Вы здесь

Ультра-быстро и ультра-сильно

Российские физики создали новый вариант протонной терапии

Впервые предположение о том, что ускоренные протоны могут быть эффективным средством радиологического лечения онкологических заболеваний, было высказано американским физиком Робертом Уилсоном ещё в 1946 году. От начала проектирования циклотронной лаборатории в Гарварде до первых попыток облучать пациентов в Центральной больнице штата Массачусетс прошло пятнадцать лет.

 

 Достать недоступное 

 

1961 год считается официальным стартом применения метода протонной терапии в зарубежной клинической практике. Облучение злокачественных новообразований протонами показало хорошие результаты, особенно в тех случаях, когда опухоль находится в местах, труднодосягаемых для традиционной лучевой терапии: рак головного мозга, предстательной железы, позвоночника.   

 

В России протонная терапия рака заявила о себе позже, и развитие её было  нелинейным. Поначалу, в 1990-е годы, этот метод очень активно разрабатывался в ряде научных институтов, в те годы наша страна была даже  одним из лидеров протонной терапии в мире. Например, к концу 1990-х годов в Институте теоретической и экспериментальной физики РАН  пролечили на протонных пучках около 5 тысяч пациентов, что составляло тогда примерно 40% от общего числа таких пациентов в Европе!

 

Но затем случилась продолжительная пауза. Сегодня метод внедряется не так быстро, как хотелось бы онкологам и радиологам. Это объясняется его технологической сложностью: протонные ускорители (циклотроны и синхротроны) - оборудование сверхтяжёлое и дорогостоящее, на всю страну их не больше десятка, да и те в основном находятся на вооружении научных институтов физического профиля и по своим параметрам не оптимальны для использования их в медицинских целях. Мечта о том, что центры протонной терапии появятся в каждом регионе РФ, пока кажется несбыточной.

 

В то же время российские учёные уже (!) работают над оптимизацией методик протонной терапии, где главная задача - обеспечить высокую эффективность лучевого лечения опухоли при его максимальной безопасности для здоровых тканей. Такой проект реализуется, в частности, в лаборатории медицинской физики Института ядерных исследований Российской академии наук (г.Троицк). И первые обнадёживающие результаты на клеточных культурах уже получены. О том, какой научный прорыв совершили наши ядерщики, корреспонденту «МГ» рассказал руководитель лаборатории доктор физико-математических наук Сергей Акулиничев.

 

Набор парадоксов 

 

В настоящее время наиболее оптимальным режимом протонного облучения считается флэш-терапия (от англ. Flash - молния), то есть почти мгновенная и мощная: мощность поглощённой  дозы ионизирующего излучения в режиме флэш-терапии составляет более 40 Грэй в секунду, в то время как традиционный конвенциональный режим лучевой терапии соответствует мощности порядка 0,03 Гр/с.

 

Если же говорить о полном наборе преимуществ флеш-терапии перед  традиционной протонной терапией, он кажется парадоксальными: мощность воздействия на опухоль больше, время экспозиции короче, а степень облучения окружающих тканей при этом меньше.

 

- Всё, что вы перечислили, за исключением последнего пункта - это не преимущества, а отличия. А основное преимущество флэш-терапии заключается как раз в том, что она по-разному воздействует на опухолевые и нормальные клетки. Флэш-терапия убивает больные клетки, но не убивает и мало повреждает здоровые. На Западе провели уже не только доклинические, но и клинические испытания флэш-терапии с участием пациентов, в результате был подтверждён сохраняющий фактор, то есть разница воздействия на нормальные и опухолевые клетки. Коэффициент составляет в разных лабораториях от 1,7 до 2-х. Иными словами, опухолевые клетки в два раза интенсивнее погибают после протонной флэш-терапии, чем здоровые. Для врачей это очень важный показатель эффективности метода,  когда можно уменьшить лучевые повреждения здоровых тканей и повысить тем самым качество лучевой терапии, - поправляет меня С.Акулиничев.

 

Самый главный секрет, который пока учёным не удалось разгадать: каким образом протоны дифференцируют клетки на «плохие» и «хорошие»? Есть разные объяснения, одно из них связано с кислородным балансом в клетке, то есть гипоксией в клетках. А, может  быть, в этом эффекте задействованы сразу несколько факторов. Однозначного и общепринятого объяснения пока не сформулировано, поэтому учёные разных специальностей во всём мире продолжают искать ответ на данный вопрос.

 

Главное - безопасность

 

- В одной из зарубежных научных работ по протонной терапии в эксперименте на животных было установлено: когда облучали мелких животных со злокачественными опухолями в режиме флэш-терапии, побочные лучевые повреждения в виде фиброза лёгких возникали при дозах облучения в 1,75 раза больших, чем они возникают при конвенциональной лучевой терапии. При этом эффективность летального воздействия на раковые клетки одинаковая у флэш-терапии и конвенциональной терапии. Это означает, что протонная высокоскоростная терапия рака гораздо менее токсична для живого организма, чем традиционное облучение фотонами и электронами, - продолжает Сергей Акулиничев.

