Только представьте себе: крошечная капсула передвигается по телу в поисках повреждённых клеток. Находит их, подбирается ближе, нащупывает уязвимое место, вводит лекарство прямо в ядро клетки и начинает разрушать ДНК плохих клеток, не травмируя хорошие. Думаете, это фантастика? Отнюдь нет! Именно так работает тераностика — новый раздел медицины, за которым, по мнению учёных, будущее. Это инновационный подход к лечению множества заболеваний, в основе которого лежат ядерные технологии. О том, как атомные разработки уже почти сто лет спасают миллионы людей по всему миру и чего нам ждать от них в будущем, — в новом материале «Луча».
Изотоп для сердца
Словосочетания «атомные биомедицинские технологии», «лучевая терапия», «ядерная медицина» для многих звучат как нечто страшное и опасное и ассоциируются исключительно с онкологией, причём последней, запущенной стадии. На деле же практически каждый человек хотя бы однажды в жизни сталкивался с атомными технологиями в медицине — например, когда ему делали рентгеновский снимок или компьютерную томограмму.
ДЛЯ СПРАВКИ
«Ядерная медицина — это диагностика и лечение заболеваний при помощи радиофармацевтических препаратов, — говорит врач-радиолог, президент Российского общества ядерной медицины Максим Смолярчук. — Сюда не входит стандартная лучевая терапия.
До 2015 года в нашей стране была общая специальность «радиология», которая действительно объединяла лучевую терапию с ядерной медициной. Но с 2015 года они разделены, и сегодня есть две специальности — «радиотерапия» и «радиология». Последняя включает в себя только ядерную медицину.
Радиофармацевтические лекарственные препараты относятся к открытым источникам ионизирующего излучения. Говоря простым языком, это то, что можно разлить, что может испариться и так далее. Лучевая терапия — это лечение закрытыми источниками. Да, там тоже применяются изотопы, но они закрыты — находятся в оболочке.
Кстати, лучевая терапия бывает дистанционной, когда радиоактивный луч проникает в тело человека извне, через кожу, и контактной, её ещё называют брахитерапией, — в этом случае ионизирующее излучение направляется непосредственно на больной орган при хирургическом вмешательстве.
В последнее время ядерной медициной зачастую называют любые методы лечения и диагностики, которые используют изотопы».
По официальным данным, в США и Европе чаще всего ядерные биомедицинские технологии используются в кардиологии — 46% от общего числа диагностических исследований в этой области. На онкологию приходятся 34%, 10% — на неврологию. Россия в целом пока отстаёт по этим показателям, хотя в некоторых регионах — например, в Томской и Новосибирской областях — они приближаются к мировому уровню.
С помощью радиофармпрепаратов (РФП) кардиологи проводят перфузионную сцинтиграфию миокарда — она нужна для того, чтобы верно оценить состояние человека с ишемической болезнью сердца и назначить ему правильное лечение. Пациенту вводят технеций-99m и таллий-199, а потом с помощью гамма-камеры смотрят, как они движутся через сердце. При этом процедура абсолютно безопасна.
По такой же схеме работают в ортопедии и травматологии: сцинтиграфия костей намного лучше, чем простой рентген, помогает обнаружить патологии суставов, воспаления костей и переломы. Для исследования в вену пациента вводят радиофармпрепарат, который накапливается в костной ткани и испускает гамма-излучение.
Наиболее информативными при исследованиях головного мозга считаются методы позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Поэтому их активно используют в психиатрии и неврологии. Они, например, помогают выявить самые ранние — за 10–20 лет до первых явных симптомов — стадии болезни Альцгеймера. Это даёт возможность заблаговременно начать профилактику и притормозить развитие заболевания.
«Ядерная медицина — это всё то, что нарабатывается ядерными реакторами и ускорителями частиц. На выходе мы получаем различные радионуклиды, то есть радиоактивные препараты, — рассказывает руководитель Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) радиологии Минздрава России, главный онколог Минздрава, академик РАН Андрей Каприн. — Это, как правило, источники бета- или альфа-излучения, которое пагубно для клетки. Злокачественные опухоли состоят преимущественно из белков, поэтому губительные радионуклиды можно соединить с белком, который поглощается раковыми клетками, тем самым помогая препарату внедриться точно внутрь опухолевых клеток».
ЭТО ИНТЕРЕСНО
При лечении некоторых форм рака, а также для диагностики инфаркта миокарда применяется хлорид цезия — соль, содержащая радиоизотопы цезия. Для ядерной медицины эти изотопы извлекают из отходов ядерной энергетики.
