Сергей Таскаев (ИЯФ) о бор-нейтронозахватной терапии (часть 2)

АрхивНаука и жизнь

Научный сотрудник ИЯФ Сергей Таскаев рассказывает новом способе лечения злокачественных опухолей и проводит экскурсию по своей лаборатории.

Это вторая часть статьи. Первую часть читайте здесь.

Бор-нейтронозахватная терапия – это способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей. Физический принцип терапии "прост и элегантен": в кровь человека вводится борсодержащий раствор, после чего в раковых клетках накапливается бор, а точнее – стабильный изотоп бор-10. Затем опухоль облучают потоком эпитепловых нейтронов, ядра бора поглощают нейтроны, происходят ядерные реакции с большим энерговыделением, и больные клетки погибают.

Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера Сергей Таскаев показал нам ускорительный источник нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии и рассказал, как он работает.

Дверь в помещение с ускорителем

- Мы находимся в бункере, радиационно-защищенном помещении. Рядом расположена пультовая. Из пультовой осуществляется управление установкой, сюда стекается вся информация с датчиков, детекторов. В помещении, где стоит ускоритель, во время его работы находиться нельзя из-за радиации. По этой же причине помещение оснащено двойной дверью.

Ускоритель

- Вот эта бочка – ускоритель. Внутри есть начинка – это изолятор, на который прикреплены электроды. На них подают потенциалы, которые формируют электрическое поле. Оно ускоряет инжектируемые в ускоритель отрицательные ионы водорода до 1 МэВ. В центре бочки под потенциалом 1 МВ установлена обдирочная мишень – трубка, в которую подпускают газ. Отрицательные ионы водорода, пролетая через газ внутри трубки, теряют оба электрона, становятся протонами и тем же потенциалом вновь ускоряются теперь уже до энергии 2 МэВ. Далее протоны транспортируются по тракту, квадрупольные магниты которого сделаны по технологии, которую наш институт разрабатывал для ЦЕРНа. Вот тут протонный пучок поворачивают вниз и уже перед самой нейтроногенерирующей мишенью разворачивают, сканируют по этой мишени. В результате взаимодействия протонов с литием появляются нейтроны.

Тракт, по которому идет протонный пучок от ускорителя к мишени. С. Таскаев (справа) знакомит с установкой БНЗТ Жерара Бенгуа и Тору Кобаяси (Университет Киото)

- Мы пробуем реализовать новый режим формирования пучка эпитепловых нейтронов. Обычно генерируют большое количество быстрых нейтронов, которые затем с помощью системы замедлитель-отражатель-фильтр трансформируют в эпитепловые. Это обычная схема, и она точно работает, и она точно может быть сделана у нас. Но нам хочется использовать ещё один подарок природы – чрезвычайно резкий рост сечения реакции протонов по литию, приводящей к генерации нейтронов сразу же за порогом этой реакции. В этом случае припороговой генерации нейтронов поток нейтронов меньше, но они вследствие кинематической коллимации летят вперед, и их энергия совсем не намного больше требуемой. Поэтому на пути к пациенту можно поставить совсем тонкий замедлитель-фильтр и эффективно использовать для терапии сгенерированные нейтроны. Всё это означает, что значительно меньше нейтронов будет болтаться по помещению, и требования к залу могут быть существенно уменьшены, не надо делать толстые стены.

Мишень

- Мы уже измеряли поток нейтронов, а сейчас подготовили времяпролётную методику для измерения их спектра, что очень важно для нас. Также изготовили фантом, имитатор головы, и будем его подставлять под мишень для измерения дозы и спектра внутри фантома. Также вот на этот деревянный поддон под мишенью мы планируем устанавливать кюветы с клеточными культурами.

Фантом

- Это сконструированный фантом. Нейтрон в оргстекле ведет себя примерно так же, как в организме. Хоть мы состоим из воды, но взаимодействие нейтрона с углеродом и кислородом подобно. Для измерения спектра в фантоме мы собираемся использовать индиевые фольги. Индий-115 резонансно поглощает нейтрон с энергией 1,45 эВ и становится индием-116, причём может оказаться как в основном состоянии, так и в двух возбуждённых. Есть теоретически посчитанные вероятности нахождения индия-116 в этих состояниях. И есть приписка: экспериментальные данные столь противоречивы, что невозможно ничего сказать наверняка. Поэтому если займемся индием, то сможем внести лепту и в ядерную физику. Зачем нам это надо? Просто первое возбужденное состояние характеризуется периодом полураспада 54 минуты. Если мы измерим эту активность и будем знать вероятность, то определим плотность потока 1,45 эВ нейтронов в точке расположения индиевой фольги. А вместе с другими видами фольги (золотой, серебряной, медной и т.п.) – восстановим спектр.

