Треугольник надежды. Протонный синхротрон - источник будущих технологий спасения от рака - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Треугольник надежды. Протонный синхротрон – источник будущих технологий спасения от рака

Импортозамещение – это путь к независимости государства. Оно важно при лечении социально значимых болезней. Технологии, купирующие рак, особенно нужны человечеству. Осенью прошлого года Минобрнауки РФ поддержало проект, уходящий корнями в конец ХХ века, когда с предложением создать протонный синхротрон в Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН пришел Владимир Балакин. Нобелевский лауреат Николай Геннадьевич Басов, столетие которого отмечается в этом году, предложение оценил, и под эту идею ФИАН выделил площадку в Протвино Московской области. Сейчас это Физико-технический центр ФИАН, а Владимир Егорович Балакин – его научный руководитель, членкор РАН. В результате страна получила не просто синхротрон, а изготовленный полностью на российской элементной базе комплекс протонной терапии «Прометеус».

Один его экземпляр используют как исследовательский в ФИАН, а другой применяют врачи в МРНЦ им. А.Ф.Цыба – филиале НМИЦ радиологии Минздрава России в Обнинске. По-хорошему давно пора выпускать их серийно. Производственные мощности для этого созданы в АО «Протом», организованного Владимиром Балакиным там же, в Протвино. Целую партию этих синхротронов заказали зарубежные научные центры, пара уже функционирует в США и Израиле, но основную часть заказа отправить не удалось сначала из-за козней ковидного локдауна, а потом из-за санкционных финансовых и транспортных препон. Но, сдается, несмотря на трудности, у протонных синхротронов большое будущее именно потому, что идти к нему теперь намечено короткой дорогой.

Минобрнауки поддержало проект «Разработка новых технологий диагностики и лучевой терапии социально значимых заболеваний протонными и ионными пучками с использованием бинарных ядерно-физических методов». Его надо осуществить за 2021-2023 годы. Основной исполнитель – ФИАН, в соратниках – ряд исследовательских групп, но прежде всего НМИЦ радиологии Минздрава и НИЯУ МИФИ. То есть перед нами жесткий треугольник «наука – медицина – образование». Зачем так?

На этот вопрос отвечает руководитель проекта доктор физико-математических наук, профессор, заведующая лабораторией радиационной биофизики и биомедицинских технологий ФИАН Ирина ЗАВЕСТОВСКАЯ:

– Три основных участника проекта – потому, что применение радиологии в медицине – дело сложное. Вот есть радиоактивный изотоп, его можно ввести в вену и кровотоком доставить в больной орган. Проблема только, что по пути к цели излучение воздействует на остальные ткани. Как говорят медики, если 13% радиации попадут в цель, уже хорошо.

Второе направление – внешнее облучение пораженных систем (рентген, гамма, протон, нейтрон, ионы). Рентген доступен, но сколько вы получаете рентгенов в больном органе, столько достается и пока здоровым. Но для излечивания минимальной опухоли надо хотя бы 30 Гр., и чтобы здоровые ткани рентгеновское облучение пережили, за сеанс нельзя дать более 2 Гр. С учетом времени на восстановление здоровых тканей облучение растягивается почти на 2 месяца. Долго. Протоны же тем хороши, что, обладая специальной физикой торможения в организме, максимум энергии выкладывают в конце своего пути при остановке (так называемый пик Брэгга в распределении энергии) , то есть предпочтительны для адресной доставки. Рассчитав их радиологическое воздействие, можно ударить в опухоль, но щадяще обойтись с пациентом.

– Почему же нет широкого применения медицинских синхротронов? Дороги?
– В РФ функционируют всего три протонных комплекса терапии. Наш – на протонном синхротроне в Обнинске и два на импортных циклотронах в Димитровграде и Санкт-Петербурге. Эти стоят 200-250 миллионов долларов, под такие нужен зал высотой в три этажа с бетонными стенами в 1,5 метра. В настоящий момент в России разрабатываются разные протонные системы для медицины – в НИЦ «Курчатовский институт», в Институте ядерных исследований РАН в Троицке. По разным оценкам, протонных установок нам нужно от 40 до 60 на страну.

– Я слышала про отечественную конструкцию с пятиметровым кольцом…
– Российский протонный синхротрон фирмы «Прометеус» имеет и впрямь пятиметровое внешнее кольцо, весит 15 тонн, у него низкое энергопотребление, и не нужна спецзащита. Его можно устанавливать прямо в обычных клинических центрах. Стоит порядка 10 миллионов долларов. А не заказывают их потому, что медицинские технологии – это триумвират высококачественных исследований, современной инфраструктуры и специально обученных кадров. Если нет хоть одного звена, конструкция теряет устойчивость, на нее нельзя опереться.

