Интервью на портале «Научная Россия»

0 комментариев 1769

Рубежи протонной терапии. Дар "Прометеуса"

Ведущие ученые рассказывают о работе комплекса для протонной терапии, созданного в Протвино

Ежегодно у сотен тысяч россиян диагностируют рак. Ученые и медики всего мира продолжают искать более эффективные методики лечения. Среди них — хирургическое вмешательство, химиотерапия и лучевая терапия. На одно из направлений лучевой терапии — лечение протонами — возлагают сегодня большие надежды. Особенность протонной терапии заключается в поражающей способности протонного пучка, которая усиливается в конце пробега. Это позволяет максимально воздействовать на заражённые ткани, не причиняя вреда здоровым. Основываясь на этом принципе, отечественные физики создали уникальный комплекс "Прометеус". Название выбрано неслучайно. Согласно древнегреческому мифу, Прометей дал людям огонь. А "Прометеус" призван сделать высокотехнологичную протонную терапию массовой и доступной для каждого. Подробнее об отечественной установке рассказывают специалисты из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и Медицинского радиологического научного центра им. А.Ф. Цыба.

Николай Николаевич Колачевский — директор Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, член-корреспондент Российской академии наук.

Николай Николаевич Колачевский — директор Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, член-корреспондент Российской академии наук.

Фото: Николай Малахин / Научная Россия

— Как протоны пришли в медицину?

— Это событие совпало с началом развития ускорительной техники. Исследования показали, что, когда высокоэнергетический протон или ионизованная частица распространяется вдоль среды (это может быть вода, парафин и прочее), выделение энергии частицы по пути распространения неравномерно. Ученые того времени интуитивно осознали: чем быстрее движется частица, тем меньше она выделяет энергии. То есть быстрая частица пролетает через среду почти без потерь энергии. Но когда она начинает тормозиться, возникает сильное взаимодействие с окружением. На конечном участке траектории возникает явление, подобное взрыву — брэгговский пик, эффект, который был открыт в 1903 году ученым Уильямом Брэггом-старшим. Именно брэгговский пик характеризует возможность доставлять энергию внутрь тела почти точечно.

Надо сказать, что методы с использованием радиации применялись в медицине давно. Уже в начале прошлого века медики различными методами, в том числе и механическими, вводили в опухоль радиофармпрепараты. Однако подобная терапия применялась при лечении относительно легкодоступных опухолей. Сейчас, естественно, развита и востребована адресная или точечная медицина.

Сегодня используются и протоны, и ионы. Помимо этого, всем известна установка под названием гамма-нож, которая с разных сторон направляет излучение высокоэнергетических гамма-частиц. Возникает некая точка, где лучи пересекаются и адресно воздействуют на опухоль. Однако при этом формируется довольно большая зона «засветки» окружающих здоровых тканей и клеток. Поэтому у каждого метода свои сильные стороны и свои недостатки.

Как в ФИАН появилось направление по созданию протонных ускорителей в медицинских целях?

— Это направление традиционно развивалось в ФИАН и связано с именем великого ученого и академика Герша Ицковича Будкера. Он известен как прародитель целого ряда направлений физики ускорителей. У Будкера в Новосибирске было довольно много учеников, которые естественным образом интересовались разными направлениями исследований. В частности, Владимир Егорович Балакин, член-корреспондент Российской академии наук, как раз был учеником Будкера. Он загорелся идеей перехода от чисто фундаментальной науки — ускорительной техники, поиска новых частиц, поисков новых эффектов в ядре — в сторону медицинского применения. В дальнейшем он переехал в Протвино, где изначально располагался филиал Института ядерной физики им. Г.И. Будкера, который вскоре превратился в филиал ФИАН.

Владимир Егорович Балакин на протяжении 40 лет работал над созданием специализированных ускорителей для медицины. Наиболее активный период начался с 1995-го года, когда Академия наук оказывала большую поддержку при проведении этих исследований. Ведь уже тогда было понятно, что это очень перспективное направление.

В результате был создан комплекс «Прометеус» — полностью работающая система, которая используется в медицинских приложениях. И в России, и в Советском Союзе подобных экспериментальных стендов было много. Но «Прометеус» — особенный. Владимир Егорович поставил цель — создать специализированную систему исключительно для решения медицинских задач.

Однако первый промышленный ускоритель, созданный Владимиром Балакиным, изначально прославился за рубежом, в США, а не в родной России. Верно?

— Да. Как мне кажется, это связано с экономико-политическими вопросами. Прежде всего, Владимир Егорович создал очень компактный ускоритель протонов — синхротрон, который умещается в небольшой комнате до ста квадратных метров. Помимо этого, система позволяет легко контролировать пучок и управлять им. Точка приземления энергии зависит от изначальной энергии пучка. Поэтому необходимо очень точно управлять пучком, чтобы он мог сканировать область опухоли.

Американцы действительно первыми заинтересовались этой установкой с точки зрения ускорительных систем. Они добавили кресло пациента — так называемое гантри, которое позволяет отклонять пучок протонов в пространстве. Получилась полноценная медицинская установка, которая и сегодня отлично работает, в том числе уже и в России.