- Можно ли уже сейчас проводить эксперименты на животных?

- Можно.

- А требуется ли для этого специальное разрешение?

- Не знаю. Именно поэтому мы хотим, чтобы появились люди, которые знают, как это делать. Но мы хотим начать с клеток, потренироваться. Некоторые будем просто подставлять, некоторые напичкаем борфиниланилом и посмотрим, как они себя будут вести.

- А вы делаете временные прогнозы – когда будут существенные продвижения в работе?

- Когда мы начинали, мы всегда ставили себе какие-то сроки, но академик Л.М. Барков советовал не забывать умножать их на π. Так и сейчас: непонятно, зачем этот срок называть. С точки зрения физики мы сможем обеспечить нейтронный пучок, но нужно, чтобы медики включились в работу. Проводить терапию можно будет только тогда, когда будут ответственные люди со стороны медиков.

За подготовкой к генерации нейтронов на установке: аспирант А. Макаров, выпускник НГУ  Ю. Суляев, выпускник НГТУ  А. Кузнецов.

- Вариант – не делать из этой методики идола и попробовать давать такую дозу, которая точно не будет убийственной и не будет лечебной сама по себе, а будет дополнением к чему-то либо: к хирургии, к гамма-облучению. Надо плавно входить в методику. Кризис БНЗТ состоит в том, что уже лет пять назад закрыли все реакторы. Сейчас в Киото создают ускорительный источник нейтронов, который, как и в ускорительной части, так и в мишенной, хуже, чем наш. Но они точно его сделают, и он у них заработает. Возможно, у нас установится контакт, и мы им сделаем мишень, это и нам будет интересно, и им.

"Стой!"

- Расскажите, пожалуйста, о приложении установки, которое позволяет распознавать взрывчатку и наркотики!

- Выяснилось, что помимо нейтронозахватной терапии есть ещё и другое приложение нашей установки, не менее актуальное. Если протонный пучок с энергией 1,75 МэВ сбрасывать на мишень из углерода-13, то будут испускаться гамма-кванты с энергией более 9 МэВ. Причём из-за эффекта Допплера гамма-кванты, летящие вперед, имеют большую энергию, чем летящие назад. А вот те гамма-кванты, которые вылетают под углом 80 градусов, имеют энергию 9,172 МэВ и очень эффективно поглощаются азотом. Поэтому мы здесь также развиваем методику резонансного поглощения монохроматических гамма-квантов для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, а также меламина в продуктах питания. Мы можем делать приборы по оперативному обнаружению этих веществ в багаже или контейнерах.

Когда бушевал мировой финансовый кризис, в апреле 2009 года Барак Обама на собрании американской Академии наук сказал, что надо что-то менять, создавать новые рабочие места, развивать новые методики и технологии. И дал науке антикризисную прибавку в 11 миллиардов долларов. Вслед за ним французский президент сказал примерно те же слова и произвел те же действия. А наши президент и премьер-министр хоть и говорят о поддержке науки, но деньги вложили в банки, а бюджет РАН два года подряд сокращают по 15 процентов. Реальное отношение властных структур к отечественной фундаментальной науке откровенно пренебрежительное, а зачастую и вредительское. И потому Профсоюз РАН требует отправить министра А. А. Фурсенко в отставку. Разрушить Академию наук можно, но я не уверен, что фундаментальную науку можно будет делать в университетах. Я сам преподаю в Новосибирском государственном и ответственно могу сказать, что это большая разница – наука в университете и наука в Академии.

- Реально ли на базе проекта БНЗТ и ИЯФ СО РАН построить некую коллаборацию учёных разных областей, которые занимались бы решением общей задачи?

- Мы действительно варимся в собственном соку. И надежда на Центр коллективного пользования заключается как раз в том, что приедут люди со своей диагностикой (не только медики) и проверят, действительно ли у нас такой спектр, какой мы заявляем. Может случиться, как уже бывало: здесь что-нибудь разрабатывается, потом тихо-мирно погибает, а на Западе возрождается, и Новосибирская область будет покупать такие установки за огромные деньги.

Академгородок – это уникальная структура, и Центр коллективного пользования мы можем сделать только в Академгородке, потому что здесь есть все необходимые ресурсы. Институт катализа – вот он, Институт цитологии и генетики – через дорогу, Институт неорганической химии тоже в двух шагах. Теперь дело за финансированием, и он заработает.