Бор и нейтроны против рака. Интервью о перспективном методе борьбы с онкозаболеваниями с доктором физико-математических наук Сергеем Таскаевым

В течение ближайшего десятилетия в мире может быть широко внедрен еще один способ борьбы с раковыми опухолями ― бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ). Метод был предложен больше 80 лет назад, но только недавно ученые сумели создать подходящий для облучения опухоли ускоритель и нашли подходящие препараты. В китайском городе Сямыне новый метод борьбы с опухолями проходит клинические испытания. Установка для терапии создана в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, а сегодня физики уже собирают ускоритель для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина в Москве.

По какому принципу работает бор-нейтронозахватная терапия и чем отличается от распространенных радиологических методов? На уничтожение каких опухолей преимущественно направлен новый метод? В чем особенности ускорителя, созданного в ИЯФ СО РАН для терапии? Об этом ― в интервью с создателем установки, доктором физико-математических наук, заведующим лабораторией ИЯФ СО РАН Сергеем Юрьевичем Таскаевым.

― Каков принцип борьбы с опухолями методом бор-нейтронозахватной терапии и чем он отличается от других радиологических способов лечения?

― Это удивительно красивая методика борьбы со злокачественными опухолями, и она кардинально отличается от остальных подходов к лечению. Метод был предложен еще в 1936 г. спустя четыре года после открытия нейтрона.

Все, что нужно для бор-нейтронозахватной терапии, ― это накопить в клетках опухоли стабильный нерадиоактивный изотоп бор-10. Это вещество принципиально отличается от других атомных ядер тем, что очень эффективно захватывает нейтроны, пролетающие мимо. Все атомные ядра могут захватывать нейтроны, попадающие в них, но только около 15 атомных ядер способны захватывать нейтроны, пролетающие на расстоянии, превышающем размер этого атомного ядра в 100 раз. Изотоп бор-10 относится к таким веществам и эффективно поглощает нейтроны.

Когда большинство атомных ядер захватывают нейтроны, происходит обычная ядерная реакция с испусканием, например, фотонов. При захвате нейтрона бором-10 происходит ядерная реакция с выделением большой энергии. Эта энергия выделяется двумя заряженными частицами, разлетающимися в противоположных направлениях: альфа-частицей и атомным ядром лития-7. Разлетаясь, они останавливаются на длине 5 и 7 мкм, то есть на длине клетки.

Таким образом, когда в клетке опухоли накапливается изотоп бор-10 и затем облучается нейтронами, которые вещество эффективно поглощает, происходит ядерная реакция, при которой 84% энергии выделяются именно в клетке, содержащей ядро бора, что приводит к ее гибели. Используя метод бор-нейтронозахватной терапии, мы можем эффективно уничтожать клетки опухоли, не затрагивая здоровые.

― Использование распространенных сегодня радиологических методов лечения раковых опухолей обычно предусматривает несколько сеансов облучения. Сколько сеансов бор-нейтронозахватной терапии необходимо для уничтожения клетки?

― Стоит начать с основ. После открытия нейтрона ученые изобрели атомную бомбу и испытали ее, запустили атомные электростанции. При этом была предложена и методика лечения онкологических заболеваний методом БНЗТ. Но реализовать ее оказалось сложнее, чем создать ядерный реактор, и только сегодня открываются первые клиники, начинающие клинические испытания метода или лечение пациентов.

Сложность заключалась в поисках адресного доставщика бора ― препарата, который позволяет накопить бор в клетках опухоли. Сегодня существует два таких препарата: борфенилаланин и боркаптат. Эти препараты способны доставить и накопить в клетках опухоли достаточное количество бора для проведения терапии, но обмануть опухолевые клетки несколько раз не получится, препарат взаимодействует с организмом только один или два раза. Поэтому облучение должно быть однократным и кратковременным ― в течение часа. И нам удалось это сделать.

В этом заключалась непростая, но решаемая физиками задача, поставленная около 40 лет назад: создать источник нейтронов на основе ускорителя заряженных частиц, который было бы возможно установить в клинике. При этом установка должна доставлять необходимую дозу облучения в течение часа.