Синхротрон комплекса для протонной терапии "Прометеус" служит для ускорения протонного пучка

Синхротрон комплекса для протонной терапии "Прометеус" служит для ускорения протонного пучка

Фото: Николай Малахин / Научная Россия

Помимо протонов для терапии используются и фотоны. В чем принципиальное отличие?

— Существуют физические и медицинские факторы. Фотоны, например, используются в фотонных установках по типу гамма-ножа. При опухоли головного мозга на человека надевается специальный шлем. Сразу несколько источников освещают довольно узкими лучами определенную область в головном мозге. В точке пересечения возникает повышенная интенсивность, что приводит к гибели опухолевых клеток. Однако доза в любом случае достаточно большая. Помимо этого, область фокусировки пучков объемная. Есть типы опухолей, которые обладают высокой резистентностью к фотонам, и их могут уничтожить только протоны.

Тем не менее, все всегда зависит от локализации, радиорезистентности и других ключевых параметров. Существует ряд задач, где, например, протонная медицина фактически незаменима, ведь она позволяет точечно и очень прецизионно провести операцию близко к нервным окончаниям и другим чувствительным структурам.

Медики всегда подходят к лечению, особенно онкологических заболеваний, комплексно. Панацеи нет. В каждом конкретном случае врач подбирает определенные протоколы лечения.

При создании ускорительного комплекса «Прометеус» использовался наработанный опыт и результаты фундаментальных исследований. На какие из направлений делал упор Владимир Балакин, создавая комплекс со своими коллегами?

— Главное отличие системы от многих других комплексов в том, что это синхротрон, а не циклотрон. Именно поэтому установка такая компактная и позволяет точно управлять энергией пучка, определяющей глубину проникновения в ткань. Помимо этого, было разработано специфическое и оригинальное программное обеспечение. Для создания модели используются результаты КТ и МРТ. Далее врач в специальной программе очерчивает опухоль, причем, в трехмерном пространстве. Программа ускорителя синхронизуется с протоколом, обозначенным онкологом-радиологом, и управляет ускорителем, который доставляет пучок в нужную точку с нужной энергией.

Кстати развитие электроники и программного обеспечения очень сложный и важный вопрос, который актуален сегодня для нашей страны. Другая значимая проблематика — переход от фундаментальных наработок к конкретному изделию. Существуют так называемые уровни готовности технологий. Это метод оценки зрелости технологий на этапе приобретения программы, разработанный в NASA в 1970-х годах. Использование TRL позволяет согласованно и единообразно обсуждать техническую зрелость различных типов технологий. ФИАН умеет доводить некоторые разработки до уровня TRL-4 (проверка макетов в лабораторных условиях). Путь до «девятки», когда создано серийное изделие, которое можно купить, требует и оптимизации цены, и подбора нужных материалов и так далее. И, конечно, важна ремонтопригодность, которую, кстати, обычно ученые не обсуждают. Ведь если установка сломается, ей потребуется ремонт. Но Владимир Егорович предусмотрел и это, поэтому его работы в большой степени носят технологический и производственный характеры.

Для нас значимо и то, что почти все технологии локализованы в Протвине. В лучших традициях Института ядерной физики имени Г.И. Будкера — от резки металла, сборки магнитов до намотки на них проводов источников питания, вакуумных систем, сварки с керамикой и так далее. Вся технологическая цепочка развита в полном объеме, что по сегодняшним меркам необычно. Как принято во всем мире? Тот же завод «Боинг» — фактически сборочный, а все детали производятся в разных странах мира. В Протвине все иначе. Здесь установки производятся от листов металла до конечного продукта.

Сегодня мы работаем над созданием ионного ускорителя на альфа-частицах, которые в некоторых случаях считаются существенно более мощным оружием против рака, чем протоны.

С какими сложностями столкнулся ФИАН при создании ускорительного комплекса?

— Сложности связаны с техническими, медицинскими и организационными аспектами. Если говорить о технической стороне вопроса, то основные трудности всегда связаны с источником, управлением и онлайн-диагностикой. Необходимо сделать так, чтобы изображение опухоли в режиме реального времени совмещалось с пучком протонов.

Специалисты из Протвина решают интересные задачи. Уже сейчас мы говорим не только о локализациях в области головы и шеи. Команда «Прометеуса» нацелена на всё тело человека. А человек дышит, а значит органы движутся в пространстве друг относительно друга. Поэтому в будущем необходимо совмещать дыхание человека с движением пучка, синхронизовать. Мы говорим о масштабах в несколько миллиметров.

Вопросы медицинского характера тоже достаточно сложные. Область протонной медицины не считается классической. До сих пор ведутся споры о том, что наиболее эффективно поддается лечению протонами, какие классы опухолей, в каких местах и так далее.

Другой значимый вопрос связан с обучением плеяды медицинских физиков, которые будут обладать знаниями о природе взаимодействия протона с опухолью. Сейчас таких специалистов очень мало.

