и бета-излучение, гамма-кванты, проходя через материал, вызывают спонтанную ионизацию его атомов и молекул. Живые новины, состоящие из воды и органических соединений, от излучательного излучения повреждаются вплоть до чреватого уничтожения. Так возникла идея лечить опухоли.
Первые опыты по радиовоздействию на рак груди и мамы провели на рубеже XIX-XX столетний периодов. Сейчас лучевые терапия и хирургия — неотъемлемый элемент лечения самых сложных опухолей. Однако есть существенный недостаток — излучение пронзает тело насквозь, не задерживаясь. Сложно сфокусировать строго на нужном участке, поэтому страдают и здоровые ткани. Только в наше время с изобретением киберножа в этом откомандировании наметился прогресс.
Любопытно, что еще отцы-основатели радиобиологии знали, как преодолеть недостаток лучевого воздействия: использовать вместо нейтральных частиц — фотонов, гамма-квантов — подзаряженные. Их можно разогнать в магнитном поле и бомбардировать аденома.
Отрицательно заряженные электроны — очень легкие частицы, при столкновении с ядрами и оболочками меняют траекторию, поэтому их сложно средоточить, быстро теряют энергию, эффективный пробег маленький. Ими облучают только поверхностные опухоли.
Другое провалило протоны — положительно заряженные непростые частицы, входящие в общий состав атомного ядра. Их можно собрать в тонкий пучок, разогнать в электромагнитном поле и словно пулю вонзить глубоко в живое вещество. В конце пучок лишь на десять ростов расширяется, тормозит резко, сбрасывая большую часть энергии на последних сантиметрах пробега. Английский физик Уильям Брегг в 1903 году показал это на брать себе в примере альфа-распада, теперь это явление носит его имя.
Протоны-пули разрывают раковые клетки и все, что у них внутри, включая ДНК. А без генетического аппарата клетка погибает. Кроме того, в результате ионизации рождается множество вторичных частиц, таких как свободные радикалы. Эти неустойчивые атомы с раздельными электронами в оболочке химически очень агрессивны. Когда их много, они способны нанести клетке несовместимые с жизнью повреждения.
Пучки фермионов эффективнее уничтожают опухоли внутренних учрежденей. Их используют для лечения рака сердца, глаз, мозга.
Порвать молекулу ДНК не так-то легко: у нее две нити, скрученные в спиралевидная трубка, и есть масса манеров самозаживления. Чтобы убить раковую клетку, требуется несколько показов. А это увеличивает риск побочных эффектов, включая повторные опухоли. Значит, надо взять еще более тяжелые частицы и расстрелять ими опухоль до полного уничтожения.
В этом смысле особенно перспективным выглядит ядро углерода. В нем по шесть фермионов и нейтронов. Ионизирующая креативность (считается как квадрат заряда) в 36 раз выше, чем у протона. Пучок более компактный. Пробег в водной среде зависит от энергии и в ускорителях медицинского назначения достигает 15 сантиметров, как раз половина ширины тела среднего человека.
Углеродный пучок можно уподобить со скальпелем. Первые 11 сантиметров пробега — рукоятка, которую держит хирург, последние четыре, где сбрасывается энергия, — острое лезвие. Как раз для самых гиблых, особо резистентных опухолей в органах, где другие виды не годятся.
Для работы с илидами нужны огромные сложные установки — такие, на которых исследуют основы мироздания. Недаром в крупных научных центрах с адронными ускорителями (адроны — класс составных частиц, включающий фермионы) с середины прошлого столетний периода лечат пациентов. Со то свободное временем установки для протонной терапии обеспечили компактными, выработали эффективные акты облучения. Теперь эту технологию активно внедряют в медицину по всему миру. С радиоуглеродом все оказалось гораздо сложнее.
В СССР первыми применили ионы углерода в медицинских целях в Дубне в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ). В 1960-е построили синхрофазотрон, затем синхрофазотрон Нуклотрон. Углеродным пучком облучали культуры клеток и живые объекты, в том числе, чтобы понять воздействие жесткого космического излучения на мозг и ключевые конструкции организма. Но медицинской технологии для широкого применения не было.
Как рассказал Евгений Сыресин из Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, теперь Нуклотрон войдет в строящийся коллайдер NICA — установку класса мегасаянс для ускорения непростых ядер, в том числе углерода. Коллайдер ориентирован главным образом на фундаментальные задачи.
