В Институте ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) разработана новая технология получения перспективного медицинского радиоизотопа – актиния-225, на основе которого создаются эффективные средства для борьбы со многими онкологическими заболеваниями. Парадокс в том, что денег для массового внедрения разработанной в России перспективной технологии государством не выделяется. О сложившейся ситуации рассказывает заведующий Лабораторией радиоизотопного комплекса ИЯИ, д.х.н. Борис Жуйков.
- Почему об актинии-225 сейчас так много говорят?
- Актиний-225 – это самая перспективная вещь из всего, чем мы до сих пор занимались в области производства медицинских радионуклидов. Институт получал значительные количества стронция-82, который используется для диагностики с помощью позитронно-эмиссионной томографии, но актиний-225 – терапевтический радионуклид для лечения самых разных онкологических заболеваний, намного дороже, и его везде не хватает. Он стоит как минимум миллион долларов за один кюри (кюри – традиционная единица измерения активности радионуклида, – РЕД.). Если его регулярно получать на нашем линейном ускорителе протонов – это много миллионов долларов в год.
- В чем ценность актиния-225?
- Этот изотоп испускает при распаде альфа-частицы – это тяжелые частицы, ядра атомов гелия. Во-первых, пробег таких частиц в биологической ткани тела человека составляет всего лишь порядка 0,1 мм, а во-вторых, эти частицы характеризуются очень большой линейной передачей энергии, которая как бы характеризует разрушающую силу. Если вы обеспечили доставку всего одного атома этого изотопа в раковую клетку или ядро клетки, а такие методики существуют, то один единственный атом может вам эту клетку убить.
И хотя сейчас этими вопросами в мире очень многие занимаются, проблема состоит в том, что актиния-225 нет в достаточных количествах. Его мировое производство составляет около 2 кюри в год. Сейчас проводятся только клинические испытания, их третья стадия уже идет в США и в Швейцарии, дело до массового применения этого изотопа еще не дошло, но уже сегодня медикам требуется как минимум 50 кюри актиния-225 в год.
- Почему делается так мало актиния-225?
- Потому что, как правило, его делают методами, которые имеют очень существенные ограничения. Исходным материалом является уран-233, из него выделяют сначала дочерний радионуклид торий-229 (период полураспада – около 8 тыс. лет), а уже из этого изотопа тория в результате распада образуется актиний-225 (период полураспада около 10 дней). Этим методом и у нас уже производят актиний-225 в небольших количествах в Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского (Обнинск). Обычный оружейный уран – это уран-235, основной в природе – уран-238, а еще есть уран-233. Он достаточно долгоживущий (период полураспада 159 тыс. лет), и его нет в природе, а получают его, облучая торий-232 нейтронами в ядерном реакторе. Это очень долгая и дорогая процедура. Но какое-то количество этого урана-233 наработали. Угадайте, зачем? Конечно, для войны. Потому что рассчитали, что из урана-233 может сделать такую же хорошую бомбу, как из урана-235, но для его получения не нужен природный уран, а нужен торий, месторождения которого где-то более доступны. В Индии, например, недостаточно урана, но есть торий, и они эту технологию развивают. Но в основных ядерных державах – в России, в США, во Франции, в Китае – природного урана хватает, поэтому острой необходимости производить оружейный уран из тория уже нет. Пару бомб взорвали и прекратили производство. Сейчас торий-232 в этих странах не облучают и уран-233 из него не делают, а производить его специально ради медицинских радиоизотопов – слишком дорого. Такие деньги дают только на войну.
Что делать? Либо искать какие-то старые отходы, содержащие уран-233 (а его выделение еще и ограничивается договорами о нераспространении ядерного оружия), либо применить другой подход – получать актиний-225 на реакторах или ускорителях другими методами. Предложенные методы, как правило, основаны на облучении в реакторах или на ускорителях радия-226 – это тот самый изотоп, который еще Мария Склодовская-Кюри впервые получила. Радий дорог и его мало. А после облучения надо перерабатывать и регенерировать это радиоактивное и опасное вещество. Эти технологии еще далеки до реализации. Пока таким способом удавалось получить лишь небольшое количество актиния-225 в рамках экспериментов. Немцы продвинулись здесь достаточно далеко, но у них эту программу закрыли, потому что из радия получается еще и радон-222. Это инертный газ, от него очистится трудно, а радиационные требования не позволяют, чтобы он выбрасывался в атмосферу. После облучения радия получается приличное количество и других отходов. Поэтому в Германии запретили производить актиний-225 из радиевой мишени в больших количествах. В Аргентине сейчас строят установку для этой цели: они делают огромное здание с большим баком на крыше, чтобы радон-222 в нем распадался, у него период полураспада 3,8 дня. Но там тоже работа еще в самом начале.
- А что придумали в ИЯИ РАН?
- Мы практически первыми начали разрабатывать совершенно другой подход. У нас есть патенты – и не только российский, но и американский и канадский. Мы берем природный, слабо радиоактивный металлический торий-232 и облучаем его протонами на нашем линейном ускорителе. Энергии протонов нужны как раз такие, которые у нас на установке, – 160 МэВ, а циклотроны с низкой энергией протонов здесь не годятся.