Сегодня с этим справились мы и еще две группы ученых в мире. С точки зрения физики проблема ускорительных источников нейтронов решена, поэтому сейчас начинается плавное внедрение методики в практику. В Японии онкозаболевания лечат методом БНЗТ с 2020 г. две клиники: в Осаке и Корияме. В китайском городе Сямыне начали проводить клинические испытания с октября 2022 г. В декабре 2022 г. клинические испытания метода БНЗТ начали проводить в городе Инчхоне в Южной Корее. Это четыре клиники, в которых пока внедряется метод БНЗТ: две уже получили лицензии и лечат пациентов, две проводят клинические испытания. Еще около пяти клиник в мире готовы к тому, чтобы в скором времени начать такую работу.

В китайской клинике работает установка, созданная в нашем Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. 

― Насколько нам известно, вы уже начали собирать установку для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина…

― Да, в одном из бункеров нашего института мы уже приступили к сборке ускорительного источника нейтронов для онкоцентра им. Н.Н. Блохина. В течение этого года мы планируем полностью собрать его, испытать и разобрать. А осенью следующего года отправим в Москву; ожидается, что к концу 2024 г. мы соберем и запустим установку на площадке НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина. У нас уже был подобный опыт. Когда мы готовили установку для китайской клиники, то сначала полностью собрали и проверили ее в нашем институте ― в условиях доступных ресурсов и рядом со всей научной командой, ― после чего разобрали, транспортировали ее в Китай и там собрали.

Важно отметить, что в ИЯФ СО РАН также работает установка. При этом ее возможно использовать не только для бор-нейтронозахватной терапии, но и для других прикладных и фундаментальных исследований. Мы проводим эксперименты в интересах Международного термоядерного реактора (ITER), который строится в Кадараше, и в интересах Большого адронного коллайдера CERN.

― Очевидное преимущество созданной вами установки ― ее компактность и возможность собрать непосредственно в клинике. Расскажите подробнее об истории ее создания и о сложностях, с которыми вы столкнулись за годы работы.

― Это очень красивый и успешный проект. В то, что он будет реализован, долгое время было сложно поверить. Все началось в 1997 г., когда заведующему лабораторией ИЯФ СО РАН позвонил из Обнинска его коллега, рассказал о методике БНЗТ и спросил, кто бы мог создать необходимый ускоритель. В институте ответили, что возьмутся за эту задачу.

Мы тогда мы фактически начали делать не то, что умели, а то, что было необходимо для решения задачи. Например, пучок нейтронов лучше получается при использовании литиевой мишени. Значит, будем делать литиевую мишень. Кстати, уже после того, как мы сделали эту мишень, я прочитал в одном из научных журналов, что она хоть и идеальна с точки зрения нейтронов, но сделать ее с учетом необходимых параметров невозможно. Хорошо, что мы не читаем вовремя научные статьи…

Пучок протонов, необходимый для нужной реакции с литиевой мишенью, должен быть относительно низкой энергии, но с большим током. В то время уже были пучки с подходящими параметрами, но их ток был в десять раз меньше необходимого. Поэтому мы не стали развивать чужие разработки, а предложили новую идею. Как говорил Г.И. Будкер, «никогда не идите проторенным путем, это всегда обречено на неудачу».

В итоге получился новый тип ускорителя заряженных частиц. Пока мы его не запустили, нам говорили, что ни нужного напряжения, ни нужного тока на нем не получить и работать он не будет. Но у нас был энтузиазм, мы выдвигали безумные идеи, получили финансирование от международных организаций и создали установку. Потом наступил кризис идей. Мы достаточно быстро получили нужное напряжение, но ток пучка протонов был в 100 раз ниже требуемого. В течение семи лет мы не представляли, что надо сделать для того, чтобы его увеличить, топтались на месте. У большей части коллектива иссяк энтузиазм, и в научной группе фактически остались три человека, в том числе и я. Мы не теряли надежду, постепенно к нам начали присоединяться студенты и шаг за шагом мы реализовывали новые идеи. В итоге нашли решения, которые позволили увеличить ток до необходимых параметров. Думаю, что мы первыми в мире решили эту задачу, это было в 2015 г.

На всех этапах разработки нам сопутствовало везение. Это были подарки природы, причем сначала мы их получили, а лишь затем поняли, в чем их суть.

Установка получилась, она работает и востребована. И у нас достаточно запросов на дальнейший выпуск этих ускорителей. Думаю, со временем мы начнем распространять такие ускорители во все страны мира.

― Можно ли сегодня оценивать ресурс ускорителя? Или при должном обслуживании он практически бесконечен?