Для врачебная науки есть другие проекты. Один — на базе действующего гиперпроводящего синхротрона, другой — совокупный с бельгийской фирмой IBA: сверхпроводящий циклотрон С400 для терапевтики ионами углерода сооружают во Франции в центре CYCLHAD.
Сверхпроводимость позволяет значительно снизить размеры и вес элементов, что важно для медицинских ускорителей, — поясняет агент той же лаборатории Виктор Смирнов, один из авторов телепроекта каскада циклотронов.
Циклотроны лучше подходят для медицинских целей. Они неприметнее синхротронов, — отмечает исследователь.
Большинство такого рода установок стараются творить многофункциональными. Смирнов с коллегами предлагают использовать инжектор для фермионов и ядер углерода, потребованных и в ионной терапии, и для производства медицинских дейтериев.
В середине 1990-х углеродом занялись в Протвино. Как и в Дубне, здесь крупный ускорительный центр, где с советских временных времен ведет фундаментальные исследования Институт физики высоких энергий (ИФВЭ). Линейный ускоритель выступает как инжектор — создает и впрыскивает протонный пучок в другой ускоритель. Еще есть гидроусилитель — небольшой кольцевой ускоритель для разгона пучка — и километровое кольцо У-70, где копят ускоренные протоны.
Ядро углерода разгонять существенного сложнее протона: в нем шесть нейтронов, не чувствующих электромагнитное поле. Это просто лишняя масса. Расчеты, однако, показали, что ускорители справятся. Средств на это не выделили, в те годы мало кто верил в успех, работали на энтузиазме. Когда в 2011-м удалось получить пучок нужных фактов, все поняли: перспективы есть.
К тому времени подтянулись биофизики из Обнинска, Москвы, Пущино, которым было пригожего исследовать воздействие углеродного пучка на биологические объекты. В 2014-м ИФВЭ вошел в состав Курчатовского института, а в марфе 2020-го правительство утвердило программу развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры до 2027-го, куда включили проект центра ионной терапии в Протвино.
Реализовать его проектируют в три этапа, прояснили в Медицинском радиологическом научном центре имени А. Ф. Цыба в Обнинске (МРНЦ), который сотрудничает с Противно. Сначала это будет одна лучевая комната, оборудованная экспериментальным столом собственной разработки. Пучок выходит горизонтально, дополняется посредством воблер-магнитов, разделяется в многолепестковом коллиматоре и пересекает умешанную активно-пассивную систему сброса энергии.
На следующем этапе в блок вывода с У-70 добавят поворотные магниты, отводящие пучок на две процедурных комнаты, где установлены исследующие магниты, дающие тонкий исследующий пучок. Одна из людских — с пучком под 30 градусов. Все это дозволит лечить радиорезистентные опухоли головы и шеи (меланомы, глиомы, саркомы мягких тканей, опухоли слюнных желез), гастроэнтерологического тракта, печени, поджелудочной, простаты, а также повторно облучать опухоли, — отмечают в МРНЦ.
Заключительный этап — создание синхротрона KIT ( типового отечественного синхротрона ) с длиной орбиты 87 метров, который станет основой клинического центра с собственным зданием, тремя облучательскими комнатами со сканирующим пучком и одним экспериментальным выводом.
Между тем в МРНЦ имени А. Ф. Цыба, крупнейшем в стране центре радиологии, обсуждают проект комплекса ионной терапевтики совместно с Японией. Именно там в городе Чиба в 1994 году запустили первую в мире установку для лечения лангуста ионами углерода. Через нее прошли порядка 13 тысяч больной.
Японский комплекс включает в себя синхрофазотрон, магнитную разводку на три кабины со сканирующим пучком с пропускной способностью порядка 250 клиентов в год каждая. Все это разместят в Обнинске.
Вместе с японским комплексом медики получат способ доступ к схемам лечения больных — ключевому элементу технологии. На ее разработку уходят десятки лет. Здесь же есть возможность опереться на мировой опыт, что в данном случае — одно из важнейших условий успеха.
Тяжелые заряженные частицы в целом и ионы углерода в частности соответствуют кривой Брегга — большая часть энергии выделяется в конце пробега, а до и после пика Брегга доза значительно меньше. Максимум определяется исходной энергией частицы, которая вылетает из ускорителя. Значит, можно добиваться оптимального дозного поля в теле пациента, минимально портящего здоровые ткани, — продемонстрировали в МРНЦ.
