Geum.ru

Атомная наука и промышленность

Вид материалаДокументы

Содержание


Ускорители идут на помощь онкологии
Подобный материал:
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   19

УСКОРИТЕЛИ ИДУТ НА ПОМОЩЬ ОНКОЛОГИИ


Дерновой Г.Н., ГНЦ ИФВЭ им.А.И.Лейпунского


По данным ООН, каждая пятая смерть на планете происходит вследствие заболевания той или иной разновидностью рака. Для нашей страны, с её практически повсеместными неблагоприятными для здоровья социальными и экологическими обстоятельствами, онкология может стать «историей болезни» для едва ли не четверти всего населения. Есть мнения, что онкологический риск проживания в России можно оценить цифрой порядка 400-500 тысяч новых раковых больных ежегодно. Так что борьба с раком – одна из острейших медицинских проблем современности в стране и в мире.

Сразу надо сказать, что, как и во всякой иной борьбе, шансы на победу имеются. Если раковое заболевание не запущено, его можно в большинстве случаев и остановить, и преодолеть. Медицина к настоящему времени располагает тремя способами борьбы с раком: известная с незапамятных времен прямая хирургия (удаление опухоли), химическая терапия (подавление опухоли препаратами) и, наконец, приобретающая все больший вес радиационная, или лучевая терапия. Для лечения обычно используются либо отдельные методики, либо то или иное их сочетание - в зависимости от конкретного заболевания и его тяжести для конкретного больного. Эффективность излечивания по всему контингенту больных оценивается за рубежом уровнем порядка 60%, в России – ниже 40%. Во многом это связано с тем, что в наиболее развитых странах лучевая терапия применяется для 70% всех больных, в России же этот вариант лечения применяется менее чем в 20% случаев (приведенные цифры носят усредненный по разным источникам характер).

Причина такого отставания проста: по состоянию на 2004-й год на всю страну у нас было около 130 отделений лучевой терапии, причем техническое оснащение большинства из них отставало от развитых стран на 20-30 лет, поскольку использовалась гамма–лучевая аппаратура разработки 60-70 годов. По оценкам, соотношение применяемых кобальтовых установок и медицинских ускорителей составляет 7:1 вместо принятого в развитых странах 1:2 (то есть в 14 раз меньше). Детализируя категорию медицинских ускорителей, надо иметь ввиду, что применяются ускорители разного типа частиц: электронов, протонов и ионов, более тяжелых, чем протоны. Всего в мире на сегодня действуют около 10 тысяч специализированных медицинских электронных ускорителей (более половины – в США), уже на десятки идет счет специализированным центрам протонной терапии (в России их пока всего три). Плюс ко всему намечается повсеместный интерес к созданию более сложных и совершенных центров ионной терапии (пока их на планете меньше, чем пальцев на одной руке, расположены они в США, Германии и Японии).

Возникают два вопроса – почему нужны разные типы ускоренных частиц, и какое количество таких и подобных, в общем-то, дорогостоящих центров нужно иметь? Для ответа на первый вопрос надо напомнить, в чем суть лучевой терапии. Дело в том, что облучении живой ткани интенсивными пучками гамма– квантов (фотонов) и заряженных частиц начинает работать определенный химический механизм взаимодействия. Составляющие биоткань электрически нейтральные атомы под воздействие излучения ионизируются, вступают в реакции, и образуют химически активные свободные радикалы, которые повреждают генетический механизм клетки - молекулу ДНК. Клетки в таком случае во многом теряют способность к восстановлению, и опухоль с высокой степенью вероятности обезвреживается, т.е. теряет способность расти. Если же механизм размножения раковых клеток не подавлен, или, говоря другими словами, речь идет о резистентной форме заболевания, встает вопрос о «долечивании» такого пациента. И здесь надежды связаны, прежде всего, с научным прогрессом, в том числе, как это ни странно, с физикой на ускорителях заряженных частиц.