Организационная проблема связана с процедурой выдачи сертификатов на медицинское изделие. И я согласен в некотором смысле с медиками, которые говорят, что строить комплекс протонной медицины необходимо вместе с другими видами установок: гамма-ножами, электронными системами, с хирургическим комплексом и так далее. То есть речь идет о создании сразу большого онкологического центра. А на это зачастую  нет ресурсов.

Тем не менее, мы не останавливаемся на достигнутом. Сейчас разрабатываются способы работы с другими органами. Коллеги из Протвина сделали медицинский лежак, что позволит проводить операции и на других частях тела, в первую очередь, на простате.

— Компания «Протом» выигрывала несколько тендеров, в том числе в США и в Израиле. Но в России такой комплекс установлен только в Обнинске, не считая первой установки в Протвине. Почему так получается? Это некий финансовый вопрос или недоверие к отечественным установкам?

— Думаю, что обе проблемы, которые вы обозначили, присутствуют. С одной стороны, это вопрос финансовый. Поскольку установка действительно довольно дорогая. Для работы с ней нужен не только медицинский персонал, но и технический. Помимо этого, до сих пор неясно, как установка будет использоваться: в рамках государственной медицины или платной? Сейчас людей, которые готовы платить большие деньги за прохождение курса, как показывает опыт, очень мало.

Медицина в России работает в каком-то смысле на коммерческой основе через Фонд медицинского страхования и другие государственные фонды. Только в 2020 году была поддержана программа высокотехнологической медицинской помощи на основе протонной терапии правительственным решением. Но, как оказалось, мы не можем заполнить квоты.

Напомню, что в стране работают 3 установки для протонной терапии: «Прометеус» в Медицинском радиологическом научном центре им. А.Ф. Цыба, установка в Димитровграде и зарубежный прибор в частном Медицинском институте им. Березина Сергея в Санкт-Петербурге. Каждая установка может пропустить через себя около ста пациентов в год. Уже сейчас сформировалась гигантская очередь, при этом возможностей явно недостаточно, пусть и при поддержке государства.

— Продолжит ли ФИАН и специалисты из Протвина создавать специализированные установки для медицины? Сможет ли институт обеспечить отрасль кадрами — медицинскими физиками?

— Если говорить об установках, то ответ однозначный — да. Даже при нынешних мощностях, мы можем производить порядка одной установки в год.

Что касается кадров, то, как ни странно, этот вопрос по сложности сопоставим с производством машин. В данном случае нельзя просто обучить студентов. Их необходимо сразу подключать к тем работам, которые сейчас уже ведутся в Медицинском радиологическом научном центре им. А.Ф. Цыба. Поэтому я бы сказал, что кадры должны формировать медики. Мы со своей стороны готовы помогать, вводить в курс дела.

Сейчас мы активно взаимодействуем с кафедрой медицинской физики МГУ. Сотрудники МГУ и ФИАН обсуждают разные методы томографии, специфику работы с приборами и так далее. Мы предложили кафедре, чтобы студенты проходили практику и у нас в институте. Но пока это решение не приняло системный характер.

Учитывая сложность, затратность строительства и эксплуатации протонных комплексов, оправдано ли создание таких установок в будущем?

— Как и в любой другой сфере мы опираемся на некие мировые тренды. Любой новый медицинский метод, который улучшает те или иные параметры терапии или диагностики, всегда будет востребован.

Мировой опыт показывает, что это направление не считается основным, но существует и развивается как один из методов эффективного лечения онкологии.

И, конечно, встает вопрос масштабирования. Россия — очень большая страна. Онкологические центры должны быть и на Урале, и на Дальнем Востоке, и в европейской части страны. Пациенты живут в разных регионах, при определенных видах заболеваний им приходится преодолевать несколько тысяч километров, чтобы получить помощь. Поэтому вопрос, который вы задали, — скорее, социально-экономический.  Думаю, что потребность в создании новых центров и установок в стране велика.

— Об установке «Прометеус» мы также поговорим с коллегами из Протвина и из Центра имени Цыба. Но хотелось бы поговорить и о самом Физическом институте имени Лебедева. Какие направления вы сейчас развиваете и считаете наиболее приоритетными?

— Вопрос сложный, но справедливый. Исторически мы работаем по всем направлениям физики. Но наиболее приоритетные из них я всё же выделю. Во-первых, это изучение дальнего космоса и развитие сопутствующих технологий. Например, мы возглавляем проект по созданию «Миллиметрона» — космической обсерватории миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн с криогенным телескопом с диаметром зеркала 10 метров. Также за последние несколько лет наши ученые – последователи идей В.Л. Гинзбурга -  создали великолепную инфраструктуру по созданию и исследованию материалов для новых высокотемпературных сверхпроводников – абсолютно новый и полностью оснащенный оборудованием корпус ФИАН №10.  Уже получен ряд важных результатов, мы с нетерпением ждем дальнейшего развития работ.  Другое интересное направление связано с квантовыми технологиями. Мы подключились к дорожной карте по квантовым вычислителям и отвечаем за вычислительную платформу на основе одиночных холодных ионов. Специалисты ФИАН планируют выйти на передовые рубежи в ближайшие пять лет. Задача непростая, но выполнимая.

