УСКОРИТЕЛИ
ДЛЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ КЛИНИК-1
В марте этого года в Санкт-Петербурге состоялась XV Международная выставка-конгресс «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции». Как уже сообщалось в «НВС», по результатам конкурса-выставки Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН награжден Золотой медалью за разработку «Ускорительный комплекс для терапии рака протонными и ионными пучками» в номинации «Лучший инновационный проект в области технологии живых систем (биология и медицина)».
Протонно-ионный ускорительный комплекс — не единственная разработка Института ядерной физики для терапии рака.
Галина Шпак
По совпадению, именно в марте, но 2008 года, в институте была осуществлена генерация нейтронов на установке БНЗТ (бор-нейтрон-захватная терапия), и физики продемонстрировали возможность создания компактных ускорительных источников нейтронов, применимых для размещения в онкологических центрах и проведения нейтронозахватной терапии. Сама идея терапии основана на облучении пучком тепловых нейтронов опухоли, где предварительно накоплен препарат, содержащий бор. В результате поглощения нейтрона бором происходит атомная реакция с большим выделением энергии в раковой клетке, и клетка погибает. Нормальная ткань, не содержащая бора, при этом не повреждается.
Радиационная терапия известна давно. Однако различные элементарные частицы, используемые для лечения рака, обладают различной эффективностью. Так, тяжелые частицы — протоны, нейтроны и ионы — в несколько раз эффективнее, чем гамма-кванты или электроны.
— В нашем институте, — подтвердил заместитель директора по науке ИЯФ СО РАН Е. Б. Левичев, — одновременно развиваются два медицинских направления — «протонно-ионное» и «нейтронное».
— Евгений Борисович, насколько ценно «золото» выставки, полученное в Санкт-Петербурге? Кто-то заинтересовался проектом ИЯФ?
— Прежде всего, я, наученный опытом предыдущих публикаций, хотел бы сказать, что у нас в институте не лечат рак. Мы — физики, и можем создавать новые аппараты, которые, как мы верим, могут эффективно использоваться против онкозаболеваний. Но, все-таки, мы отдаем эти устройства врачам — радиологам, онкологам — и уже они, в клиниках, лечат больных.
Что же касается нашего проекта, то в прошлом году ИЯФ заключил контракт с китайской фирмой на поставку двух наших протонно-ионных комплексов в Китай. Предстоит серьезная работа. Завершение контракта по плану через четыре года. В новой большой установке, которую мы предлагаем, воплощены «ноу-хау», идеи и мысли, которые опробованы у нас ранее в ускорителях для физики высоких энергий. И это не первый случай в нашей практике, когда результаты работ по фундаментальной физике успешно применяются в промышленности, медицине, экологии, безопасности.
— Известно, что физики давно помогают медикам.
— Да, вы правы. Например, уже более 20 лет назад мы разработали цифровую рентгеновскую установку с такой низкой дозой облучения, что первый ее экземпляр был поставлен в московский Институт охраны здоровья матери и ребенка — исследование стало столь безопасным, что врачи используют его для беременных женщин, не боясь нанести вред плоду. Сейчас эти установки работают во многих клиниках России и за рубежом.
Что же касается радиационной терапии, здесь важно не только убить опухоль, но и сделать это так, чтобы не пострадали окружающие здоровые ткани. Причем, последнее столь же важно, как и первое. Иначе лечение одной опухоли может привести к появлению новых в облученной ткани. И эту задачу можно успешно решать с помощью тяжелых частиц — протонов или ионов, используя то, что они теряют максимум энергии в конце своего пути, не повреждая здоровые ткани и органы, сквозь которые частицы должны пролететь до опухоли. Можно сравнить такую частицу со снарядом, который взрывается прицельно в опухоли. Причем глубиной проникновения частицы-снаряда мы можем управлять, изменяя энергию пучка.
Для наглядности Евгений Борисович показал фотографию, на которой видно, как пучок попал в тело больного пациента и где произошел «взрыв».