 

Казалось бы, можно считать цель достигнутой. Однако данное наблюдение вызвало у физиков, биологов и медиков новый интерес, поскольку оно открывает перспективы для ещё более существенного повышения качества лучевой терапии в онкологии за счёт уменьшения постлучевых осложнений. Именно над этим сегодня работают в Институте ядерных исследований (ИЯИ). Здесь построен единственный в своём роде линейный ускоритель протонов, который оптимально подходит для экспериментов по флэш-терапии: он позволяет варьировать в очень широком диапазоне мощность и длительность импульсов протонных пучков.

 

- Это условие крайне необходимо для определения закономерностей воздействия коротких импульсов ионизирующего излучения на живые клетки и организмы. Такая уникальная возможность для проведения первых в мире исследований в интересах биологии и здравоохранения должна быть обязательно реализована, - убеждены физики-ядерщики.

 

За доли секунды

 

В Институте выполняют разнообразные эксперименты по исследованию флэш-терапии, облучая культуры клеток и лабораторных животных. То, чем занимаются специалисты лаборатории медицинской физики ИЯИ, можно назвать следующим поколением протонной терапии - ультра-флэш.

 

- Обычно облучение при радиотерапии рака длится минуты и даже бывает десятки минут, а облучение во флэш-режиме длится меньше, чем полсекунды. Мы же в отличие от других институтов можем то же воздействие на опухоль с той же дозой облучения провести ещё быстрее - за одну десятую миллисекунды. Это и есть ультра-флэш терапия. Причём, за столь короткое время можно облучить не фрагмент опухоли, а весь объём новообразования. То есть, забегая далеко вперёд, когда данный вариант  протонной терапии будет передан в практическое здравоохранение,    подготовка к процедуре - укладка пациента, топометрия и прочее - займёт гораздо больше времени, чем сам сеанс лучевой терапии, - рассказывает Сергей Акулиничев.

 

Но самое главное, что увидели московские физики в предварительном эксперименте - флэш-эффект в виде сохранения здоровых тканей усиливается, когда время подведения дозы к опухоли становится ещё более коротким. Очередной парадокс, из которого физика и медицина извлекут пользу. 

 

Долго ли до клиники?

 

Отвечая на вопрос, проявляют ли интерес к исследованиям физиков-ядерщиков российские онкологи, руководитель лаборатории медицинской физики ИЯИ сказал, что пока широкого интереса у практикующих врачей нет. Возможно, время ещё не пришло.

 

- Протонная флэш-терапия рака - действительно новое направление для нашей страны. Если в мире этот метод уже апробирован на пациентах - пусть не массово, а лишь единично, и, тем не менее, это уже клинические исследования, - то в России и среди биологов, и среди медиков есть специалисты, которые до сих пор скептически, с недоверием относятся к новому варианту лучевой терапии. На данном этапе научного проекта основной наш партнёр - Научный центр рентгенорадиологии Минздрава России. Опыты на культурах клеток мы проводим вместе с коллегами из этого института, - говорит мой собеседник.

 

Разумеется, цель любого подобного научного проекта - предложить готовую медицинскую технологию для применения в практическом здравоохранении.

 

Но коль скоро, как уже сказано, проведение протонной терапии в онкологии требует особого оборудования, окажется ли ультра-флэш терапия от российских физиков-ядерщиков применима за стенами их собственной циклотронной лаборатории?

 

По словам, Сергея Акулиничева, он и его коллеги нисколько не заблуждаются на этот счёт: дополнительное усиление флэш-эффекта, которое здесь получили, основано на параметрах именно этого ускорителя протонов. А ускорители, которые используют для исследований или терапии в других физических институтах и медицинских центрах, такой мощности не имеют. Таким образом, полученный в ИЯИ результат сразу широко применить в клинике невозможно, но это станет реально, если изменять режимы работы или даже конструкцию других ускорителей так, чтобы сделать их импульсы более короткими и при этом более мощными.

 

«Дорожная карта» преобразования новой и, бесспорно, прорывной научной идеи в форму медицинской технологии протонной ультра-флэш терапии и её дальнейшего транслирования в клиническую практику выглядит, по словам учёного, примерно так. Сначала физики Института ядерных исследований  заканчивают экспериментальный этап проекта, на культурах клеток, а затем на животных доказывают эффективность своей разработки и оформляют её как медицинскую технологию. Далее необходимо организовать клинические исследования и зарегистрировать технологию в Минздраве России. После этого решается задача строительства ускорителей заданной мощности либо модернизации действующих для лучевой терапии в режиме ультра-флэш.  

 

Интересно, сколько времени на это потребуется?

 

- Поскольку онкология - очень высоко востребованный раздел медицины, и он сейчас в центре внимания государства, думаю, всё будет организовано быстро. В нашем понимании быстро - это за три года, - резюмирует С.Акулиничев.

 

 

Елена БУШ, обозреватель «МГ».

Издательский отдел:  +7 (495) 608-85-44           Реклама: +7 (495) 608-85-44, 
E-mail: mg-podpiska@mail.ru                                  Е-mail rekmedic@mgzt.ru

Отдел информации                                             Справки: 8 (495) 608-86-95
E-mail: inform@mgzt.ru                                          E-mail: mggazeta@mgzt.ru