Другое интересное и новое для нас направление посвящено искусственному интеллекту в области социально-экономических задач, в частности, по созданию систем распознавания с использованием графовых баз данных и знаний. И, конечно, мы сразу подключились к ковидной проблематике в области распознавания кашлевых паттернов для формирования преддиагноза.

Конечно, ФИАН не оставил свою традиционную стезю. Мы продолжаем работать с мощными лазерными системами, в том числе для термоядерной энергии. Здесь мы активно сотрудничаем с Российским федеральным ядерным центром в Сарове и участвуем в проекте “Большой Саров”. Выполняются яркие исследовательские работы в области теоретической физики, направленные на познание тайн Вселенной: что есть темная материя и темная энергия, откуда прилетают частицы сверхвысоких энергий, как устроена Вселенная? Эти вопросы в ФИАНе всегда были и остаются на пике интереса.

— Николай Николаевич, а что насчет вас? Руководство таким значимым для страны физическим институтом оставляет время для науки?

— Конечно, времени на собственные исследования практически нет. Но еще до того, как я стал директором, мне удалось создать очень сильную группу молодежи, в основном из выпускников МФТИ. Вместе с ними мы работаем над целым блоком очень интересных задач в области квантовой, лазерной оптики и квантовой физики. Ребята замечательные! И я стараюсь как можно больше времени с ними проводить. От научной сферы пришлось больше переключиться на преподавательско-организационную. Возможно, этот переход случился слишком рано, но я нисколько не разочарован. Потому что, глядя на этих ребят, которые учатся у нас в группе, на их результаты и публикации, я получаю искреннее удовольствие.

Александр Шемяков — младший научный сотрудник группы ускорительной физики филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в Протвине.

Александр Шемяков — младший научный сотрудник группы ускорительной физики филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в Протвине.

Фото из личного архива

— Тема протонной терапии — междисциплинарная. Почему вы выбрали именно медицинское направление в физике?

— В свое время оно показалось мне интересным. Поступив в Обнинский филиал Московского инженерно-физического института (МИФИ), я сразу выбрал направление «Медицинская физика». На тот момент тематика была новой и актуальной. Она и сегодня продолжает существовать на стыке наук — медицины, физики и биологии. Могу сказать, что не ошибся в своем выборе. Данная тема мне близка и интересна по сей день.

— Насколько сложно осваивать такое широкое направление на стыке наук?

— Местами действительно непросто, но всегда интересно. Порой приходилось взаимодействовать со специалистами — физиками и медиками, которые не до конца понимали друг друга. Но в итоге все складывалось.

— Наблюдается ли кадровый дефицит в это области?

— Замечу, что таких специалистов появляется все больше с каждым годом. Между тем, если раньше существовал специалитет, выпуская уже более-менее готовых к практической работе специалистов, то сейчас после бакалавриата требуется дополнительное обучение в магистратуре либо спецкурс на производстве. Это несколько осложняет кадровый вопрос. Я и сам неоднократно руководил дипломными работами студентов из филиала в Обнинске и Протвине. У нас есть группа медицинской физики, но студентам все равно приходится уделять очень много времени и проводить дополнительное обучение по специальности.

Помимо этого, до сих пор еще не все понимают, что такое медицинский физик и зачем он нужен в клинике. Медперсоналу приходится объяснять, что современное оборудование необходимо должным образом обслуживать, и никто, кроме высококвалифицированных медицинских физиков и инженеров, не сможет этого делать.

— Чем сегодня занимается группа ускорительной физики в городе Протвино?

— Сегодня наша основная задача связана с разработкой комплексов протонной терапии «Прометеус». Специалисты создают новые узлы для данного комплекса, улучшают существующие и дорабатывают новые системы для повышения качества протонной терапии и расширения сферы использования и применения лучевой терапии. На сегодняшний день комплекс работает по облучению опухолей только головы, шеи. Сейчас мы пытаемся расширить сферу применения и для других органов, в том числе для облучения движущихся мишеней, то есть во время дыхания пациента.

— В России работают несколько центров протонной терапии, в Санкт-Петербурге, в Димитровграде и в Обнинске. При этом только в Обнинске используется отечественное оборудование. С чем это связано?

— Скорее всего это связано с недоверием и непониманием. Мы сталкивались с ними и ранее. Сейчас ситуация налаживается, поскольку технология становится более изученной, появляется всё больше публикаций, о достижениях протонной терапии рассказывают на конференциях. Множество пациентов и в Обнинске, и в Протвине получили лечение и продолжают получать. Но до сих пор приходится доказывать, что наша технология работает, что она эффективна.

Установки в Санкт-Петербурге и в Димитровграде представляют собой стандартные комплексы, которые используются во всем мире. Речь идет о серийном оборудовании, которое уже известно и понятно как врачам, так и специалистам. Нашу установку можно считать уникальной и для России, и для мира в целом. При этом два созданных нами ускорителя расположены в США.

Специфика в том, что установка основана на нестандартной методике облучения в положении сидя. Тогда как все врачи уже привыкли к тому, что пациент неподвижно лежит на столе, а вокруг него вращается система излучения.