— И злокачественная опухоль погибает! Этот перспективный метод начал развиваться в 60-х годах прошлого столетия, в том числе и у нас в России. Сохранились немногочисленные научные школы в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, в Москве, в Институте теоретической и экспериментальной физики, в Гатчине, Обнинске и еще нескольких местах. Работы эти проводились и у нас, и у них на огромных ускорителях, предназначенных для фундаментальных исследований, в «паразитном», так сказать, режиме, во время, свободное от выполнения основных физических экспериментов. Однако за рубежом, быстро оценив перспективность и эффективность метода, перешли к строительству специализированных терапевтических комплексов, способных «пропускать» до тысячи и больше пациентов в год. А у нас, увы, всё так и остановилось на уровне 60—70-х годов прошлого века.
Пальма первенства в строительстве онкологических клиник, основанных на протонных и ионных ускорителях, принадлежит Японии. В этой стране действует несколько медицинских центров, где используют протонную терапию и на потоке облучают больных. Работая вместе, физики и медики поняли, что в терапии злокачественных опухолей можно, кроме протонов, использовать ионы, которые еще в несколько раз эффективнее, чем протоны, и наиболее популярные — ионы углерода. Причем при облучении так называемых радиорезистентных (радионечувствительных) опухолей, которые не лечатся ни гамма-квантами, ни электронами, ни протонами, ионы могут помочь!
И в мире возникло новое направление — строительство комплексов для ускорения ионов. Подобные установки в несколько раз больше, чем протонные. Характерный периметр кольца протонной установки — 15-20 метров. Ионные ускорители тоже кольцевые, но с периметром уже 50-80 метров, поскольку ускорять и удерживать на орбите пучки тяжелых частиц труднее, чем легких. Это, конечно, достаточно сложное и дорогое оборудование, но когда представишь, что на такой установке можно вылечить до двух тысяч больных в год, забываешь и о размерах, и о стоимости машины, потому что каждая жизнь бесценна. В принципе, требуется строить специальные центры. Так вот, в Японии принята национальная программа. Главная ее цель — за пять лет построить десять ионных комплексов. Мы, Институт ядерной физики, приняли участие в изготовлении магнитов для первого такого комплекса.
— А как обстоят дела с подобными центрами в России?
— В настоящее время под руководством Федерального медико-биологического агентства РФ формируется Федеральная целевая программа «Создание федеральных высокотехнологичных центров медицинской радиологии». По неофициальным, но заслуживающим доверия, данным, в рамках этой программы начато финансирование проектных работ первого центра ядерной радиологии в г. Димитровграде под Москвой. И это хорошо. Однако конкурс на проработку проекта выиграла команда, ориентированная на использование оборудования бельгийской компании IBA. Это успешная компания, которая поставила в различные страны мира около 10 циклотронов для терапии рака с помощью протонов. Ирония заключается в том, что наши разработки в этой области интересуют китайцев, мы делаем оборудование для японских облучательных центров, обсуждается сотрудничество в этой области с Австрией, Швейцарией, США и Турцией. Да и сама компания IBA обратилась к нам с просьбой разработать для их циклотронов новые источники протонов с улучшенными параметрами! Но внутри России наши идеи особенного интереса не вызывают... Воистину, нет пророка в своем отечестве! Созданное нами оборудование будет использоваться в России в составе комплексов, поставленных бельгийской фирмой. И, естественно, по существенно более высокой цене.
— В чем состоит особенность вашего проекта по сравнению с уже существующими?
— Пучки тяжелых частиц — протонов или ионов — получаемые естественным путем, обладают большим фазовым объемом (это произведение поперечного размера пучка на угловую расходимость). Облучать же опухоль лучше тонким и острым пучком, заштриховывая ее, как карандашом. Чем тоньше карандаш, тем меньше вероятность повредить здоровую ткань на границе опухоли. В середине 60-х годов прошлого века основатель и первый директор института академик Г. И. Будкер предложил оригинальный метод уменьшения фазового объема пучка тяжелых частиц — «электронное охлаждение». Чтобы понять значимость этого предложения, стоит упомянуть, что, несмотря на все усилия, в мире реализовано всего два метода уменьшения фазового объема пучка тяжелых частиц, и один из них — наше электронное охлаждение, которое успешно использовалось и используется для фундаментальных исследований. Так вот, лет пять назад один из тех, кто в начале 70-х впервые реализовывал этот метод, тогда — аспирант, а теперь заведующий лабораторией ИЯФ
чл.-корр. РАН В. В. Пархомчук предложил использовать для «затачивания» карандаша-пучка ионов уже многократно проверенное электронное охлаждение. Посчитали, прикинули — вроде получается! Конечно, требуется дополнительное оборудование, но получаемые малые размеры пучка позволят резко уменьшить поперечное сечение многих систем, что в результате даст существенную экономию как в изготовлении комплекса, так и в его эксплуатации. А значит, можно снизить и стоимость лечения. Плюс — можно увеличить интенсивность пучка и уменьшить время облучения больших опухолей.