Второй момент: врачи хотят иметь лучевые терапевтические системы, которыми можно лечить разные опухоли. Это вопрос позиционирования пациента относительно протонного пучка и планирования облучения. В импортных системах есть так называемая конструкция гантри – размером с трехэтажный дом, стоит дороже самого циклотрона, но может облучать пациента с разных сторон. Обсуждая возможности КПТ «Прометеус», академик Андрей Дмитриевич Каприн отметил: «Мы не можем облучать все опухоли, не можем облучать наиболее часто встречаемые – рак предстательной и молочных желез. Проблема – позиционирование пациента».

– Это слабое место нашего комплекса протонной терапии. Но оно поддается коррекции, – объясняет Завестовская. – Сейчас протонный пучок от синхротрона используют при фиксации пациента в сидячем положении в кресле с шестью степенями свободы. Так удается облучать все новообразования головы, шеи и оснований черепа. Но не другие локации. Получена лицензия на лечение пациента в положении лежа, тоже с шестью степенями свободы. Но она пока не задействована. Почему? Протонный карандаш (пучок в 2-3 мм толщиной) должен пройтись по раковым тканям, а не по соседним. Но люди дышат, кашляют, у них сердце бьется, грудная клетка, живот колышутся, мышцы вздрагивают от напряжения… Соответственно, и опухоль движется. То есть надо планировать облучение с учетом такого колебания опухоли. Сейчас мы активизировали работу с использованием водного фантома. Люди же в основном из жидкости состоят. Сначала у каждого пациента снимают его ритм сердцебиения, дыхания, отклонения при кашле – не дай Бог – и под эти данные пишут цифровую программу воздействия и смотрят, как получается с учетом поведения водного фантома. Время расчета и оптимизация плана занимают почти 3 часа. Справимся с задачей – появится шанс эффективного лечения самого широкого списка злокачественных новообразований у взрослых и детей.

И есть еще уровень совершенно новых технологий – сочетанное действие излучений разного типа. Поставлена задача получить синергию от облучения ионами углерода и протонами или нейтронами и протонами. Задача решается в Обнинске.

По рекомендации Ирины Николаевны журналистам «Поиска» удалось побывать в МРНЦ им. А.Ф.Цыба. Как рассказал кандидат биологических наук заведующий отделом радиационной биофизики Сергей Корякин, сюда с 2016 года НМИЦ радиологии направляет онкологических больных на облучение протонами. До начала курса каждому из них изготавливают индивидуальную маску, чтобы минимизировать движения головы и шеи. Облучение, что длится считаные минуты, идет с нескольких направлений, и контролирует его команда профессионалов – два инженера-оператора установки, медицинский физик, врач-терапевт и медсестра. Для пациента разрабатывают не один план облучения, а 3-4, выбирается наиболее толерантный.

– А какова результативность?
– Как во всем мире: протонная терапия – более 80% успешного лечения. Особенно если болезнь на ранней стадии. Мы соответствуем стандартам. За год проходят 120 человек – такую квоту выделяет Мин­здрав. Сейчас задача – преподнести методики протонного облучения, утвержденные Минздравом, медикам, чтобы они понимали, как его тиражировать. Ну и главное: наш центр – исследовательский. Здесь важнее потока шлифовка методик, их верификация для тяжелых случаев. И новый поиск: скажем, почти 30% клеток опухоли – радиорезистентные, не боятся протонного излучения. А ионы углерода на них действуют. Когда к основному протонному курсу добавляем облучение ионами углерода (их получение на порядок дороже протонов), то результат достигаем лучше. Если бы в РФ появилось несколько центров по производству ионов углерода, то можно было бы комбинировать курсы и добиваться большой эффективности. Есть еще у нас проекты облучения протонами и нейтронами. Такого в мире еще нет, чтобы в соседних каньонах…

– Каньонах?
– В соседних лучевых кабинах. Важно, что дорогостоящую ионную терапию можно заменить для поверхностных опухолей бюджетной протонно-нейтронной.

Еще Ирина Завестовская рассказала о том, что в рамках проекта изучают бинарные протонные технологии: к воздействию протонов на раковую клетку добавляется излучение от реакции воздействия протонов на наночастицы бора или тяжелых металлов. Дополнительная радиация появляется именно в целевой (больной) области. Любой рост воздействия на опухоль и неувеличение радиации на здоровые ткани крайне важны для излечивания. Наночастицы производят лазерным синтезом в лаборатории Андрея Кабашина (МИФИ), а придают им функциональные свойства в лаборатории академика РАН Сергея Михайловича Деева, где делают молекулы-маркеры, умеющие находить рак и доставлять к опухоли наночастицы. Но и тут надо тщательно подбирать режимы, проверять каждый шаг сначала на клетках, потом на живых организмах – прививают опухоли мышам, облучают при разных режимах и с разной концентрацией наночастиц. В Томске есть потрясающие первые, но очень обнадеживающие результаты.