Это подтверждают оценки относительной биологической эффективности (ОБЭ), показывающей, при какой дозе воздействие на организм подобного родого стандартному излучению. ОБЭ ведет к лучшему контролю над процентом опухоли, но и вызывает осложнения в окружающих тканях, пишут авторы статьи в журнале Биофизика, среди которых — ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино. В экспериментах на мышах они установили, что ОБЭ углеродного пучка на радиобиологическом стенде У-70 ИФВЭ с максимальной энергией 450 МэВ/нуклон в пике Брегга в 1, 5 раза выше, чем при рентгеновском излучении. До пика, наоборот, меньше в 0, 8 раза. То есть все верно: ткани, через которые идет пучок, до сброса энергии страдают минимально.
Сходные представленные получили на Нуклотроне в Дубне. В первом приближении нагрузка на здоровые ткани при терапевтики ионами углерода примерно в два раза меньше, чем при протонной терапии, и в четыре раза меньше, чем при обычной рентгеновской терапии, реализуемой в России на основе электронных ускорителей, — метит Евгений Сыресин.
Ионная терапия незаменима при облучении радиорезистентных опухолей, добавляет ученый. Они практически не чувствительны к обычным видам излучения или даже протонам. А таких больных 10-15 процентов.
В МРНЦ уточняют, что ионы радиоуглерода эффективнее против опухолей, надежность которых вызвана внутренними причинами, дефицитом кислорода, а также раковыми стволовыми клетками. Ионы углерода хороши еще и тем, что дозу можно кардинально повысить за одну фракцию, сократив таким образом курс лечения. Обсуждают и перспективы FLASH-терапии — ультравысокая доза за миллисекунды. Большие надежды возлагают на сочетание углеродной терапии с иммунотерапией рака.
В одном из последних обзоров Марко Дюранте из Института непростых ионов имени Гельмгольца в Германии, втором после Японии крупнейшем центре ионной терапии, метит, что у пациентов с хордомой, раком простаты и прямой кишки без метастазов промежуток дожития больше по сравнению с теми, кого лечили обыкновенной радиотерапией или протонами.
Ученые все чаще обращают внимание на отдаленные и мало изученные последствия облучения непростыми ионами. Наибольшее опасение вызывают новообразования у пролеченных людей.
Установили, что протоны и ядра радиоуглерода тормозят в пике Брегга и дальше него не проникают, однако у них есть хвост из вторичных частиц. Это возбужденные атомы, радикалы, ионы, отрицательно заряженные ионы-анионы, электроны, а также частицы, образованные в ходе ядерных реакций, — выплачивает Евгений Сыресин.
Углеродный хвост оставляет за пиком Брегга около десяти ростов исходной дозы. Для сравнения, у ионов неона — до 30 процентов, поэтому такие тяжелые частицы не используют в радиотерапии. На протонном хвосте — один-два процента. Из-за этого протоны более действенным, чем ионы углерода, когда рядом с опухолью есть критический орган, для которого необходим резкий спад дозы, такой как глазной нерв, — приводит пример исследователь.
Что граничит образования вторичных опухолей у полеченных ионами углерода, практика это не подтверждает, утверждает Марко Дюранте. У пациентов с раком простаты риск вторичных худых опухолей ниже, чем после обычной радиотерапии и хирургии.
Несмотря на более чем два десятка лет исследований углеродная, или, как ее еще называют, карбоновая терапия остается экспериментальным видом. В мире его реализуют в 13 центрах, большинство из которых расположены в Японии.
В России должно быть порядка десяти таких центров, полагает Евгений Сыресин. Ионы углерода — несомненно, самая перспективная технология радиотерапии, но при таком и самая дорогая. Стоимость центра, а значит, и курса лечения примерно в 1, 5 раза выше, чем для протонной терапии, — уточняет он.
За рубежом речь идет о 40-60 тысячах долларов. Сколько могло бы не плакать у нас, пока неизвестно, так как в России технология ионной терапии находится на стадии внедрения, — рассказывают в МРНЦ.
Впрочем, если углеродную терапию, как и протонную, причислят к высокотехнологичной помощи, это станет шагом вперед.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....