При лучевой терапии на опухоль воздействуют с помощью таких видов ионизирующего излучения, как рентгеновские и гамма-лучи или потоки заряженных частиц — электронов или протонов. Все они повреждают ДНК раковых клеток. Дело в том, что клетки опухоли размножаются во много раз быстрее, чем здоровые, и быстро погибают под воздействием ионизирующего излучения.
Атомы движутся по корням и листьям
Вскоре после открытия рентгеновского излучения в 1895 году его свойства начали использовать в медицине. Уже год спустя Леопольд Фройнд лечил с помощью облучения волосяной невус у пятилетней девочки, в 1901 году Анри-Александр Данлос использовал радиоизотопы, чтобы вылечить больного туберкулёзом, а ещё двумя годами позже Александр Белл начал прикладывать к опухолям радий.
В 1923 году Дьёрдь де Хевеши обнаружил, что если поливать растения солями свинца с радиоактивной меткой, то можно зарегистрировать движение атомов по корням и листьям. Де Хевеши стал экспериментировать дальше — и в итоге пришёл к выводу, что при радиоактивном облучении опухоль перестаёт расти. Спустя двадцать лет он получил за свои открытия Нобелевскую премию по химии.
Первый электронный ускоритель для лечения онкобольных был запущен в Лондоне в 1937 году. Это положило начало дистанционной лучевой терапии. Вскоре появились высоковольтные электронные ускорители и бетатроны. Поначалу для лучевой терапии применялись в основном пучки тормозных фотонов и электронов. В 1946-м Роберт Вильсон предложил заменить их пучками протонов.
А в конце того же года в журнале Американской медицинской ассоциации была опубликована статья Сэма Сейдлина, в которой он описал, что пациенты с метастазами рака щитовидной железы были излечены с помощью радиоактивного йода (йод—131).
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Лишь два научных центра — Окриджская национальная лаборатория в США и Научно-исследовательский институт атомных реакторов в России — вырабатывают калифорний-252. Это самый дорогой металл в мире, потому что процесс его производства из плутония-238 занимает семь лет. Калифорний-252 используется в онкологии для лучевой терапии.
Тогда же родилась идея при лечении онкологических опухолей вместо скальпеля использовать гамма-лучи, испускаемые радиоактивными источниками. Так появились установки, которые назвали «гамма-нож». В 1968 году в Стокгольме была проведена первая операция с помощью гамма-ножа.
Со временем ускорители совершенствовались и уменьшались в размерах. Начиная с середины 1980-х годов линейные ускорители стали самым распространённым радиохирургическим инструментом для лечения злокачественных новообразований.
В 1992 году создали ещё одну систему для лучевой терапии — кибернож. Он содержит два основных элемента: лёгкий линейный ускоритель и роботизированную руку-манипулятор.
Сегодня активно развивается томотерапия. Она объединяет в одном аппарате компьютерный томограф и радиохирургический инструмент для уничтожения очагов заражения пучками тормозных фотонов. При этом в томографе используется не рентгеновское излучение, а небольшой ускоритель электронов.
Но больше всего надежд учёные возлагают на тераностику. Термин произошёл от двух слов: «терапия» и «диагностика». Этот биомедицинский подход направлен в первую очередь на минимизацию негативных последствий при лечении тяжёлых заболеваний. Микрокапсулы с изотопом вводятся в кровеносную систему человека и благодаря специальному биологическому покрытию скапливаются в зонах с атипичными или раковыми клетками. Когда капсулы к ним прикрепятся, врач увидит это через специальный сенсор и «откроет» их с помощью сфокусированного ультразвука или воздействия магнитного поля — лекарство начнёт действовать только на поражённые клетки, не затрагивая здоровые.
ДЛЯ СПРАВКИ
Во всех радиоактивных методах лечения и диагностики используются изотопы, которые создают в ядерных реакторах и на циклотронах. Циклотроны — это ускорители пучков заряженных протонов. Для медицинских целей выбирают изотопы с низкой радиотоксичностью и коротким периодом полураспада — от нескольких минут до нескольких часов и дней.
Не опаснее, чем сидеть перед телевизором
Как заметил недавно доктор химических наук, заведующий лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН Борис Жуйков, ядерная медицина, использующая радиоактивные изотопы для диагностики и терапии, широко распространена во всём мире, однако в нашей стране всё ещё недостаточно медицинских центров, которые задействуют атомные технологии. Многие пациенты боятся применять их при лечении. Причина тому — радиофобия.