Однако совсем недавно на одной из конференций американские коллеги также указали на эффективность облучения пациентов в положении сидя, отмечая, что таким образом органы гораздо меньше смещаются относительно лучей, а пациентам во время процедуры намного комфортнее. При этом отсутствие системы поворота пучка вокруг пациента значительно удешевляет весь комплекс, так как сама система стоит дороже ускорителя.

— Известно, что строительство, эксплуатация протонного центра обходятся недешево. При этом ясно, что запрос среди пациентов присутствует. Насколько востребованы протонные центры в нашей стране?

— Согласно результатам научных публикаций и отчетам онкологической службы Российской Федерации, потребность такая имеется. С каждым годом прирост новых случаев онкологических заболеваний увеличивается. Доказано, что порядка 20% пациентов показана протонная лучевая терапия. Это значит, что они получат больший эффект от данного излучения. Казалось бы, 20% — не так много, но это именно та доля, которым протоны показаны, а использование других методик будет не столь эффективно.

Строительство новых комплексов обусловлено научными и прикладными данными, но не стоит забывать, что на сегодняшний момент представленное у других производителей оборудование достаточно дорогое. Наша установка, в отличие от конкурентов, изначально задумывалась как недорогой аналог, который можно собрать в любом госпитале, городской больнице без возведения дополнительных зданий или подведения дополнительных коммуникаций.  Она потребляет мало энергии, а для работы с ней необходимо постоянное присутствие двух-трех человек. Поэтому наш комплекс был задуман как оборудование для массового производства и использования. Пока эту задачу реализовать не удалось, но мы надеемся на лучшее.

Система иммобилизации пациента для фиксации пациента в положении сидя и перемещения его в зону облучения

Система иммобилизации пациента для фиксации пациента в положении сидя и перемещения его в зону облучения

Фото: Николай Малахин / Научная Россия

— Недавно ваши коллеги из компании «Протом» пришли к выводу, что не стопроцентная эффективность протонной терапии связана в том числе с недостаточными дозами излучения. Расскажите подробнее про эту аналитику.

— В лучевой терапии существуют определенные стандарты облучения.  Для каждой локализации, для каждой опухоли в целом описана необходимая подведенная доза, суммарная за весь курс лечения и разово за один сеанс облучения, так как курс лучевой терапии может длиться около месяца. Пациент ежедневно должен получать определенную дозу облучения. По опыту использования фотонной терапии врачи просто перенесли показатели дозы на протонную терапию, что в ряде случаев может быть не совсем корректно, поскольку у протонов другое дозораспределение, и по-другому облучаются критические органы. Протонная терапия позволяет, не задев критические структуры, подвести большую дозу.

В ряде публикаций как раз показано, что, используя тонкий сканирующий пучок протонов, можно повысить разовую дозу на опухоль, тем самым снизить число сеансов облучения. А значит и пациенту будет легче проходить процедуру лечения, и мы сможем помочь большему количеству пациентов. Это соответственно сказывается на стоимости всего курса лучевой терапии и на стоимости самой установки.

Но пока все движется достаточно медленно, поскольку врачам-клиницистам необходимо собрать определенную когорту пациентов и убедиться, что данная методика повышения дозы за один сеанс безопасна. Думаю, что постепенно данный метод будет использоваться, а мы сможем облучать пациентов не в течение месяца, а в течение 2-3 недель.

В этом направлении мы активно работаем вместе с Институтом теоретической и экспериментальной биофизики в Пущине. На опытах с клетками и животными-опухоленосителями мы исследуем различные модификации облучения, различные дозы за фракцию и суммарную дозу за весь курс лечения. И пытаемся таким образом на базовом уровне подобрать оптимальную дозу для лечения различных опухолей, чтобы затем внедрить этот опыт в свою практику.

— Связано ли это с флеш-терапией, о которой все чаще говорят ученые?

— Не совсем. Флеш-терапия — действительно новая и популярная на сегодняшний день методика. Флеш-терапия также может проходить дробно за 20-30 сеансов, но сеанс облучения проходит не в течение 5-10 минут, а в течение нескольких секунд. Пока данный вид терапии однозначно не принят научным сообществом. Остается ждать дальнейших исследований.

— В настоящее время в мире продолжают разрабатывать протонные и ионные комплексы на основе циклотрона. Насколько я знаю, этот тип ускорителя малопригоден для лечения в современных условиях. Именно поэтому комплекс «Прометеус» был создан на основе синхротрона?

