Новая установка для лечения рака

В России разрабатывается портативная установка, способная уничтожить злокачественные опухоли при помощи облучения нейтронами. Сегодня в крупных медицинских центрах используется стационарное оборудование, под него выделяются целые здания. А созданный генератор займет не больше места, чем обычный стул, его можно будет расположить в обычной клинике. Прототип прибора уже испытан на мелких домашних животных, при этом сочеталось облучение нейтронами и фотонами. Новая технология запатентована.

Ученые доказали возможность лечения рака нейтронами более 40 лет назад. Они эффективнее борются со злокачественными опухолями, чем другие виды излучения при равных дозах. При облучении нейтроны производят вторичные частицы — протоны и тяжелые ионы. Эти виды частиц обеспечивают летальные для опухолевой клетки двухнитевые разрывы ДНК.

Однако широкое внедрение во врачебную практику нейтронного излучения осложняется тем, что генерирующие его установки занимают целое здание. К тому же терапию могут пройти не более 10 пациентов в день. Поэтому перед инженерами возникла задача создания установки, которую можно разместить в обычной больнице.

— Наша команда создала генератор диаметром 25 см, длиной 120 см, массой до 270 кг, — сообщил завотделом радиационной биофизики МРНЦ Степан Ульяненко. — Установка позволяет оптимизировать положение пациента и источника нейтронов относительно друг друга. Поэтому мы надеемся, что в перспективе лечение на установке будет проходить с помощью роботизированных систем.

Созданный прибор использует синтез ядер изотопов водорода дейтерия и трития. Энергия нейтронов составляет 14,1 МэВ. Это значение не уступает стационарным генераторам в Снежинске.

Но при лечении нейтронами, излучаемыми как портативными, так и большими установками, существует высокий риск повреждения здоровых тканей, окружающих опухоль. И чтобы исключить этот негативный эффект, в Обнинске разработали особые схемы комплексного облучения фотонами и нейтронами. Так как они имеют разные механизмы воздействия на биологические ткани, совместное применение позволяет снизить общую дозу облучения.

Перед началом сеансов облучения собак и кошек со спонтанными опухолями обследовали и подтвердили отсутствие прямых противопоказаний для лечения.

Уже после трех-четырех сеансов облучения крупными фракциями было достигнуто уменьшение размера опухоли в 1,5–3 раза и улучшение общего состояния большинства животных. Нормальные ткани, попадавшие в поле облучения, практически не реагировали на облучение.

Исследователи берут кровь у животного, привитого антигеном-мишенью, и выделяют из нее иммунные клетки, несущие гены антител

Полученный генетический материал находится в библиотеках антител — пробирках с прозрачной жидкостью, внутри которых — миллиарды разных вариантов антител

С помощью вирусов бактерий — фагов — ученые сужают число вероятных кандидатов. Затем выбирают из них два-три лучших варианта и переносят их на бактерии. Бактерии размножаются, и каждая несет на себе генетическую информацию одного варианта антитела

Из бактерий выделяют генетический материал и расшифровывают

Затем исследователи с помощью биоинформатических методов строят 3D-модель антитела, точечно меняя некоторые аминокислоты, чтобы улучшить свойства полученных белковых соединений и сделать их похожими на белок человека

Из бактерий выделяют генетический материал и расшифровывают

Онкологические больные зачастую стараются молчать о своем диагнозе, иногда о нем знают только самые близкие да врачи. Один из пациентов нового высокотехнологичного центра ядерной медицины тоже просит не называть его имя. Он проживает в Димитровграде.

Диагноз — рак предстательной железы — ему поставили в феврале этого года. Начались долгие курсы терапии, постоянные посещения врачей. "Я собирался 30 сентября ехать на полостную операцию в Самару, а 19 числа мне позвонили и сказали приходить в центр. Мы с супругой пришли сюда с определенным скепсисом. Уже после первого разговора с врачами я уже стал думать, как бы попасть сюда", — рассказывает пациент.

Здесь мужчина сдал анализ крови и прошел процедуру компьютерной томографии. Он доволен условиями центра и вниманием врачей. Главное ожидание для пациентов — выздороветь. И теперь у них появились новые инструменты для борьбы с раком.