«Ядерная медицина основана на том, что в организм больного вводят специально подготовленные изотопы, как правило, в очень небольших количествах. Однако они накапливаются в определённом органе, и при диагностике уровень излучения может быть в 100 раз больше естественного фона — отсюда и разговоры об опасности, — объясняет руководитель отдела ядерной и радиационной медицины Российского научного центра рентгенорадиологии Дмитрий Фомин. — Но ядерная медицина не опаснее авиаперелётов, радоновых ванн или даже вечеров перед телеэкраном. А переходить дорогу в неположенном месте уж точно куда более рискованно, чем иметь дело с ядерной медициной».
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Радиоизотопы могут облегчать боль. Ещё в 1939 году стронций-89 начали использовать для снятия болевого синдрома при метастазах в костях. А ещё этот изотоп помогает с высокой точностью диагностировать заболевания костной ткани и суставов.
Радиоактивные препараты, кстати, очень быстро покидают организм. Происходит это за счёт двух параллельных процессов: изотоп сам по себе распадается с течением времени, а также выводится с мочой или выдыхаемым воздухом. При этом качество изображения при такой диагностике в разы лучше, чем на плоском рентгеновском снимке или даже на объёмном изображении в компьютерной томографии: картина получается структурной — видны все функции органа и его поражённые участки.
Ядерная медицина — это очень затратное удовольствие для любого государства: специализированные медицинские центры, ускорители, изотопы стоят очень дорого.
«Но эти расходы практически моментально окупаются благодаря правильному лечению, — продолжает Дмитрий Фомин. — Здесь и отказ от ненужных операций, и отсутствие потребности в реабилитации пациента после проведённого лечения, если оно ему навредило, и возможность рано поставить диагноз… Сейчас мы можем принимать до тысячи пациентов в год. Это люди, которым наши процедуры проведены однократно и, скорее всего, больше не понадобятся — дальше просто возврат к нормальной жизни».
ДЛЯ СПРАВКИ
На нас действует природный радиационный фон, создаваемый излучением из космоса и природными радионуклидами, в основном радоном. Средняя доза облучения за счёт изотопов радона в помещениях составляет около 2,4 мЗв/год. При КТ она колеблется от 1 до 10 мЗв в зависимости от того, какой орган обследуется, а при КТ-ангиографии может достигать 15 мЗв. В ходе исследования перфузии миокарда методом ОФЭКТ (однофотонная эмиссионная компьютерная томография) доза составляет около 6 мЗв, а при ПЭТ (позитронная эмиссионная томография) всего тела — 3,7–13,9 мЗв.
Точно попадают в мишень
Почему же ядерная медицина и лучевая терапия становятся всё более популярными во всём мире?
«Радиофармпрепараты способны заменить многие «традиционные» лекарства. Для ряда опухолей вообще не существует других методов лечения, кроме воздействия радионуклидами. Один из примеров — нейроэндокринные опухоли, которые чаще всего развиваются в кишечнике, желудке и поджелудочной железе. При этом радиофармпрепараты могут быть супертаргетными, то есть попадать точно в мишень — в опухолевые клетки, не повреждая окружающие здоровые ткани», — объясняет главный онколог Минздрава, академик РАН Андрей Каприн.
Так, для лечения метастазов в костной ткани используется золендроновая кислота, которая вызывает тяжёлые осложнения — например, разрушение кости нижней челюсти. Уникальный радионуклид рений-188 помогает доносить эту кислоту в очаг опухоли и тем самым минимизирует вредное воздействие на другие органы. А накожные аппликаторы с рением помогают людям с раком кожи. Нередко после удаления такой опухоли пациентам требуется пластическая операция, а аппликаторы с рением «выжигают» только сам злокачественный очаг, после чего кожа просто заживает, иногда вообще без рубцов.
«У рения есть такая особенность — он “живет” 17 часов и быстро выводится из организма, — продолжает академик Каприн. — Встаёт вопрос: как доставить такой «скоропортящийся» препарат в регион? Страна-то у нас большая. Учёные из Физико-энергетического института нашли выход: сделали специальный генератор, который может вырабатывать РФП на основе рения-188 в течение полугода».