Надо сказать, что почти сразу же после открытия В.Рентгеном в 1895 году его «проникающих Х-лучей» возникли предложения облучать опухоли. Дистанция от идеи до применения оказалась на удивление короткой (что, в общем-то, характерно для времен быстрого развития капитализма), и уже скоро в крупных клиниках стали применяться «рентгеновские трубки». Они и по сей день остаются «в строю» для ряда медицинских процедур. В качестве источников излучения используются радиоактивные изотопы (преимущественно на кобальте-60), ускорители электронов, гамма - излучатели. У всех этих способов облучения, даже, несмотря на постоянный прогресс в технологии и методике лучевой терапии, есть серьезный недостаток: вместе с очагом заболевания практически сопоставимые дозовые нагрузки получают и окружающие здоровые ткани. Это не позволяет лечить опухоли, находящиеся в непосредственной близости от жизненно важных органов и тканей. Выход был найден в середине прошлого века благодаря развитию ускорительной техники.

К этому времени рядом исследователей, и прежде всего Р.Вильсоном, было установлено, что можно не только значительно улучшить геометрию распределения дозы, но и увеличить повреждающий клетки опухолей эффект облучения. Это достигается при переходе на облучение ускоренными пучками более тяжелых частиц – протонами и ионами. Такие частицы проходят сквозь ткани, имея определенную длину пробега. Физика процесса при этом такова, что явно выделенный максимум передачи энергии пучка окружающим тканям достигается именно в конце пробега, это явление называется «пиком Брээгга». А поскольку ускоритель позволяет свободно варьировать энергию пучка, можно создавать максимум облучения на заранее определенной глубине, то есть поражать очаг заболевания максимально точно, сохраняя практически незатронутыми более критические к облучению органы.

Такова теоретическая основа протонной лучевой терапии (ПЛТ). Практика же показала, что, несмотря на уникально высокий показатель излечиваемости облучаемых протонами больных, превышающий 90%, эта методика была показана менее чем в 10% от общего числа заболеваний. Дело в том, что протонные ускорители сооружались, как правило, в целях экспериментальной физики. Это громоздкие и весьма дорогие сооружения, конструктивно же ПЛТ можно было выполнять на выведенных пучках лишь при горизонтальной фиксации по отношению к лежащему пациенту. В этом смысле значительно более компактные электронные ускорители (гамма - излучатели) оказалось возможным применять по системе «гантри» - это когда размещенный на раме излучатель можно вращать вокруг пациента. Тем не менее, несмотря на более широкое распространение электронной и гамма-терапии, ПЛТ оказалась весьма эффективной для лечения внутричерепных заболеваний в офтальмологии – в частности, для лечения меланомы глаза, не излечиваемой иными способами.

Считается, что ПЛТ введена в лечебную практику с 1954 года, когда в Беркли (США) был впервые организован специализированный вывод протонного пучка ускорителя для медицинских целей. Затем такие лечебные центры стали организовываться и во многих других мировых ускорительных лабораториях и институтах, располагающих соответствующей ускорительной базой. Начиная с 90-х годов, в наиболее развитых странах (США, Япония, Западная Европа) стали сооружаться специализированные центры ПЛТ при крупных клиниках, для которых создаются специализированные «медицинские» ускорители, необходимая инфраструктура для предлучевой подготовки, системы ротации типа «гантри». По состоянию на сегодняшний день в мире насчитывается более 20 центров ПЛТ на «привлеченных» ускорителях из физики, и более 10 – на «медицинских ускорителях». Вот как эти специализированные клинические центры распределены по планете: 4 – в Японии, 3 – в США, 4 – в Западной Европе, 1 – в Китае. Эта статистика будет, несомненно, возрастать с каждым годом.

Если же говорить о мировом опыте протонной терапии, то всего пролечено около 40 тысяч пациентов, включая и вклад 3 действующих российских центров (все они – на базе ускорителей из экспериментальной физики). Вот какая статистка онкотерапии в этих центрах по состоянию на начало прошлого года:

- ОИЯИ, Дубна, с 1967 г. проведено лечение 442 больных;

- ИТЭФ, Москва, с 1969 г. пролечено 3833 больных;

- ПИЯФ, Санкт-Петербург (Гатчина), с 1974 г. - 1281 больной.