— Да, верно. Когда мы говорим о высокоэффективном комплексе фотонной терапии, то подразумеваем, что он относительно недорогой в эксплуатации, эффективный и доступный. Условно говоря, человек может ездить по Москве на современных спорткарах или огромных внедорожниках, которые потребляют массу топлива и требуют соответствующего ухода. Будет ли это эффективно? Наверное, нет. Мне кажется, массово все-таки стоит использовать более бюджетное средство транспортировки человека из одной точки в другую. Такая аналогия может быть справедлива и для комплекса протонной терапии. Да, циклотроны — хорошие ускорители, они показывают высокую эффективность и в лечении, и в работе. Но основное отличие от синхротрона заключается в том, что циклотроны ускоряют энергию до фиксированной отметки. По сути — это кольцевой магнит, в котором из центра до внешней его границы ускоряются частицы. И только дойдя до внешней границы, набрав необходимую энергию, порядка 250-ти мегаэлектронвольт, пучок выходит из ускорителя. Таким образом, независимо от того, какая энергия нам нужна для облучения пациента, будь то 50 мегаэлектронвольт, 100, 150, все равно ускоритель будет работать в режиме потребления максимальной мощности, то есть ускорять протоны 250-ти мегаэлектронвольт.

Чтобы замедлить эти частицы, устанавливают специальные поглотители, в которых вся энергия, полученная фактически тяжелым трудом, поглощается, и до пациента доходит уже какая-то небольшая часть энергии и частиц. Синхротрон работает по другому принципу. Мы изначально знаем, до какой энергии нам нужно ускорить частицу, чтоб облучить мишень. Частицы ускоряются, и выводится необходимое их количество. Нет поглотителей, нет замедлителя. Весь пучок, который мы ускорили, направляется в мишень. К тому же, при работе с синхротроном после выключения установки нет радиационных условий. В отличие от циклотрона, где блок, который замедляет энергию, некоторое время остается радиоактивным и небезопасным.

— Тогда почему все еще строят установки на основе циклотрона, если столько положительных аспектов у синхротрона?

— Речь идет о качественном маркетинге. Сейчас подобные установки легко создавать, поскольку существует отлаженный механизм сборки, настройки и тиражирования данной технологии. При этом вам нужно потратить достаточно большие ресурсы — и умственные, и физические, и технические, чтобы разработать новую систему на базе синхротрона, ведь по сути нужно все переделывать заново. Поэтому, если есть уже что-то рабочее, что-то, что пользуется популярностью, то нет необходимости изобретать новое.

— Нужно время?

— Вероятно, да. Сейчас есть аналоги у японских коллег, которые делают свои комплексы на базе синхротронов, но они пока тоже не столь популярны.

— В медицине распространена идея лечения онкологических заболеваний путем так называемого лишения кровоснабжения клеток опухоли. На установке «Прометеус», как заявлено, также можно осуществить эту идею радиохирургическим методом. Расскажите об этом подробнее.

— Да, эта идея существовала и существует по сей день. Одна из новых методик лечения, при которой облучение всего объема опухоли не равномерное, а поданное лишь по краям мишеней. Получается некий гипоксический кокон, при котором кислород не поступает к тканям опухоли, и таким образом, мы лишаем ее возможности активно делиться.

Пока это в практике не применяется. В данном случае также должно пройти какое-то время, чтобы клиницисты изучили методику подробно.

Наш комплекс действительно подходит для данного облучения, так как наш пучок тонкий и сканирующий. Это позволяет формировать планы лечения с любой интенсивностью и при любой локализации.

— В каком направлении вы с коллегами двигаетесь сегодня?

— Мы продолжаем изучать собственный комплекс в долгосрочной перспективе, пытаемся модифицировать и улучшать его. Помимо этого, коллеги из Протвина нацелены на повышение надежности и одновременное удешевление комплекса как в производстве, так и в эксплуатации. Мы надеемся, что в обозримом будущем нам удастся сделать комплекс с функцией контроля дыхания, чтобы работать в условиях смещения опухолей. Одно из новых для нас направлений посвящено протонной томографии — детектирующей системе, которая позволит получать высококонтрастное изображение по аналогии с рентгеновскими установками, но с использованием протонного пучка. Было показано, что наш комплекс отлично подходит для этого.

— Сегодня борьба с онкологическими заболеваниями — главная цель национального проекта «Здравоохранение». Появился ли более осознанный интерес со стороны государства к протонной терапии?

— Да, интерес растет. С появлением национальных проектов он увеличился. Но о какой-то помощи пока говорить рано. Но важно то, что появились квоты на протонную терапию. Такой графы в нашем Минздраве раньше не было. Это неоспоримый плюс, который дает хороший толчок развития протонной терапии в России.

К сожалению, появляется также и «специалисты», которые далеки от лучевой терапии, но при этом основываются на каких-то бизнес-идеях для продвижения технологии на рынок. Их основная цель — получение материальной выгоды. Зачастую они плохо понимают принцип работы и специфику задач, для решения которых создавались наши установки. Мы пытаемся довести лучевую терапию до высокого качества, сделать протонную терапию в России доступной, чтобы она стала базовой процедурой, которую можно сделать в каждой поликлинике.

— В фильме «Мирный атом», в котором в том в числе говорится о комплексе «Прометеус» и о его создателе Владимире Балакине, мне запомнился один очень трепетный момент, когда Владимир Егорович заплакал от того, что смог спасти человека благодаря своей работе по созданию комплекса. Вы осознаете лично, что занимаетесь важным, значимым делом, которое в том числе спасает жизни людей?

