Одноимпульсный, или ультрафлеш-режим, — это вариант радиотерапии, при котором сверхмощный поток протонов разрушает опухоль за миллионные доли секунды, практически не повреждая окружающие ткани. Эту медицинскую технологию российские физики разработали в Институте ядерных исследований РАН в Троицке, где еще с советских времен действует самый мощный в Евразии линейный ускоритель протонов, пишет РИА Новости.
Традиционные методы лучевой терапии, в которых используют пучки фотонов, обладают одним существенным недостатком: они повреждают не только раковые клетки, но и здоровые ткани. Чтобы снизить побочные эффекты, приходится ограничивать мощность излучения, увеличивать количество сеансов и длительность курса. И чем глубже опухоль, тем труднее ее разрушить.
— Наиболее перспективным считается метод протонной терапии. Он позволяет точно нацеливаться на опухоль и уничтожать ее при любой глубине локализации, нанося минимальный урон окружающим тканям. Особенность протонного излучения в том, что основная энергия потока высвобождается на последних миллиметрах пробега частиц — в так называемой точке Брэгга, — считают ученые.
Врач-радиолог проводит расчет и настраивает прибор так, чтобы воздействие пучка приходилось исключительно на опухоль, повторяя ее очертания с точностью до миллиметра. Таким образом, разрушаются только раковые клетки, а окружающие здоровые ткани практически не подвергаются воздействию. Эта методика эффективна при лечении самых сложных злокачественных новообразований — предстательной железы, мозга, глаза, а также рака у детей.
В Советском Союзе терапевтический протонный пучок с энергией до 200 мегаэлектронвольт впервые получили в 1967-м на синхроциклотроне Объединенного института ядерных исследований в Дубне. С 1969-го для лечения онкологических больных использовали протонный синхротрон Института теоретической и экспериментальной физики в Москве, а с начала 1970-х — Ленинградского института ядерной физики в Гатчине.
Долгие годы главным препятствием для широкомасштабного использования протонов при лечении рака были размер и стоимость необходимого циклотронного оборудования. Лишь 25 лет назад первые центры протонной терапии появились в США, Германии и Японии. Сейчас в мире их уже около сотни. И хотя лечение в них остается очень дорогим, результаты говорят сами за себя: рак простаты этим методом вылечивают у 97 процентов пациентов, опухоли головного мозга — у 90 процентов.
В России не было клинических центров лучевой терапии. Действовали только экспериментальные (при научных институтах), которые принимали пациентов от случая к случаю. Первый коммерческий центр протонной терапии Медицинского института Березина Сергея (МИБС) открыли в Санкт-Петербурге в 2017 году. Затем такой центр появился в Москве. А в сентябре 2019-го первых пациентов принял Федеральный высокотехнологичный центр медицинской радиологии Федерального медико-биологического агентства в Димитровграде Ульяновской области.
— Это единственный в России и самый крупный в Европе комплекс ядерной медицины замкнутого цикла, где представлены все существующие сегодня методы диагностики и лечения. Его построили в рамках государственной программы «Создание федеральных центров медицинских радиологических технологий». В него входят центр протонной терапии, центр позитронно-эмиссионной томографии, консультативная поликлиника, радиологический корпус, корпус радионуклидной терапии и стационар на 312 коек. Госкорпорация «Ростех» планирует в ближайшие годы в рамках госпрограммы построить такие центры во Владивостоке, Москве, Новосибирске и Калужской области.
Параллельно российские ядерщики работают над усовершенствованием технологий лучевой терапии. В частности, в ИЯИ РАН в Троицке, располагающем самым мощным в Евразии линейным ускорителем протонов, уже несколько лет изучают возможности флеш-терапии — инновационного метода, при котором всю необходимую дозу облучения подводят к опухоли за один сверхкороткий сеанс в доли секунды, а не за 20−30 сеансов по несколько минут, как обычно.
Ускоритель протонов Института ядерных исследований РАН
Впервые флеш-эффект, при котором опухолевые клетки погибают, а нормальные повреждаются в два раза меньше, описали в 2014-м французские ученые. Сейчас этот метод проходит клинические испытания в США на медицинском циклотроне Varian, который дает мощность дозы 70 грей в секунду.
Используя уникальные возможности своего ускорителя, в ИЯИ РАН решили проверить, что будет, если еще больше увеличить интенсивность потока протонов, создав так называемый ультрафлеш-режим, когда весь курс облучения укладывается в один короткий импульс.
— Наш ускоритель отличается от других чрезвычайно высокой интенсивностью пучка протонов, — объясняет заведующий лабораторией медицинской физики института Сергей Акулиничев. — В одном импульсе, который длится сто микросекунд, он выдает 1013 протонов. Такой интенсивности нет ни у одного ускорителя в мире. Этого количества достаточно, чтобы провести полное лечение.
Для сравнения: при обычном режиме необходимую дозу подводят к опухоли за десять-пятнадцать секунд, а при флеш-режиме — за полсекунды. Ученые проверили на живых клетках все три режима, и оказалось, что ультрафлеш-режим значительно эффективнее двух остальных. Под эффективностью в данном случае понимают избирательность воздействия — отношение раковых к нормальным среди всех поврежденных облучением клеток.
Заведующий лабораторией медицинской физики ИЯИ РАН Сергей Акулиничев
— Сейчас ультрафлеш-режим на протонном ускорителе доступен только в одном месте в мире: в нашем институте, — рассказывает Акулиничев. — Многие существующие медицинские ускорители можно адаптировать к флеш-режиму, подняв мощность дозы до ста грей в секунду. Но на нашем ускорителе она достигает миллиона. Когда он строился, такая высокая мощность была необходима для изучения фундаментальной физики и решения некоторых прикладных задач, но для медицинских исследований мы ее долгое время искусственно занижали. А потом оказалось, что при борьбе с раком это преимущество.
Пока ученые получили подтверждение эффективности нового метода на клетках. Впереди эксперименты на животных. Только после этого можно будет приступить к клиническим исследованиям на людях. Если преимущества одноимпульсного режима докажут, производители медицинского оборудования через несколько лет смогут приступить к выпуску ускорителей с высоким импульсным током протонов, способных разрушать опухоль за доли секунды, практически не повреждая окружающие ткани.
По разным оценкам, потребность в протонной терапии в России составляет сейчас от 35 до 100 тысяч человек в год. Чтобы ее покрыть, нужно, чтобы в медицинских центрах страны работало от 40 до 60 установок. Пока все четыре введенных в строй центра работают на импортном оборудовании. В то же время в России с 2017-го производят отечественный комплекс протонной терапии «Прометеус».
Эту уникальную установку изобрел российский ученый, научный руководитель Физико-технического центра ФИАН в Протвино Владимир Балакин. У нее низкое энергопотребление, она не требует никакой специальной защиты и собрана полностью из отечественных элементов. Один экземпляр уже используют в Медицинском радиологическом научном центре имени А. Ф. Цыба в Обнинске, другой — в Физико-техническом центре в Протвино. Целую партию установок заказали зарубежные научные организации.
Потребность есть и внутри страны, но, чтобы экспериментальный комплекс «Прометеус» стал полноценным медицинским изделием, нужно решить организационные, экономические и технологические вопросы. И конечно, преодолеть недоверие к отечественным разработкам, говорят ученые.