К сожалению, «производительность» этих центров ПЛТ с начала 90-х годов заметно снизилась, так что этот неплохой суммарный показатель за счет прежних заслуг не должен заслонять ту «пропасть», которая отделяет Россию от передовых показателей в мире.

Что делать, чтобы преодолеть это отставание? Строить новые центры. Согласно прошлогоднему обсуждению на НТС Росатома, вот какие ближайшие перспективы:

- При поддержке правительства Москвы под научным и организационным руководством ИТЭФ начаты работы по проектированию центра ПЛТ в больнице им. С.П.Боткина, предусматривающего создание двух установок с горизонтальным наведением пучка и двух установок – с системой «гантри».

- В течение ряда лет ведутся работы по созданию центра ПЛТ в ИЯИ РАН (г. Троицк Московской области) на базе действующего линейного протонного ускорителя мезонной фабрики.

- В Физико-техническом центре Физического института им. П.Лебедева (ФТЦ ФИАН, г. Протвино Московской области) под руководством члена-корреспондента РАН В.Балакина и при поддержке правительства Московской области ведутся работы по созданию компактного комплекса ПЛТ на основе специализированного «медицинского» синхротрона с рекордно малыми размерами. В настоящее время смонтирован и отлаживается опытный образец ускорителя, уже построено помещении для комплекса ПЛТ при городской больнице. Медицинские испытания запланированы на вторую половину 2007 года.

В последние годы большие надежды стали возлагаться на развитие технологий, позволяющих использовать метод лучевой терапии с помощью ускоренных ионов углерода (12С). Дело в том, что ионы углерода обладают как преимуществами в пространственном распределении дозы, характерными для протонов, так и серьезным радиобиологическим преимуществом, поскольку именно для этих ионов вступает в силу не только химический, и прямой принцип воздействия на живую ткань. В результате гораздо более высокой степени ионизации атомов биоткани молекула ДНК вещества опухоли буквально перерезается в нескольких местах и полностью теряет способность к восстановлению. Этот многообещающий метод, наиболее перспективный для резистентных опухолей, уже с середины 90-х был успешно опробован на практике. Опыт лечения более 2000 пациентов (в Японии) показал, что можно обеспечить эффективное лечение в таких случаях, которые ранее считались «безнадежными». Для некоторых видов раковых заболеваний применение методики ионной лучевой терапии позволило достигнуть 90% излечиваемости. Центры ионной терапии начали внедряться в мировую онкологическую практику (в США ведутся исследования, в Японии построено уже 2 лечебных центра, в Германии – 1, в Италии строится, в Австрии, Швеции, Франции и Китае проектируются).

Вот здесь и подходим к ответу на вопрос о том, сколько же надо иметь центров лучевой терапии. Ответ подсказан умеющими не только считать деньги, но и реально оценивать проблему здоровья собственного населения западноевропейские специалисты. В статье известных физиков-радиологов Уго Амальди и Герхарда Крафта (журнал «ЦЕРН-курьер» за декабрь 2006 г.) проанализирована статистика «долечивания» пациентов по жизненным показателям после терапии на гамма-квантах (кобальтовые установки и электронные ускорители), переходя на использование протонных, а в особо сложных случаях – ионно-углеродных пучков из ускорителей. Вот их рекомендации для принятия национальных программ по онкотерапии: на каждые 5 миллионов жителей необходимо иметь протонный центр на 3-4 облучательные кабины (с тем, чтобы лечить порядка полутора тысяч пациентов в год), и на 35 миллионов жителей – минимум один центр терапии на ионах углерода. Если ситуация в России по терапии на гамма-квантах более или менее налаживается за счет производства отечественных и закупки импортных облучателей, то проблема создания новых специализированных центров протонно-ионной терапии встает в полный рост.