Терапия для сложных случаев

С открытием центра появились возможности для лечения тех опухолей, которые раньше считались безнадежными. Если при обычной лучевой терапии повреждаются и окружающие опухоль ткани, то пучок протонов не задевает здоровые участки. То есть в новом центре можно лечить новообразования, расположенные рядом с жизненно важными органами, без боязни их повредить.

"В настоящее время утверждены протоколы на лечение четырех видов опухолей в центре. Это вторичная опухоль головы, это опухоль печени, опухоль предстательной железы и опухоль глаза. В настоящий момент у нас есть пациенты с опухолью печени, предстательной железы и головы", — рассказывает и.о. главного врача центра Любовь Шулепова.

По ее словам, в обозримом будущем медучреждение будет заниматься лечением только граждан России. "Центр является одним из шагов для достижения задач, поставленных в нашем нацпроекте", — говорит руководитель.

К этому дню центр протонной терапии полностью укомплектован и оборудованием, и кадрами. Врачи приехали сюда из разных регионов — из Омска, Санкт-Петербурга, Казани, Ульяновска, Самары. Общий штат превышает 1 тыс. человек.

Медцентр состоит из 22 корпусов, в том числе 12 лечебных: это поликлиника, центр позитронно-эмиссионной томографии для ПЭТ-диагностики, отделение радиологического лечения, корпус реабилитации, стационар, отделение радионуклидного лечения и другие. "Это тоже будет уникальное отделение тем, что оно станет самым крупным отделением в России, — оно рассчитано на 37 коек. Здесь будет проводиться лечение радиоактивным йодом", — рассказывает и.о. главного врача.

Новый медицинский центр обладает высокой пропускной способностью, это позволит охватить лечением большое число пациентов. Например, поликлиника рассчитана на 240 посещений в смену, ПЭТ-центр сможет принять до 10 тыс. человек в год, отделение радионуклидной терапии — около 2 тыс. человек в год. Стационар вмещает 312 коек, а проектная мощность протонного центра — 1200 человек.

Лечение будет бесплатным

Главное в этом медицинском учреждении — протонный центр.

"Лечение протонной терапией в настоящее время — это новое лечение для РФ, поэтому в этом году мы проводим лечение в рамках клинических апробаций", — говорит Любовь Шулепова.

Клиническая апробация продлится до конца 2019 года. Дальше центр будет работать по программе госгарантий бесплатного оказания медицинской помощи. То есть лечение здесь будет абсолютно бесплатным для всех.

Первых пациентов с подходящими диагнозами для центра выбрали по медицинской документации из других медучреждений. Все они проживают в Димитровграде. В дальнейшем в разных городах России онкобольных будут отбирать клиники, в которых они наблюдаются. После лечения все эти люди будут наблюдаться в центре и проходить ежегодные осмотры.

Работа с больным в медицинском учреждении проходит в три этапа: предлучевая диагностика, формирование плана и собственно лечение. Если первый этап пациент может пройти за 1–2 дня, второй занимает от 3 до 5 дней, то третий — самый длительный. Он может продолжаться до 21 дня.

3D-модель тела

В кабинете, где проводится подготовка к протонной терапии, установлен компьютерный томограф. Главное, что должен сделать доктор в этом помещении, — настроить пациента правильно, говорит кандидат медицинских наук, заместитель главного врача по лучевой диагностике Анна Бондаренко.

Здесь много необычных вещей — например, фиксирующие устройства, которые изготавливаются индивидуально для каждого пациента. Они необходимы, чтобы исключить любые движения того, кто лежит на столе. "Опухоль должна быть неподвижна, чтобы уменьшить облучаемый объем. Если мы облучаем движущийся объект, то становится сложнее в него попасть", — рассказала Бондаренко.

Индивидуальный фиксирующий матрас изготавливается для пациента на время всего курса лечения. Он создается в точном соответствии с формой тела. "В следующий раз, когда он придет на лучевую терапию, мы его уложим с точностью до десятой доли миллиметра — это шаг лазера", — рассказала заместитель главного врача.

На каждого пациента надевается термопластическая маска, которая позволяет зафиксировать голову. "Мы ее укладываем в горячую воду определенной температуры. Две минуты маска там находится, она становится мягкой, как желатин. После этого маска застывает на пациенте", — объясняет Бондаренко.