Американцы тоже стали развивать это направление, но у них в Лос-Аламосской национальной лаборатории на отводе пучка ускорителя протоны имеют энергию 100 МэВ, и выход актиния-225 получается в несколько раз ниже. Для получения стронция-82 такой энергии хватает, а вот для актиния она уже маловата. На ускорителе в Брукхейвене (Брукхейвенская национальная лаборатория, – РЕД.) тоже можно нарабатывать актиний-225, но им это сильно ограничили по соображениям безопасности. Тем не менее, у американцев был проект, на который выделили 30 млн долларов. В нем участвовали и Брукхейвен, и Лос-Аламос, и Ок-Риджская национальная лаборатория, где американцы радиохимически перерабатывали облученный торий. Они уже начали понемногу производить актиний-225 этим методом, но мы-то начали раньше, и у нашей технологии производительность гораздо больше, потому что, согласно нашему патенту, мы можем делать достаточно толстые ториевые мишени. Это уникальные мишени – американцам они очень понравились.
- В чем уникальность ваших мишеней?
- Наши мишени делаются из металлического тория. Металлический торий в воде под пучком протонов довольно быстро корродирует, поэтому его нужно заключать в герметичную оболочку. Эту оболочку мы делаем из металлического ниобия. Но тут важно, как ее сделать. Это делается на нашей специальной установке с помощью диффузионной сварки, то есть металлический торий и металлический ниобий соединяются под большим давлением в высоком вакууме при высокой, выше 1000°С, температуре. Для этого используется мощный пресс.
Мы установили его в Подольске, в НИИ НПО «Луч», который входит в структуру «Росатома» и, занимаясь разработкой и изготовлением тепловыделяющих элементов для атомных реакторов, знаком с подобной технологией. Они занимались диффузионной сваркой, и у них есть подходящее помещение, но не было установки, чтобы согласно нашим требованиям изготавливать такие мишени с торием. Эту установку изготовили специально по нашему заказу, и технология там отработана и готова к использованию. Таким образом, на нашем линейном ускорителе протонов в Троицке мы можем всего за неделю облучения нарабатывать столько актиния-225, сколько сейчас за год производят во всем мире – 2 кюри.
Но вот радиохимическую обработку мишеней для выделения актиния-225 мы делать в наших условиях не можем. В случае со стронцием-82 мы рейсовыми самолетами отсылали облученные у нас мишени на переработку в Лос-Аламос, за несколько лет туда было отправлено 150 мишеней. Наши американские коллеги и по актинию-225 хотели бы с нами сотрудничать (Это интервью было взято до 22.02.2022. – Прим. РЕД.), особенно с учетом наших патентов, но возникла проблема...
- Что за проблема?
- Наше сотрудничество с Лос-Аламосом по стронцию-82 проходило в рамках антиоружейной программы GIPP (Global Initiatives for Proliferation Prevention) – Глобальные инициативы по предотвращению распространения, которую финансировало Министерство энергетики США. Эта программа была направлена на вовлечение советских и американских оружейных предприятий в совместную деятельность по выпуску мирной продукции. Только в наших проектах было больше 100 участников с российской стороны из 8 институтов. В этой программе было много проектов, но только наша совместная работа ИЯИ РАН и Лос-Аламоса по выпуску стронция-82 для медицинских целей оказалась столь успешной. В других проектах наши организации эти деньги съели, но что они с ними сделали, науке точно неизвестно. Во всяком случае, какого-то значительного реального результата на выходе не появилось, а военные программы при этом продолжали развиваться. Поэтому эта и аналогичные ей программы были закрыты по обоюдному согласию. И наши не очень хотели открывать свою деятельность перед американцами, и американцы поняли, что такого рода сотрудничество ни к чему не ведет.
Я недавно встречался с американцами на конгрессе в МАГАТЭ. Они говорили, что согласны работать с нами по актинию, но правительственные органы США им отвечают: денег американских налогоплательщиков мы русским больше не дадим, хотите сотрудничать – только за свои деньги. Они за свои, и мы за свои. Но у американцев есть государственное финансирование. Им на актиний-225 выделили 30 млн долларов. Нам бы дали хотя бы 2 млн – мы были уже давно поставляли актиний и нашим медикам, и западным. Но нам такие деньги родное наше государство не дает.
Да и по сути везти на переработку такие мишени в США – дурная затея, потому что они гораздо более активны, чем те, что мы отправляли ранее. В них только 2% самого актиния-225, а почти все остальное – отходы. Перевозка такого груза пассажирскими самолетами может оказаться проблемой. Нам гораздо более безопасные мишени со стронцием-82 разрешили перевозить с большим трудом. Да и сколько можно делать химию за рубежом! Конечно, все это надо перерабатывать на месте, а не везти за тридевять земель.
- И почему нельзя перерабатывать на месте?
