Ученые предложили метод повышения эффективности лечения онкологии

Метод гамма-спектрометрии на ускорительном источнике нейтронов VITA для повышения эффективности бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) онкологических заболеваний реализовали специалисты Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН, 28 мая сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Бор-нейтронозахватная терапия основана на ядерной реакции бора и нейтрона. В опухоль доставляется и накапливается в ней нерадиоактивный изотоп бор-10, после чего ее облучают потоком нейтронов. В возникающей ядерной реакции бор «сжигается» вместе с опухолевыми клетками.

Поскольку эффективность терапии зависит от количества бора в клетках опухоли, то важно знать поглощенную ими дозу бора, а также количество ядерных реакций, произошедших в ходе облучения, и скорость вывода бора из организма. Эту информацию можно получить, используя метод мгновенной гамма-спектрометрии.

Для проверки возможностей этого метода физики ИЯФ СО РАН провели цикл исследований на десяти кошках и собаках с онкологическими заболеваниями и доказали возможность осуществления прямого неинвазивного мониторинга концентрации бора в опухоли во время проведения БНЗТ.

Результаты исследований ученые представили в статье «Применение спектроскопии мгновенного гамма-излучения в бор-нейтронозахватной терапии у домашних животных» (Application of the prompt γ-ray spectroscopy in the boron neutron capture therapy of pets), опубликованной в журнале Applied Radiation and Isotopes.

Полученные результаты позволили авторам рекомендовать интегрирование спектрометрии мгновенного гамма-излучения в систему планирования лечения злокачественных опухолей.

В настоящее время БНЗТ является одним из самых перспективных высокотехнологичных методов терапии рака, с помощью которого выполняется уничтожение клеток опухоли.

В ИЯФ СО РАН для выполнения БНЗТ был разработан специальный ускорительный источник нейтронов VITA. Одну такую установку в ИЯФ используют для проведения в институте научных исследований, а другую поставили в НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России, где на 2027 год запланированы ее клинические испытания. Продолжая работать над усовершенствованием БНЗТ, физики института развивают методы дозиметрии.

Заведующий сектором ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев пояснил:

«В отличие от других методов лучевой терапии, например, гамма-терапии, где используется только гамма-излучение, которое очень давно и легко детектируется, в БНЗТ принято выделять четыре компоненты дозы облучения — борную, азотную, быстрых нейтронов и гамма-излучения. Все их нужно регистрировать, чтобы понимать, какую дозу получили опухоль и здоровые органы пациента. Это очень сложная задача, пока нерешенная».

При этом основной дозой является борная. Мгновенная гамма-спектрометрия является простейшим и достоверным методом определения борной дозы.

84% энергии ядерной реакции бора с нейтроном идет на уничтожение опухоли, а 16% улетают с фотоном энергией 478 кэВ. По интенсивности излучения фотонов такой энергии можно определить количество ядерных реакций, произошедших в облучаемом объеме. Этот метод хорошо известен, но оставался нереализованным на практике, так как все устанавливали детектор поближе к пациенту.

Однако, отметил ученый, «детектор, различающий данную линию фотонного излучения на фоне других, не стоек к потоку нейтронов и быстро выходит из строя. Детектор, у которого энергетическое разрешение хуже, но он может работать в таком потоке рассеянных нейтронов, дает информацию, сложную для интерпретации».

Исследователи ИЯФ СО РАН предположили, что хороший детектор можно отнести подальше и защитить его от нейтронов. Они установили гамма-спектрометр на расстоянии шести метров от источника излучения в соседнем помещении, для чего просверлили отверстие в стене, разместили рассеиватели нейтронов, а детектор защитили кадмием и свинцом.

Сначала ученые проверили, каково в этом случае качество сигнала детектора, на пробирках с бором, после чего приступили к экспериментам на животных со спонтанными опухолями (т. е. возникших без внешнего воздействия со стороны экспериментатора).

«Всё, что накопит в себя бор, будет выжжено ионизирующим излучением, поэтому эффективность БНЗТ заключается не только в том, чтобы удалить опухоль, но и минимально повредить здоровые клетки, — добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Касатов. — Поэтому мы так аккуратно разбираемся в дозиметрии, а гамма-спектрометрия нам в этом очень помогает».

Метод позволяет в режиме реального времени точно определять, как, сколько и где накапливается бор, а также, как быстро он выводится из организма в процессе БНЗТ, что необходимо, поскольку операция длится около часа. В зависимости от концентрации бора в конкретный промежуток времени можно или сокращать время облучения, или, если она низка, повышать борную дозу.

После успешных экспериментов с пробирками исследования с гамма-спектрометром были проведены на десяти кошках и собаках. Ученые ИЯФ СО РАН первыми реализовать метод мгновенной гамма-спектрометрии и показали его эффективность. Кроме того они установили, что у разных животных бор накапливается по-разному.

«Это зависело и от вида опухоли, и от ее объема, и еще от чего-то, чего мы пока не понимаем, — рассказал Сергей Таскаев. — Помимо информации, которую мы получали с детектора, мы брали у животных анализ крови до и после облучения. Это обычная практика для. Когда планируют терапию, то количество бора в опухоли рассчитывают исходя из результатов анализов на наличие бора в крови. Так, в японских системах планирования предполагается, что концентрация бора в опухоли в 3 раза больше, чем в крови».

Поскольку экспериментаторы видели, что результаты гамма-спектрометрии и анализа крови могут сильно отличаться, ими запланировано продолжение исследований метода. Однако в ИЯФ СО РАН считают, что уже сейчас нужно оснащать источники нейтронов оборудованием для реализации метода мгновенной гамма-спектрометрии, который следует использовать для визуализации бора при проведении БНЗТ.