Министр здравоохранения РФ Вероника Скворцова заявила о новой Национальной программе по борьбе с раком. Ежедневно 1200 человек заболевают раком. В течение года Россия получает более 450 тысяч больных. Палочкой-выручалочкой может стать массовое внедрение протонной терапии.

Надежда Попова

Борьба с онкологическими заболеваниями в России - по словам министра Скворцовой - будет включать три части. Это подготовка квалифицированных кадров. Речь идёт не только о докторах, но и о радиохимиках и радиофизиках. Появятся специальные амбулаторные службы. Должны быть созданы межрайонные и межрегиональные онкологические центры с самым современным оснащением и горячими радионуклидными койками.

Статистика по онкологическим заболеваниям очень тревожная. В первом полугодии 2018 года число пациентов, умерших от злокачественных опухолей, увеличилось на 0,3% по сравнению с прошлым годом. В Москве и Московской области рост больных раком составил 4%, в Калужской области - 15%, а в Чукотском автономном округе - почти 80%.

Но в России каждый год "под нож" идут в среднем 355 больниц. Тогда на каких базах собираются располагаться новые онкоцентры? Огромные проблемы есть и со специалистами, с теми же радиофизиками и радиохимиками. Еще и заоблачная цена услуг в протонных центрах! Центр протонной терапии в Петербурге сообщает, что лечение в клинике стоит примерно 2 млн. рублей. Получается, что эти новшества опять только для богатых? И не потому ли Минздрав продолжает закрывать больницы?

Но что же такое протонная терапия? И почему за эти протоны вдруг так ухватилась министр Скворцова?

Сегодня в России есть несколько центров протонной терапии. Такой центр работает в Дубне на базе Объединенного института ядерных исследований. В Москве он действует на базе Института теоретической экспериментальной физики. Еще один Центр протонной терапии работает в Российском научном центре радиологии и хирургических технологий, расположенном в Гатчине (Ленинградская область). С осени 2017 года в РФ, в Санкт-Петербурге работает полноценный клинический центр протонной терапии, оснащенный двумя лечебными комнатами с поворотными гентри - он рассчитан на лечение 800 человек в год.

" Протонная революция" началась более 70 лет назад. В 1946 году одновременно два инженера - ядерщика доказали, как заряженные частицы поражают раковые образования. Они первыми заявили о необходимости "протонной революции" в онкологии. Но революция сразу не случилась. Только 25 лет назад центры протонной терапии появились в некоторых развитых странах, таких, как Германия, Франция, Бельгия. Все они созданы на базе дорогих циклотронов, что и определяет стоимость лечения. Оно остается для населения недоступным. Этими центрами протонной терапии можно восхищаться как хорошо организованными первоклассными клиниками для богатых, но от здравоохранения для масс они очень далеки.

Результаты, накопленные с 1990-х годов в клиниках Европы, говорят о том, что 97% мужчин, пролечивших рак простаты в протонных центрах, выздоровели полностью. Лечение опухолей головного мозга оказывается успешным в 90% случаев.

Сегодня в мире сегодня действует около 50 центров лечебной протонной терапии. За все эти годы в центрах прошли лечение около 70 тыс. человек.

Но тут ещё нужно сказать вот о чём: едва в Димитровграде приступили к работам на строительстве протонного центра, как стало известно о пропаже 70 млн. рублей. Эти деньги увели в офшоры.

Руководитель ФМБА Владимир Уйба неоднократно обвинял в затяжном строительстве Центра протонной терапии ульяновских чиновников. Он утверждал, что руководство Ульяновской области саботирует строительство, не выполняет обязательства по прокладке коммуникаций, отказывается от строительства жилья для работников центра и развития социальной инфраструктуры.

- Мы направили материалы проверки в следственные органы, - рассказывал журналистам старший помощник прокурора Ульяновской области Василий Зима. - Генеральная прокуратура РФ выявила незаконность проведения многомиллионных конкурсов на ремонт и реконструкцию некоторых объектов, в том числе и при возведении Центра протонной терапии.

