Фабрика нейтронов. Как наука помогает бороться с онкологическими болезнями

Нижегородские учёные создают компактную установку, способную направленно уничтожать раковые клетки в организме человека.

Меньше, да лучше

Лучшие умы в мире продолжают разрабатывать новые способы физического воздействия на клетки, поражённые раком. Основная цель - уменьшить нагрузку на организм человека. Это важно: во время медицинских процедур вместе с раковыми клетками страдают здоровые. Само лечение становится настоящим испытанием для пациента.

Статья по теме

Научный подход. Как ученые помогают испытать радость материнства

Ещё в далёком 1936 году, через несколько лет после открытия нейтрона, американский рентгенолог Дж. Лочер предложил новый метод борьбы с раком - бор-нейтронозахватную терапию. Суть её в том, что раковые клетки насыщают стабильным изотопом бора-10 и облучают потоком (пучком) тепловых нейтронов. Ядро бора по своей природе способно эффективно захватывать нейтронные пучки, даже когда они «пролетают» мимо на большом расстоянии. Такое поглощение и последующий мощный выброс энергии вследствие ядерной реакции необратимо разрушают больную клетку.

Идея хорошая, но поначалу её воплощению мешало отсутствие техники, способной генерировать необходимое нейтронное излучение. Технику изобрели, но масштабы установок вновь ставили крест на возможности более широко использовать метод. Учёные Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) в Нижнем Новгороде взялись разработать компактный генератор нейтронов для практического применения в медицине.

Статья по теме

Аналог кожи и суперудобрения. Над чем еще работают нижегородские ученые?

«Когда я говорю о генерации нейтронных пучков, приходит на ум прежде всего огромный реактор атомной станции, - объясняет доктор физико-математических наук, заместитель директора ИПФ РАН по научной работе Михаил Глявин. - В Японии есть даже практика, когда онкобольных привозят в специальные клиники, расположенные около реакторов АЭС, чтобы те получили дозу облучения. Но это мало контролируемый процесс. Можно ли сделать такую установку более компактной? Мы поняли, что да. Так появилась нейтронная фабрика. Здесь используется принцип работы гиротрона (это электровакуумный СВЧ-прибор с электронным пучком, вращающимся с циклотронной частотой в сильном магнитном поле)».

Кстати, гиротрон - тоже нижегородское изобретение. Его придумали учёные Нижегородского радиофизического института (НИРФИ) в середине 1960-х годов под руководством Андрея Гапонова-Грехова. А ИПФ РАН сегодня занят в проекте создания международного термоядерного реактора ИТЭР, для которого требуются гиротроны с частотой излучения 170 ГГц и выходной мощностью 1 МВт в очень длинных импульсах. Предполагается, что Россия поставит 30% гиротронов для электронно-циклотронной системы установки ИТЭР. Это восемь гиротронных комплексов, каждый из которых состоит из гиротрона, сверхпроводящего магнита, согласующей СВЧ-оптики, вспомогательных источников питания, магнитных катушек и блока управления.

Впереди испытания

В качестве препаратов нейтронозахватной терапии рака сейчас используют соединения, которые содержат атомы нерадиоактивного изотопа бора-10. В основном это борный сульфгидрил и борфенилаланин на основе ароматической аминокислоты. Они позволяют бору активнее накапливаться в клетках опухоли, а не в здоровых тканях. Эти соединения обладают низкой токсичностью и способны растворяться в воде. В последние годы в мире активно ведут поиск и синтез новых потенциальных боросодержащих препаратов адресной доставки. Существующие слишком дороги, это ограничивает доступность метода лечения онкологических заболеваний.

Что касается нижегородской нейтронной фабрики, то через два года учёные должны представить её опытный образец.

Статья по теме

Коктейль из наук. Как ученые измеряют уровень стресса на дорогах и в школах

«Потом к испытаниям подключатся медики, - рассказывает и. о. директора ИПФ РАН, руководитель отделения физики плазмы и электроники больших мощностей Григорий Денисов. - У нас есть договоренности с Приволжским исследовательским медицинским университетом. Его специалисты хоть сегодня готовы начать тестировать установки на лабораторных животных, но пока нейтронного источника с нужными характеристиками мы им предоставить не можем. Думаю, медицинские испытания продлятся несколько лет. Говорить о серийном производстве таких приборов можно в обозримом будущем».

Научно-исследовательские работы сегодня финансирует государство. Кто будет налаживать серийное производство приборов, пока непонятно. Однако нижегородские учёные уже делают всё возможное, чтобы инновационный метод лечения онкологических заболеваний стал чуть ближе к простым людям.

Печатайте на здоровье. Как ученые создают импланты с помощью 3D-принтера Подробнее

Кстати

В 2018 году Нобелевскую премию по медицине дали Джеймсу Эллисону из США и Тасуку Хондзё из Японии за изобретение ингибиторов контрольных точек - препаратов, которые заставляют иммунитет активно уничтожать опухоль. Это новая терапия онкологических заболеваний.

Химиотерапия и таргетная терапия или напрямую убивают опухолевые клетки, или вмешиваются в их жизненные процессы, что тоже приводит к гибели клеток.

Иммунная терапия не обладает самостоятельным противоопухолевым эффектом - она лишь заставляет иммунные клетки убивать опухоль. С помощью нового лекарства учёным удалось подавить несколько видов рака у мышей. Во время клинических испытаний уровень выживаемости животных оказался намного выше прогнозируемого.

В 2012 году опубликовали результаты испытаний этого метода на людях. В них участвовали около 300 пациентов с разными типами рака. Значительное уменьшение объёма опухолей зафиксировали примерно у трети пациентов с меланомой - одной из самых агрессивных форм рака, а также у 30% людей, болевших раком почки.