― Конечно, у установки есть ресурс. Но мы уже четвертый год практически ежедневно работаем на установке, иногда проводя по несколько экспериментов. Мы можем запланировать эксперимент с каким-либо институтом на несколько месяцев вперед. Их ученые приедут, и мы уверены, что установка будет работать как положено. То есть четыре года ускоритель функционирует надежно и стабильно.

Если говорить об ускорителе, который мы собираем для НМИЦ им. Н.Н. Блохина, то в процессе наладки, конечно, могут возникнуть определенные трудности, которые придется решать. Но это уже пройденные этапы. Проблемы были и с китайской установкой, поэтому мы понимаем, в какую сторону смотреть.

― Насколько нам известно, вы проводили предварительные эксперименты по уничтожению раковых опухолей у животных?

― Да, у нас был такой опыт, и эти процедуры мы проводили в ИЯФ СО РАН. Это оказался очень правильный подход к эксплуатации ускорителя. Когда мы получили необходимые параметры установки, то неделю радовались. А потом пришло понимание, что просто так нас никто «с руками не оторвет», нужно развиваться дальше, проводить эксперименты с клеточными структурами и лабораторными животными.

В нашей установке были заинтересованы иностранные организации, в частности, приезжали японские ученые, совместно с которыми мы ставили эксперименты на клеточных структурах, изучали радиационный блистеринг. Затем, понимая, что это точно работает, мы из интереса начали лечить домашних животных. В некотором смысле даже могу назвать себя врачом. Мы пролечили больше 25 животных, было видно, что терапия действительно помогает. Говоря официальным языком, мы увеличивали качество и продолжительность жизни. Сегодня мы этим не занимаемся, все-таки работа установки ― это достаточно затратно, а кроме того, недешево стоят препараты борфенилаланин и боркаптат.

Именно то, что мы лечили животных, доказало эффективность метода, помогло тому, чтобы в России было принято решение о внедрении методики БНЗТ в клиническую практику.

― На лечение каких видов опухолей преимущественно рассчитана бор-нейтронозахватная терапия?

― Первичной целью метода БНЗТ всегда была глиобластома ― быстрорастущая опухоль, которая практически никак не лечится. Как правило, через шесть-девять месяцев после постановки диагноза человек умирает. Клинические испытания, проведенные на более чем 20 пациентах в Японии, показали, что против таких опухолей метод БНЗТ работает эффективно. 

В последнее время врачи рассматривают применение БНЗТ как потенциальный способ лечения рака легких, но пока никто к этой задаче серьезно не подступался. На нынешнем этапе врачам важно получить разрешения на использование метода и добиться доверия к нему. А самые убедительные примеры ― это лечение больших опухолей шеи и головы. На первого пациента, которого лечили в Китае в рамках клинических испытаний, до терапии было страшно смотреть: из-за опухоли у него было абсолютно искореженное лицо. Около полугода назад мне прислали его фотографию: человек прекрасно выглядит. Именно ради таких примеров врачи пока предпочитают лечить большие опухоли.

Кроме того, БНЗТ подходит для лечения меланомы и ряда других небольших опухолей.

― Сегодня можно строить прогнозы относительно широкого внедрения метода БНЗТ в России? Или это вопрос к руководству страны?

― Руководство страны уже сделало верные шаги: фактически установка для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина собирается по постановлению правительства Российской Федерации. Решение о том, что методику можно и нужно внедрять, огласили во время визита премьер-министра М.В. Мишустина в Новосибирск в марте 2021 г. Перед этим на встрече с министром здравоохранения М.А. Мурашко и министром науки и высшего образования В.Н. Фальковым мы обсуждали детали.

Первые шаги сделаны, но надо понимать, что начальные этапы работы установки в НМИЦ онкологии займут длительное время. Сначала нам предстоит ее собрать и настроить, потом врачи проведут клинические испытания на небольшом количестве пациентов: будут их наблюдать около двух лет. И только после этого начнется широкое внедрение метода.

Надеюсь, что появятся инвесторы, готовые внедрять установки БНЗТ не только в России, но и в других странах. Ученые и врачи всего мира понимают, что нужны тысячи подобных ускорителей, но мы и наши коллеги из зарубежных институтов можем выпускать единицы в год.

Методику БНЗТ предложили около 80 лет назад, а до широкого внедрения осталось какие-нибудь семь. Я считаю, что это не так много.

Фото: Янина Хужина и Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»