– А что вас, Ирина Николаевна, подтолкнуло к созданию такого сложного проекта?
– Федеральная научно-техническая программа развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019-2027 годы, что утверждена Президентом РФ, а руководит ею М.В.Ковальчук. Программа цельная, сконструирована для решения задач на государственном уровне. Благодаря ей множество синхротронных центров по стране зарождается. В Протвино, например, по ФНТП прописано создание большого Центра ядерной медицины. Для реализации отдельных мероприятий этой грандиозной программы предусмотрено финансирование больших исследовательских проектов. Был объявлен конкурс. Полученный нами грант – по сути, субсидия на реализацию мероприятий по направлению использования ядерно-физических методов в медицине.

Когда мы с коллегами из ФИАН ознакомилась с программой и требованиями конкурса, поняли, что есть все предпосылки, чтобы мы начали действовать. Исследовательские проекты в рамках ФНТП, с моей точки зрения, идеально составлены: крупное финансирование, нацеленность на конкретный большой результат, в их основу заложен триумвират – исследования, инфраструктура, подготовка кадров. И когда я стала с будущими участниками обговаривать возможность нашего проекта, меня поразило, какой главный вопрос у них был, с чего люди начинали обсуждение.

– Дадут ли достаточно денег?
– Нет. Кто работать на протонном синхротроне будет? И в Протвино, и в Обнинске люди ничего не просили, они прежде всего думали о подготовке специалистов для использования ядерных технологий в медицине. Вот почему в проекте третий важнейший партнер – НИЯУ МИФИ. Там готовятся соответствующие модули в существующие уже образовательные программы бакалавриата и магистратуры, а также программы ДПО. Это не просто дополнительное образование. Это обучение по новым направлениям. И мы уже направляем студентов МИФИ в Протвино с самого начала.

– Стоп, так это будут физики, не врачи?
– В МИФИ есть медфакультет, как раз в Обнинске. Но это будут разнообразные специалисты по разработке и использованию ядерных технологий в медицине. Три бакалаврских программы, магистерская и ряд ДПО будут реализовываться на базе НИЯУ МИФИ для инженеров, биотехнологов, медицинских и биофизиков, программа ординатуры и модуль ДПО для врачей – на базе НМИЦ радиологии МЗ РФ и программа аспирантуры – на базе ФИАН для специалистов в области ускорительной техники.


– Важно, что в проекте для молодых есть много точек научного применения, – продолжает Ирина Николаевна, – например, протонная томография, которая позволит одновременно получить и визуализацию, и терапию на одной установке с увеличением точности планирования облучения, – это абсолютно молодежный проект. Руководство ФИАН, как когда-то Басов, оказалось очень отзывчиво к потребностям времени. И сами как ученые участвуют в работах по этому гранту и ответственно относятся к принятию необходимых решений, чтобы проект развивался: в лаборатории создана молодежная группа, и количество ее участников растет. Приезжаю в Протвино и радуюсь: сплошь свежие умные лица. Раньше я даже расстраивалась: у нас же демократическое государство – получил диплом и рванул за рубеж стажироваться. Ни тебе отработки за бюджетное обучение, ни обязанностей перед Отечеством. А теперь Запад сам себя наказал – захлопнул двери перед нашими талантами, и они на Родине с успехом науку делают.

– Я смотрела показатели проекта. Надо получить восемь патентов, опубликовать тьму статей, а вы речь ведете о возможностях будущих технологий…
– Показатели разные по науке, технике, подготовке кадров. Поэтому у нас столько участников. За 2021 год уже 96 человек. Есть люди, которые выполняют проект в ФИАН, МРНЦ, МИФИ. Есть и заточенные на решение отдельных задач – корифеи из Института физики высоких энергий Курчатовского института оттачивают технологии облучения живых тканей ионами углерода, Институт ядерной физики (МГУ) новые детекторы нам разрабатывает. Еще есть математическое моделирование роста опухоли с поиском оптимальных режимов облучения. Там столько всего! И хоть я принадлежу к школе Николая Басова, чистый лазерщик по основному образованию, поняла сразу: если не планируешь результат на человека, который в итоге выздоровеет, твоя работа не имеет смысла. А когда твою цель врач понял, принял, то он твой соратник. Каждый ученый сам по себе – особенный, но если появился свет в конце тоннеля – результат, то у всех участников проекта (физиков, медиков, студентов с аспирантами) возникает драйв: страсть довести дело до конца. Получили первый результат – даже радоваться не стали, бросились перепроверять. Ты же ученый, ты не можешь проскользнуть по гребню, не освоив все пространство вокруг. Ты же исследователь, рискнувший работать на больших сложных установках.

– А зачем нужны большие установки?
– Они рождают много наукоемких направлений. Важно их иметь, ибо они – база, на которой открываются фундаментальные знания и идет конкретный поиск способов решить проблемы, мучающие человечество. Если страна делает сама такие установки и работает на них, обучает на них молодежь, то у нее будут и медицина, и безопасность, и великое будущее.

Беседовала Елизавета Понарина

Фото Николая Степаненкова

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2