- В Обнинске, в Научно-исследовательском физико-химическом институте им. Л.Я. Карпова мы уже перерабатывали подобные мишени, и там все получилось. Но для выделения значительных количеств актиния-225 нужно работать с гораздо более радиоактивными мишенями и с более сложной химией, и они пока к этому не готовы. И главное – на это нужны деньги.
Мы давно хотели построить радиохимическую лабораторию в нашем институте. Мы полностью разработали проект, были получены все разрешения, вплоть до собрания общественности города – сейчас нельзя такой объект делать без согласия жителей. Долго Академия наук пыталась найти деньги на его реализацию. Наконец нашла, и начало сооружения было запланировано на… 2013 год. А в 2013 году Академия наук, по сути, перестала существовать как ведомство со своими значительными средствами. Разумеется, деньги на радиохимическую лабораторию нам не дали, потому что их, как правило, распределяют не исходя из интересов науки и медицины, а в соответствии с административным ресурсом различных ведомств.
В 2021 году, например, наш Институт подал заявку на большой грант – сотни млн рублей в год. Неплохие деньги, за которые мы могли бы освоить не только производство актиния-225, но и многих других перспективных медицинских изотопов, например, олова-117м, меди-64, меди-67, селена-72. В общем, много замечательных вещей, которые можно делать именно на нашем ускорителе. Хотя по установленным правилам – по полученным баллам – наша заявка должна была пройти, но этот грант нам так и не дали.
- Почему?
- Деньги отдали «своим» на какие-то другие проекты. А актиний-225 собираются делать на предприятиях «Росатома». Проблема лишь в том, что на претворение в жизнь таких проектов потребуется, как минимум, несколько лет, не говоря о технологических проблемах, которые еще неизвестно, когда будут решены и будут ли решены вообще.
А наша технология может заработать прямо сейчас, причем технология высокопроизводительная. В этой методе, правда, есть свой минус, который состоит в том, что в полученном актинии-225 есть примесь другого изотопа того же элемента – актиния-227. Это более долгоживущий изотоп с периодом полураспада 22 года. Его образуется немного (0,2% от активности актиния-225), но медики не любят долгоживущие изотопы, потому что непонятно, как они себя поведут в организме. Правда, американцы провели исследования и показали, что на самом деле эта примесь не оказывает существенного воздействия, потому что актиний достаточно быстро выводится из организма. Сам актиний-225 за десятки дней распадается, а актиний-227 за несколько месяцев выводится из организма и ничего плохого не происходит. Но медикам это все равно не нравится, потому что даже минимальная примесь сейчас считается нежелательной.
К примеру, вице-президент фирмы Bayer на конференции в МАГАТЭ, в которой я участвовал, сказал, что пока они, может быть, будут брать и такой актиний, но как только появится чистый в достаточных количествах, они будут брать только его. Но есть другой путь – использовать не сам актиний, а продукт его распада – висмут-213. У него период полураспада 46 минут. Здесь должен использоваться медицинский генератор изотопов, небольшое устройство в виде ионообменной колонки в защитном корпусе. Актиний-225 в нем распадается в висмут-213, его «выдаивают» из генератора, и терапию делают с помощью этого изотопа. Но здесь уже другая проблема – у висмута-213 период полураспада маловат, поэтому иногда производят не однократное, а, допустим, трехкратное введение. Кроме того, для адресной доставки изотопа к раковой клетке с помощью разных биохимических транспортеров требуется время несколько часов, что затрудняет использование для этой процедуры висмута-213. Но против многих видов рака, например, глиобластомы в головном мозге, этот изотоп прекрасно работает.
- Что же нужно сделать, чтобы наладить производство актиния-225 по вашей технологии?
- Прошло уже более 10 лет после разработки проекта радиохимической лаборатории в ИЯИ РАН, появились новые требования, надо делать новый проект. Если такая лаборатория у нас появится, то мы сможем на нашем ускорителе нарабатывать и стронций-82, и актиний-225, и множество других изотопов и выделять их в чистом виде в этой лаборатории.
Сейчас мы пытаемся привлечь к этому проекту частный капитал. Интерес проявляют крупные компании, имеющие опыт работы в области ядерной медицины – как российские, так и зарубежные. У нас было предложений штук 20. Они внимательно изучают рынок – никто не сомневается, что эта вещь перспективная. Но, во-первых, все-таки здесь надо потратить достаточно большие средства. А во-вторых, частные компании предпочитают приобретать уже готовые и отработанные технологии, а здесь технологии совсем новые, и поэтому это достаточно рискованная вещь. Есть бизнесмены, готовые рискнуть деньгами, но кроме того здесь придется еще много поработать, чтобы довести продукт до коммерческого использования. В таких рискованных и длительных проектах с большой социальной значимостью как раз и важна роль государства, которое может поддержать доведение разработки до уровня готовности и практического применения. Во всем мире так делается.
В целом у нас позитивный настрой, но, конечно, печально, что наше государство недостаточно поддерживает это направление. И мы опять должны искать содействия где-то на стороне.