— Конечно, в процессе работы и лечения здесь в Протвине мы лично встречались и тесно общались с пациентами. И в ряде случаев, конечно, было морально тяжело. Ведь к нам приходили и те, кому было отказано во всех остальных центрах. Таким людям не подходила хирургия, химиотерапия, и во всех центрах лучевой терапии в России им было отказано в лечении, поскольку слишком близко к опухоли располагались жизненно-важные структуры, или была запущенная стадия заболевания. Коллеги из Обнинска, которые с ними работали, соглашались провести лучевую терапию протонами, так как считали, что она может дать определенный эффект для данной когорты больных. И эффект действительно был. У одной пациентки из-за рака была нарушена речь. После лучевой терапии речь постепенно к ней вернулась.

Не стоит забывать, что онкологическое заболевание — это всегда борьба человека за жизнь. И, к сожалению, не всегда врачи успевают оказать помощь. Поэтому так важно диагностировать заболевание на той стадии, когда лечение будет максимально эффективным.

Игорь Александрович Гулидов — заведующий отделением протонной и фотонной терапии Медицинского радиологического научного центра имени А.Ф. Цыба — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации.

Игорь Александрович Гулидов — заведующий отделением протонной и фотонной терапии Медицинского радиологического научного центра имени А.Ф. Цыба — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации.

Фото: Николай Малахин / Научная Россия

— Каковы главные задачи отделения фотонной и протонной терапии в Медицинском радиологическом научном центре имени А.Ф. Цыба?

— Лучевая терапия — один из основных методов лечения злокачественных образований. Как правило, в ней нуждается более половины онкологических пациентов. В нашем центре представлены все варианты лучевой терапии: и фотонная, и протонная, каждая из которых применяется в различных клинических ситуациях.

— В чем преимущества протонной терапии?

— Главный принцип лучевой терапии заключается в подведении к опухоли максимально возможной дозы с минимальным повреждением окружающих здоровых тканей. С этой точки зрения протонная терапия позволяет значительно уменьшить лучевую нагрузку на нормальные ткани, даже если мишень находится близко к критическим структурам организма. При этом максимально облучается только опухоль.

Современные методы фотонной терапии во многих ситуациях также позволяют с этим успешно справляться. Но в ряде случаев требуются более совершенные технологии, к которым как раз и относится протонная терапия.

Особенность протонов состоит в пространственном распределении дозы. В отличие от других видов излучений, протоны обладают свойством «добегать» до так называемого «плато», в котором они достигают максимальной глубины проникновения, где и происходит губительное для опухоли взаимодействие с раковыми клетками. Поэтому с чисто физической точки зрения протонная терапия позволяет добиваться лучших результатов в лечении пациентов, минимизировав лучевую нагрузку на нормальные ткани. Это особенно важно, когда опухоль расположена очень близко к жизненно важным органам, таким как глаз, спинной или головной мозг.

— Почему руководство НМИЦ радиологии выбрало именно отечественную установку «Прометеус», тогда как другие центры протонной терапии работают с зарубежным оборудованием?

— Исторически так сложилось, что, начиная со времен Советского Союза, вся новая техника для лучевой терапии разрабатывалась в сотрудничестве с МРНЦ им. А.Ф. Цыба и  испытывалась в нашей клинике. С тех пор у нас выстроились очень хорошие отношения с крупными научными и производственными центрами страны в этой области. Среди них Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Институт физики высоких энергий в Протвине и другие. В состав МРНЦ им. А.Ф. Цыба входит собственный научно-экспериментальный сектор, и мы, как не только медицинская, но и научная организация, заинтересованы в развитии отечественной техники. Мы не просто ее используем, но дорабатываем, развиваем и усовершенствуем. Для зарубежных аналогов такая практика невозможна.  Поэтому, когда появилась идея создания российского протонного комплекса, мы с удовольствием согласились принять участие в ее апробации и дальнейшем усовершенствовании. Сегодня мы не только его освоили, но и работаем над созданием горизонтального стола, который поможет значительно расширить возможности использования «Прометеуса» в других локализациях и в детской онкологии.

Сейчас протонная терапия движется по пути, по которому в свое время шли суперкомпьютерные и вычислительные технологии — от больших установок к компактным аппаратам. «Прометеус» — самый маленький, компактный протонный ускоритель медицинского назначения, и в этом тоже его преимущество.

Надо сказать, что вопрос стоимости проводимой терапии очень важен для любой системы здравоохранения. Для протонной установки в качестве «сырья» используется обыкновенный водород. Не менее важным параметром считается цена эксплуатации комплекса. Очень часто организации покупают технику, но не думают о том, как потом будут ее содержать. В случае с «Прометеусом» всё гораздо проще. Данный аппарат прост и надежен, в том числе с точки зрения эксплуатации. Огромный плюс в том, что все детали — российского производства, специалисты по техническому обслуживанию тоже наши. В случае необходимости проведения ТО или других манипуляций мы не ждем месяцами приезда иностранной команды, как это бывает в случае с импортной техникой. А сейчас, в период пандемии и ограничений свободного перемещения через границы, это стало еще одним нашим плюсом.

— Пациентов с какими диагнозами вы лечите на установке «Прометеус»?