Именно над практическими вопросами реализации проекта создания первого в стране центра ионной терапии сейчас работают в Институте физики высоких энергий. Ученые института совместно со специалистами Обнинска (радиобиология) и Санкт-Петербурга (электрофизическое оборудование) уже в течение ряда лет работают над тем, как приспособить уникальные возможности протвинского ускорительного комплекса ИФВЭ к задачам ионной онкотерапии. Имеющиеся здесь линейные и кольцевые ускорители позволяют в принципе выдавать для медицинских целей пучки протонов и ионов, в том числе углерода, нужна лишь определенная инженерная подготовка. Еще в 2000 г. первоначальный проект был рассмотрен и одобрен Комиссией по новой технике Министерства здравоохранения РФ, было получено заключение о целесообразности НИР по созданию ЦИЛТ (Центра ионной лучевой терапии), утвержден медицинский соисполнитель в лице обнинского МРНЦ. Проект неоднократно докладывался на различных конференциях и совещаниях и получал положительные оценки, однако все работы велись без целевого финансирования. Сдвиг наметился в 2006-м году, когда губернатор Московской области Б.Громов, посетивший ГНЦ ИФВЭ в День науки 8 февраля, огласил решение о выделении из областного бюджета 300 миллионов рублей на продолжение протвинскими учеными дальнейших разработок по созданию ЦИЛТ. Надо сказать, что это около половины стоимости работ по бизнес-плану, доложенному губернатору, и поступление их ожидается в начавшемся 2007-м году. Тем не менее протвинские физики, наряду со своей основной деятельностью уже активно развернули подготовительные работы по ЦИЛТ.

В дополнение к физической программе состоявшегося в конце прошлого года «сеанса» работы единственного в стране «большого» протонного синхротрона осуществлены работы по проводке ускоренных частиц по новому, только что построенному ионному каналу. Он соединяет 100-метровое кольцо промежуточного ускорителя - бустера с давно не включавшимся в ускорительную цепочку линейным ускорителем И-100. Этот ускоритель отработал на «большое кольцо» с момента запуска в 1967 году почти два десятка лет, и вот теперь ему предстоит «вторая жизнь» - он должен будет выполнять новую функцию по предварительному ускорению ионов углерода. Вот первые вехи на этом пути:

- 17 ноября по новому каналу до бустера впервые проведен пучок протонов из И-100;

- в ночь с 1 на 2 декабря по тому же маршруту проведены более тяжелые частицы – дейтроны.

Это означает, что нет принципиальных препятствий для получения углеродных пучков в медицинских целях. Есть только лежащие вне научно-технической плоскости проблемы: финансовые, кадровые, организационные. Достаточно сказать, что того, чтобы помочь в «пробуждении» линейного укорителя И-100, пришлось разыскивать и привлекать некоторых специалистов, дано ушедших или на пенсию, или на высокооплачиваемую работу в Москве. Спасибо - откликнулись. Теперь впереди работы, связанные с обеспечением проводки ионных пучков в бустерном синхротроне, а затем – и в полуторакилометровом кольце главного ускорителя до расчетной энергии 420 МэВ на нуклон. Разумеется, надо работать и в «медицинской плоскости» - по проектированию и сооружению терапевтических кабин для тяжелых онкобольных, у которых, возможно, остался последний шанс.

Если планы физиков ГНЦ ИФВЭ будут иметь соответствующую поддержку, страна может получить уникальный Центр ионной лучевой терапии для лечения пациентов с самыми сложными раковыми заболеваниями. За счет того, что используется уже существующий ускорительный комплекс и благодаря развитой инфраструктуре как в институте, так и в городе Протвино, реальные затраты составят лишь 15-20% от тех денег, которые нужны на создание «с нуля» нового подобного центра. Таким образом, в соответствии с расчетами европейских специалистов за счет имеющихся и сооружаемых в Московской области в центров протонной терапии и протвинского комплекса на ионах углерода будут полностью обеспечены потребности в этих видах онкотерапии не только Московской области, но и всего Центрального федерального округа. В целом же без перевооружения отечественного здравоохранения на современном уровне трудно говорить о действительно государственном подходе к национальному проекту «Здоровье».