Авторитетные ученые - ядерщики скептически оценивают массовый ввод Центров протонной терапии. И дело не только в дороговизне этого вида лечения.

Одним из первых негативно оценил протонную революцию директор Института ядерной физики, академик Андрей Будкер (ныне покойный).

И именно районную больницу академик Будкер считал опорой массового здравоохранения. Для этого нужно дешевое компактное и одновременно высокоэффективное оборудование.

Но ведомство Вероники Скворцовой продолжает закрывать все новые и новые больницы. С 2005 года закрыли более 5 400 больниц из 10 700. Эти данные взяты из исследования экспертов Центра экономических и политических реформ (ЦЭПР). Они были подготовлены на основе данных Росстата. Сильнее всего оптимизация сказалась на состоянии медицины в сельской местности: количество больничных коек ужалось на 40% .

По статистическим данным, в России ежегодно в протонной терапии нуждаются около 100 тысяч больных. И как, каким образом Министерство здравоохранения РФ собирается делать "протонную революцию" с массовым закрытием больниц? В России есть (к сожалению, пока единственный) современный центр протонной терапии, который работает не в экспериментальном, а в клиническом объеме. Он оснащен циклотроном и установками гентри производства американской компании Varian (это один из лидеров в производстве оборудования для протонных центров), МРТ, КТ, центром ядерной диагностики. Лечение уже ведется уже полгода. Но за его пределами - только экспериментальные установки в трех НИИ и два аппарата отечественной разработки, которые в совокупности могут вылечить 200-300 пациентов в год. Для сравнения: в Японии сегодня действуют 22 протонных центра, в США – 26 центров. Каждый из них может принимать более 1 тыс. больных в год. Новый центр в Димитровграде обещают теперь открыть в декабре 2018 года. Там обещают пустить сразу 4 протонных ускорителя. Правда, называется уже и другой срок – 2019 год, поскольку строительство объекта идет очень проблемно!

В Россию новая технология приходит медленно по простой причине: протонная терапия стоит дорого. Причем на всех стадиях. На создание государственного центра-долгостроя в Димитровграде уже истрачено более 20 млрд. рублей.

Но министр Скворцова обещает, что Россия постарается достичь европейских показателей по выявлению онкологических заболеваний к 2024 году. Смелое заявление.

Министр здравоохранения также сообщила, что протонная терапия к 2021 году может быть включена в программу госгарантий предоставления медпомощи. Тем не менее, остается много вопросов, на которые пока нет ответов. И если центр в Димитровграде строят так долго, а еще и с привлечением следственных органов, то как будут строить другие центры?

И не получится ли н овая национальная программа по борьбе с раком просто блефом?

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН возглавит научные работы по внедрению бор-нейтронзахватной терапии (БНЗТ) рака в клиническую практику в России. Программа научных исследований объединяет усилия нескольких институтов, чтобы в самом ближайшем будущем построить установки для удаления злокачественных опухолей с помощью этой уникальной методики.

Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

С точностью до клетки

Несмотря на то что технология БНЗТ известна в мире уже более полувека (впервые идея использования такой терапии была высказана в США в 1936 году), реализовать ее массово никому пока не удалось из-за больших сложностей с достижением нужных для лечения параметров пучка эпитепловых нейтронов. Чтобы уничтожить максимальное количество опухолевой ткани, пучок должен иметь большую плотность потока в довольно узком энергетическом диапазоне. Перед облучением пациенту вводят борсодержащее вещество, которое доставляет бор в клетки опухоли. При облучении в клетках опухоли происходит ядерная реакция с выделением энергии, микроскопический взрыв ядер бора, уничтожающий только те клетки, в которых накоплен бор. Ни одна хирургическая операция не способна выполнить удаление пораженных тканей с такой точностью. При этом общая доза облучения организма в медицине считается толерантной.

Уникальность технологии БНЗТ состоит в том, что нейтроны находят опухолевые клетки с бором и уничтожают их, даже если они расположены не локально, а рассыпаны по всему организму. Фактически она позволяет лечить пациентов даже на стадии метастазирования. Для некоторых видов опухолей, не имеющих четких границ, БНЗТ является если не панацеей, то единственным шансом на спасение пациента. К ним относятся глиобластомы мозга, метастазы меланомы, опухоли шеи, мезотелиома плевры и гепатоцеллюлярная карцинома.