— «Прометеус» используется при лечении практически всех типов опухолей головы и шеи. При этом мы стараемся лечить именно тех, для кого протонная терапия будет наиболее эффективна. В нашем центре наработан уникальный опыт повторного облучения интра- и экстракраниальных опухолей. Например, комплексное лечение глиобластомы предполагает и хирургическое вмешательство, и химиотерапию, и лучевую терапию. Зачастую мы имеем дело с рецидивами. Протонная терапия позволяет разрушить опухоль и при этом сохранить окружающие ее здоровые ткани, а вместе с ними и важнейшие функции мозга, например, память.

Сотрудники отделения протонной и фотонной терапии Медицинского радиологического научного центра имени А.Ф. Цыба — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России

Сотрудники отделения протонной и фотонной терапии Медицинского радиологического научного центра имени А.Ф. Цыба — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России

Фото: Официальный сайт МРНЦ им. А.Ф. Цыба

— А скольких пациентов вы уже пролечили на этой установке?

— Более 500. За 2020 год терапию получили 160 человек. Среди них, в том числе, иностранные пациенты из Болгарии, Кипра, Армении.

— В каких случаях протонная терапия бессильна, и нужен другой тип лечения?

— Подчеркну, что протонная терапия — это один из наиболее современных вариантов лучевого лечения. Есть ограничения лучевой терапии, которые, конечно, касаются и протонной. Да, иногда она намного эффективнее фотонной терапии. Ну, с другой стороны, существуют проблемы индивидуальной невосприимчивости к препаратам или любому другому воздействию на организм.  В ряде случаев применение лучевой терапии просто невозможно. И мы не претендуем на какую-то эксклюзивность, протонная терапия — не панацея. В нашей работе важен комплексный подход, при котором хирург, лучевой терапевт и химиотерапевт вместе принимают решение о лечении конкретного пациента.

Известен, например, способ, при котором хирург убирает большую часть опухоли, а с оставшейся областью борется лучевой терапевт, ведь чем меньше очаг, тем выше эффективность воздействия.

Химиотерапия — метод системный, но не всегда эффективный, если говорить о крупных очагах. Хирургия позволяет удалять подобные очаги. Лучевая терапия по своим возможностям располагается как раз между двумя этими методиками лечения, обеспечивая мощное воздействие на опухоль в зоне первичной операции. Но все-таки при лечении каждого пациента применяется индивидуальный подход. Принцип «не навреди» никто не отменял. И если мы уверены, что сможем помочь, то делаем для этого всё возможное, исходя из накопленного опыта. Между тем, любое повторное облучение — это всегда риск. При первом облучении терапевтические возможности врача и толерантность тканей самого пациента достаточно высокие. Во второй раз мы всегда на грани. Умение почувствовать эту грань очень значимо в нашей работе.

— Лечите ли вы детей на установке «Прометеус»?

—  Напомню, что протонное лечение проводится в специальном кресле в положении «сидя». Как правило, детей лечат в положении «лежа». Если нам и компании ЗАО «Протом» удастся модернизировать установку и создать стол для фиксации пациентов в положении «лежа», то мы сможем работать и с детьми.

— Что вы думаете о новом методе протонной флеш-терапии? Насколько он может быть эффективен?

— Пока сказать сложно. Идея лечения дозой очень высокой мощности и за короткий промежуток времени, безусловно, интересна. Она решает сразу несколько проблем. Во-первых, в процессе лечения мишень не успевает сместиться, что как раз может быть актуально с точки зрения работы с детьми. Время лечения существенно снижается, что позволяет повысить пропускную способность оборудования и уменьшить стоимость лечения. Помимо этого, есть надежда на определенные радиобиологические преимущества использования данного метода и, соответственно, повышение эффективности лечения. Однако, пока рано делать выводы, поскольку серьезных клинических испытаний еще не было.

— Вы уже упомянули, что сейчас в России функционирует три протонных центра — ваш в Обнинске, в Димитровграде и Санкт-Петербурге.  Насколько наша страна обеспечена протонными центрами? Насколько оправдано строительство новых центров протонной терапии?

— Мы живем в эпоху доказательной медицины. Все чаще появляются исследования, в которых ученые сравнивают эффективность фотонов и протонов при различных локализациях. Во что это выльется сложно сказать. Прямо сейчас можно говорить о том, что мы вышли на некий новый уровень. Ежегодно в мире открывается несколько новых протонных центров, Россия присоединилась к группе стран, располагающих современной инфраструктурой для протонной терапии. Тем не менее, в ближайшие годы я не ожидаю дальнейшего взрывного роста, и это хорошо заметно по числу проектируемых и вводимых в эксплуатацию центров. По планам Минздрава РФ всего планируется создать до 5-6 центров протонной терапии.

В любом случае я очень рад, что у нас появилась современная протонная терапия, потому что до недавнего времени некоторым пациентам просто некуда было идти.

 

Медицинский радиологический научный центр имени Цыба Обнинск Протвино ФИАН Физический институт имени Лебедева РАН александр шемяков игорь гулидов лучевая терапия николай колачевский онкологические заболевания протонная терапия

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.