Бор-нейтронозахватная терапия: от теоретической концепции к практическому применению в клиниках России
"Когда я говорил, что мы построим компактный источник нейтронов, мне отвечали: "Это невозможно. Такого не может быть”. А теперь наш аппарат стоит в Китае — и лечит людей от опухолей", — говорит Сергей Таскаев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН и заведующий Лабораторией бор-нейтронозахватной терапии Новосибирского государственного университета.
Прорыв, в который никто не верил
Более 90 лет назад в научной среде появилась идея о возможности использования нейтронов для прицельного уничтожения раковых клеток. Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) основывается на следующем принципе: в организм пациента вводят препарат, содержащий изотоп бора-10. Этот препарат накапливается преимущественно в опухолевых тканях. При облучении пациента пучком нейтронов происходит ядерная реакция, в результате которой высвобождаются α-частицы и ионы лития, обладающие высокой биологической эффективностью, но при этом действующие исключительно в пределах пораженных клеток, не затрагивая здоровые ткани.
Несмотря на очевидную научную привлекательность, практическое применение метода на протяжении десятилетий оставалось невозможным из-за отсутствия компактных и надежных источников эпитепловых нейтронов, пригодных для медицинских учреждений. Однако в последние годы, благодаря развитию технологий в области ускорительной техники и ядерной физики, ситуация изменилась.
Создание компактного источника нейтронов нового поколения
В Институте ядерной физики СО РАН (ИЯФ СО РАН) был предложен и реализован свой новый ускорительный источник VITA (Vacuum Insulated Tandem Accelerator), состоящий из электростатического тандемного ускорителя оригинальной конструкции, тонкой литиевой мишени и системы формирования пучка нейтронов.
Источник VITA способен формировать стационарный пучок протонов (или дейтронов) с энергией до 2,3 МэВ, стабильностью 0,1 % и током до 10 мА. При взаимодействии с литиевой мишенью возникает поток нейтронов различных энергетических диапазонов: от холодных и тепловых до быстрых и моноэнергетических.
Благодаря компактности, высокой стабильности, надежности и регулируемым характеристикам, источник оказался пригоден не только для фундаментальных исследований и тестирования материалов, но и для медицинских целей.
Лабораторные разработки доходят до медицинских учреждений
На сегодняшний день установки VITA уже используются в прикладных проектах. Ускорительный источник нейтронов VITA-IIβ уже установлен в НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России в Москве. Он был создан в рамках реализации перечня поручений Председателя Правительства РФ и стал первой в России установкой, подготовленной для проведения клинических испытаний методики БНЗТ.
Ранее аналогичный источник VITA-IIα был установлен в Китае (г. Сямынь), где успешно завершены испытания, инициированные разработчиком, и с мая 2024 года начались государственные клинические исследования. Таким образом, Китай стал второй страной в мире после Японии, где метод БНЗТ перешел в стадию практического применения.
В настоящее время в ИЯФ СО РАН ведется разработка следующего поколения установки — VITA-III, предназначенной для Федерального медицинского биофизического центра им. А. И. Бурназяна ФМБА России.
Программная инфраструктура БНЗТ
Для эффективного и безопасного проведения БНЗТ необходимо не только создать источник нейтронов, но и обеспечить полную интеграцию всех компонентов лечебного процесса. Одним из критически важных элементов этой системы является система планирования лучевой терапии — комплекс программного обеспечения и аппаратных средств, позволяющих точно рассчитать распределение дозы облучения, определить оптимальные углы и параметры пучка, а также смоделировать воздействие излучения в трехмерном объеме тела пациента.
Разработкой такой системы в рамках проекта занимается компания ООО "Сибмер". Это важная и ответственная часть всей инфраструктуры: программный комплекс должен обеспечивать точную настройку процесса лечения, соответствовать строгим требованиям медицинской физики и пройти верификацию в соответствии с регуляторными стандартами.
Работа ведется в тесной связке с ИЯФ СО РАН. Все технические параметры, результаты испытаний и требования к алгоритмам разрабатываются совместно. Можно утверждать, что создается цельная и взаимосвязанная система, в которой физика, медицина и программная инженерия работают как единый механизм.
Фундаментальные исследования и неожиданные направления развития
Разработка источника VITA дала импульс не только медицинским проектам. В рамках исследований с использованием этой установки измерены сечения более чем двадцати ядерных реакций с легкими ядрами, включая реакции с участием лития и бора. Эти данные важны для уточнения ядерных моделей, расчета потоков нейтронов, а также для оценки перспектив альтернативных источников энергии.
Одним из таких направлений стало изучение реакции протон-бор (p + 11B) — основного кандидата на роль безнейтронного термоядерного синтеза. Полученные спектры и оценки продуктивности подтверждают актуальность этого подхода и закладывают научную основу для будущих энергетических приложений.
Кроме того, высокая яркость источника нейтронов VITA позволяет задуматься о реализации более амбициозных проектов. Например, нейтрон-нейтронный или нейтрон-электронный коллайдеры, которые способны открыть совершенно новые горизонты в понимании фундаментальных свойств нейтрона.
Развитие технологии не ограничивается лабораторными испытаниями. На установке VITA в Новосибирске уже проведены облучения животных с привитыми опухолями с применением препаратов, содержащих изотоп лития. Это стало первым в мире примером литий-нейтронозахватной терапии, успешные результаты которой позволят с оптимизмом смотреть в реализуемость терапии на благо людей.
Переход от экспериментальной установки к применению в больнице требует прохождения всех регуляторных этапов: государственной регистрации, подтверждения безопасности, верификации расчетов и алгоритмов. Эти процедуры сложны, но необходимы, и требуют тесного взаимодействия с надзорными органами. Сергей Юрьевич Таскаев надеется, что высокий уровень технической проработки и открытость к диалогу обеспечат поступательное движение к внедрению метода в клиническую практику.
"Проект БНЗТ — это результат многолетней работы сотен специалистов из разных областей. Мы видим перед собой ясную цель: предоставить отечественной медицине инструмент, способный изменить подход к лечению онкологических заболеваний", — заключает Сергей Юрьевич Таскаев.