Впервые БНЗТ была реализована в США на ядерном реакторе еще в 60-х годах ХХ века. Ядерный реактор, вне сомнения, не мог быть поставлен в клинику как прибор для лечения пациентов. Поэтому технология была научно-экспериментальная. В те годы еще не существовало технических возможностей и остро не хватало знаний, которые позволили бы создать качественную и безопасную установку для таких манипуляций.

С 1952 по 1962 год в Брукхейвенской национальной лаборатории и Массачусетском институте технологий (MIT) США облучению нейтронами на реакторе подверглись 44 пациента. Непростым делом оказался и правильный подбор лекарства для доставки и накопления бора в опухолевых тканях. По этой причине лечение этих пациентов прошло безуспешно. Первые медицинские ошибки обернулись скандалами и судами, которые на многие годы отбили у Америки охоту связываться с этой технологией. Однако после вспышки меланом (в конце 1980-х годов выявлено более 4 тыс. пациентов) США возобновили работу с БНЗТ. В конце 1990-х годов облучению на реакторах в MIT и Брукхейвене были подвергнуты более 50 пациентов.

Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

С 1967 года эксперименты по лечению онкобольных с помощью БНЗТ начались в Японии, где их инициировал тот же самый врач, который начинал эти работы в США. Профессор Хатанака проводил терапию безнадежных больных с опухолями головного мозга третьей-четвертой стадии. Находясь совсем рядом с ядерным реактором, он делал трепанацию, хирургически удалял большую часть опухоли, а затем насыщал оставшиеся ткани бором и облучал их нейтронами непосредственно на открытом черепе. 33% пациентов спустя пять лет после операций оставались в живых, хотя, согласно общей практике до операции, им оставалось жить считанные месяцы. При этом никакой деградации мозга у пациентов не наблюдалось.

Спустя несколько лет выживаемость выросла до 50%. Эксперименты японских ученых стали настоящим прорывом, который доказал необходимость развития БНЗТ во всем мире. Вскоре эту технологию стали применять не только для лечения опухолей головного мозга, но и для других высоколетальных онкозаболеваний с различной локализацией. На сегодняшний день в Японии на ядерных реакторах пролечены уже более 1000 пациентов.

Япония, к сожалению, пока единственная страна в мире, где технология БНЗТ используется в медицинской практике, причем только для своих граждан. И хотя будущая установка с идеальными характеристиками там еще не построена, для спасения человеческих жизней подходят и те параметры, которых им удалось достичь в последние годы. Сейчас в Японии одновременно строят сразу три установки БНЗТ, но уже не на основе ядерного реактора, а на основе ускорителя заряженных частиц. Поскольку такие технологии являются самым передним краем науки, крупные компании Mitsubishi, Hitachi и IBA посчитали создание этих установок делом чести и вызовом времени. В других странах эти программы финансируются в основном из госбюджета. Во всем мире сегодня функционируют 14 исследовательских центров БНЗТ.

Стоимость всего комплекса работ, включая строительство специализированного здания, ориентировочно составляет около 1 млрд руб. Заинтересованность в российском проекте проявляют медицинские организации, научные институты, университеты и представители профильных министерств. Окончательный сценарий финансирования проекта и место размещения установки БНЗТ для клинической практики пока не выбраны.

Сегодня среди лидеров направления можно уверенно назвать Россию и Японию, но такие работы ведутся и в Финляндии, Италии, Франции, Израиле, Аргентине, Англии, Китае, на Тайване, в Испании и некоторых других странах. Не одно десятилетие ушло на то, чтобы ученые выяснили, какие параметры пучка необходимы для идеального проведения БНЗТ. Слишком быстрые нейтроны приносят организму лишнюю дозу облучения, слишком медленные не могут глубоко проникать. Не меньше времени было затрачено на практическое создание ускорителя заряженных частиц с необходимым током. Технология оказалась настолько непредсказуемой и капризной, что на ее освоение сотрудникам Института ядерной физики Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН потребовалось 18 лет. Японские коллеги до сих пор пытаются повторить их рекорд.