— Конкретно уже что-то сделано?
— Практически закончено проектирование, на большую часть оборудования существуют производственные чертежи. Изготавливаются ключевые элементы, в частности, заработала первая ступень комплекса — инжектор протонов и ионов, которые далее будут ускоряться в основном синхротроне.
— А что заказчики?
— Заказчики — частная китайская компания, владеющая несколькими госпиталями, в том числе онкологическими. Они решили заняться ионной терапией и после долгого выбора и непростых переговоров остановились на нашем проекте. Не в последнюю очередь, из-за новых идей, заложенных в нем. Честно скажу, не все идет гладко: из-за мирового кризиса у заказчика возникли проблемы с финансированием работ, но, учитывая, что статус этого проекта в Китае очень высок, а также его социальное значение, я надеюсь на благополучное разрешение возникших финансовых проблем.
— И все-таки, когда такие центры могут появиться в Сибирском регионе?
— Для этого необходимо сочетание трех факторов. Во-первых, разработчик физического оборудования комплекса, способный не только спроектировать и изготовить установку, но и подготовить соответствующий инженерный и технический персонал, а также, осуществлять обслуживание ускорителя. Это есть — ИЯФ готов взять все эти обязанности на себя.
Во-вторых, необходимо наличие медицинского персонала: радиологов, онкологов, медфизиков, которые могли бы, используя наше оборудование, проводить лечение пациентов. Этого, к сожалению, нет. В отличие от Дубны или Москвы, у нас нет специалистов, которые бы имели многолетний реальный опыт использования протонов или ионов для лечения новообразований. Однако у нас есть клиники, где облучают гамма-квантами. У нас есть качественные медицинские ВУЗы и факультеты. Рядом — Сибирское отделение Российской академии медицинских наук, высококлассные институты биологического и биохимического профиля РАН. Так что проблема подготовки медицинских кадров, как мне кажется, вполне решаема.
И, наконец, третий фактор — это финансирование. Повторюсь, что современные протонные или ионные комплексы для терапии рака недешевы. Их нельзя создать в инициативном порядке силами одного института. Для решения социальной и государственной проблемы онкологических заболеваний просто необходимо участие государства. И в нашем случае, прежде всего, участие региональных властей, поскольку, судя по растущей активности, вопрос оснащения протонными и ионными установками онкологических клиник в центральных областях России будет решаться. Новосибирск представляется в этом плане идеальным местом для создания такого центра, оснащенного самым современным оборудованием. Мегаполис и крупный транспортный узел, развитая инфраструктура, высокая концентрация современной науки и технологии, собранная в одном месте. Я уверен, что, как уже не раз бывало, на стыке разных дисциплин — физики, биологии, биохимии, медицины — будут обязательно найдены новые, неожиданные и перспективные решения, методики и подходы.
— С медиками вы не контактировали?
— Контактировали, и не раз. Организовали даже через своих друзей совместную поездку по протонным и ионным центрам Японии. Реально практикующие медики консервативны. Наверное, так и должно быть, поскольку одно из основных правил врача — «не навреди». Однако где-то ведь должны появляться новые подходы к лечению...
— Так за что же, все-таки, ваш институт наградили Золотой медалью на выставке в Санкт-Петербурге?
— Первое место в конкурсе мы получили за идеи, вложенные в наш проект. Это и использование электронного охлаждения для уменьшения размеров пучка, и применение сверхпроводящих магнитов, чтобы сделать установку облучения меньше и дешевле, и модульный подход, когда сначала создается относительно небольшой и недорогой протонный комплекс, а затем развивается в ионный, и многое другое. Идеи сейчас дорого ценятся. И для реализации этих идей мы готовы сотрудничать со всеми, кто хотел бы участвовать в решении проблемы раковых заболеваний.
Фото В. Новикова
стр. 8
|