С лучевой терапией — похожая история. Только пучки протонов с миллиметровой точностью выжигают даже глубокие опухоли, не затрагивая соседние ткани. Нейтронная борозахватная терапия использует изотоп бор-10 — он накапливается в клетках опухоли, а затем захватывает тепловые нейтроны, поэтому если пациента облучить нейтронным пучком, то нейтроны будут поглощаться раковыми клетками и разрушать их.
Многие задаются вопросом: может ли ядерная терапия вытеснить лучевую?
«Уверен, что одно другое не вытеснит, — считает президент Российского общества ядерной медицины Максим Смолярчук. — Возьмём, к примеру, радиойодтерапию. Облучить дистанционно ложе удалённой щитовидной железы можно, но понадобится огромная доза излучения — и мы сожжём ткани шеи. А радионуклидная терапия очень узкоспецифично даёт лечебную дозу именно на остаточные ткани железы. Другой пример — единичные болезненные метастазы рака в костях: их облучают внешне, и это даёт хороший эффект».
ДЛЯ СПРАВКИ
В мире работает около 40 тысяч ускорителей частиц. В лучевой терапии и ядерной медицине используется около 12 тысяч ускорителей электронов и примерно 1000 ускорителей протонов и ионов. Наибольший интерес в последнее время вызывают циклотроны. Это огромный высокочастотный ускоритель массой более 220 тонн, он разгоняет протоны до околосветовой скорости и направляет их точно в опухоль, не задевая здоровые клетки. На всей планете есть лишь 40 центров протонной лучевой терапии. В нашей стране система протонной терапии действует в Федеральном научно-клиническом центре медицинской радиологии и онкологии.
Кстати, ускорители применяют не только для облучения поражённых органов, но и для создания прямо в клинике короткоживущих изотопов с периодом полураспада около часа. Они сразу же вводятся в организм, оседают в клетках и быстро распадаются. Например, радионуклид висмут-213 (Bi-213) «живёт» всего 45 минут. Его пробег не превышает средний диаметр одной клетки, которая целенаправленно облучается. А при лечении им микрометастаз эффективность составляет от 85 до 100%.
В три раза тоньше волоса
Что нас ждёт в ближайшем будущем? Учёные всё чаще говорят о том, что медицина станет персонализированной. А развитие ядерных биомедицинских технологий будет этому только способствовать, особенно в онкологии.
«Известно, что рак — очень разнообразное, “многоликое” заболевание, поэтому врач всегда должен быть уверен в том, что у пациента есть отклик на конкретный препарат, — говорит заведующий лабораторией радионуклидов и радиофармпрепаратов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Рамиз Алиев. — Сначала нужно убедиться в том, что диагностический радиоактивный препарат накапливается в опухоли, узнать, сколько очагов поражения в организме, какого они размера и так далее. Основываясь на этом, врач вводит в организм больного уже рассчитанную конкретно под него дозу с терапевтическим радионуклидом. Таким образом обеспечивается тот самый персонализированный подход».
В следующем году в России должны запустить медицинский циклотрон MSC-230 в Объединённом институте ядерных исследований. Кстати, там обещают к 2030 году открыть инновационный центр для экспериментальных и клинических исследований в области протонной терапии.
Центры ядерной медицины строятся в Иркутске, Уфе, Липецке. До 2030 года планируется открыть пять центров радионуклидной терапии. Они будут оснащены всем необходимым, от собственной радионуклидной продукции до самого современного медицинского оборудования.
В этом году в России начали серийный выпуск первого российского линейного ускорителя «Оникс», а также комплекса для брахитерапии «Брахиум». Разрабатывается первый в мире безгелевый магнитно-резонансный томограф (МРТ), который будет точнее всех своих предшественников. Идёт работа над современным комплексом дистанционной лучевой терапии тороидального типа «Торус».
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Размер микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла — 30 микрон (0,03 мм), что в три раза меньше толщины человеческого волоса. Такие микрошарики вводят в организм, чтобы они достигли опухоли и разрушили её, заблокировав кровоснабжение. Это называется радиоэмболизацией. Микросферы можно делать также из сплавов, каучука и даже из человеческого альбумина, который синтезируется в печени. Доставив лекарство по назначению, микросферы распадаются и выводятся организмом.
Научимся ли мы благодаря ядерным технологиям лечить тяжёлые заболевания так, чтобы все пациенты излечивались, как от простого насморка? Учёные уверяют, что да. Причём вполне может быть, что уже в самом скором времени. Главное — не останавливаться, а продолжать развивать это направление в медицине.