Последние исследования ученых ИЯФ СО РАН показали, что для реализации технологии идеально подходит протонный пучок с энергией пучка 2,3 МэВ и током 5-10 мА, сбрасываемый для генерации нейтронов на тонкую литиевую мишень.

— Мы выяснили, что именно в этом режиме получается сделать поток нейтронов, лучше которого создать уже невозможно,— рассказал руководитель лаборатории БНЗТ, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН Сергей Таскаев.— Для его создания нам понадобится немного увеличить энергию и ток протонного пучка и сделать так, чтобы установка могла стабильно и долго работать в этом режиме. Мы изготовили новую мишень для генерации нейтронов, в которой учли результаты недавно проведенных научных исследований, и приступили к монтажу системы формирования пучка нейтронов, в которой реализованы ряд новых идей.

Помимо Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН как исполнителя ускорительного источника нейтронов в проекте реализации технологии примут участие два института химического профиля. Институт органической химии СО РАН и Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН будут разрабатывать отечественный препарат адресной доставки бора в клетки опухоли, создадут аналог зарубежного препарата борфенилаланина и выпустят его опытную партию. После этого они планируют разрабатывать свой оригинальный, более эффективный препарат. Томский НИИ онкологии согласился заниматься внедрением БНЗТ для лечения пациентов.

На октябрьском конгрессе по БНЗТ, который прошел в США, расчетную установку сибирских физиков назвали идеальной. При получении необходимого финансирования первый экземпляр установки может быть создан за пару лет. Это будет первая в мире установка БНЗТ, которую можно будет помещать в клинику для лечения онкологических пациентов. У руководства области и страны еще есть немного времени для подготовки необходимой базы — строительства специализированного онкологического центра с помещением, приспособленным для соответствующих операций и установки многотонного оборудования.

Ни одна хирургическая операция не способна выполнить удаление пораженных тканей с такой точностью, как бор-нейтронзахватная терапия

1. Люминисценция. Метастазы рака заставляют светиться. Фотодинамическая терапия

Итак, ученые уже много лет проводят эксперименты не только над растениями. Свойства люциферазы и других генов, белков, ферментов или веществ (например, 5 - аминолевулиновой кислоты), способных давать люминисценцию активно исследуются для выявления новых методов диагностики и лечения рака уже более десяти лет.

Помимо диагностики и лечения онкологии, разрабатываемые нанозонды могут применяться для диагностики других инфекционных, воспалительных, иммунных заболеваний и для адресной доставки лекарственных препаратов. Например, если вы заболели, вы принимаете антибиотики, которые накапливаются в тканях всего организма, убивая в том числе и полезные бактерии, негативно влияя на печень и другие внутренние органы. При помощи новых технологий лекарство будет доставляться только в участок инфекции или воспаления. Не влияя на здоровые ткани и органы. Российские и корейские ученые в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ совместно с Пхоханским университетом науки и технологии уже работают в этом направлении.

Подсветка раковых клеток при помощи вирусов-мутантов. Эндрю Браун и его команда создали генетически модифицированный вирус герпеса, который заражает только клетки опухоли. Этот вирус окружен клетками люциферазы, которая позволяет зараженной опухоли светится. Если метод докажет свою эффективность вирусы повсеместно будут применяться для визуализации опухоли вместо томографов.

2. Генная терапия и вирусы

Иммунитет человека может бороться с онкологией сам. Но почему же этого не происходит? Дело в том, что рак, маскируется под нормальные, здоровые клетки человека, поэтому иммунитет его не распознает. Например, у раковых клеток больных лейкемией на поверхности есть белок CD19, который маскирует злокачественные клетки под нормальные, и они остаются незамеченными для иммунитета человека. Ученые нашли способ добавить к лимфоцитам больных гены рецепторы CD19 и вернут измененные клетки в организм больных лейкемией при помощи обезвреженных ретровирусов, обладающих способностью встраиваться в ДНК человека. Потерявшие маскировку раковые клетки были атакованы модифицированными лимфоцитами. 90% испытуемых, больных тяжелой формой лейкемии пошли на поправку.

Активно изучаются возможности использования вирусов для генной терапии:

не вызывает защитного ответа в раковых клетках

Читайте также: