Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) реализовали метод гамма-спектрометрии на ускорительном источнике нейтронов VITA – установке для развития бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) онкологических заболеваний. В основе БНЗТ лежит ядерная реакция бора и нейтрона. Нерадиоактивный изотоп бор-10 доставляется в опухоль и накапливается в ней. После этого опухоль облучают потоком нейтронов, в результате бор «сжигается», а вместе с ним гибнут и опухолевые клетки. Получается, что чем больше бора, тем эффективнее проходит терапия. Именно поэтому специалистам важно достоверно знать поглощенную борную дозу, количество ядерных реакций, произошедших в момент облучения, а также, как быстро бор выводится из организма. Такую информацию может дать метод мгновенной гамма-спектрометрии. 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 опубликованы в журнале Applied Radiation and Isotopes.
БНЗТ – один из самых перспективных высокотехнологичных методов терапии злокачественных новообразований, обеспечивающий селективное уничтожение клеток опухоли путем накопления в них бора и последующего облучения нейтронами. В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с большим выделением энергии именно в той клетке, которая содержит бор, что и приводит к ее гибели. Сотрудники ИЯФ СО РАН разработали для БНЗТ ускорительный источник нейтронов VITA. Одну установку на площадке института активно используют для проведения научных исследований, другую – поставили в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России. Планируется, что в 2027 г. здесь начнутся клинические испытания. При этом физики продолжают работать над усовершенствованием БНЗТ, например, развивая методы дозиметрии.
«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, – прокомментировал заведующий сектором ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев. – Все их нужно регистрировать, чтобы понимать, какую дозу получили опухоль и здоровые органы пациента. Это очень сложная задача, пока нерешенная. Основная доза при проведении терапии – это борная доза. Самым простым и достоверным методом определения борной дозы является мгновенная гамма-спектрометрия. Большая часть энергии ядерной реакции бора с нейтроном, а именно 84 %, идет на уничтожение опухоли, а оставшиеся 16 % уносится фотоном с энергией 478 кэВ. Измеряя интенсивность излучения фотонов с этой энергией, можно определить количество ядерных реакций, произошедших в наблюдаемом объеме. Метод хорошо известный, но долгое время нереализованный по той простой причине, что все пытались установить детектор поближе к пациенту. Но 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. Наша команда предположила, что работать непосредственно вблизи источника необязательно, можно отнести хороший детектор подальше и защитить его от нейтронов».
Установив гамма-спектрометр на основе полупроводникового детектора, выполненного из особо чистого германия, на расстоянии шести метров от источника излучения в соседнем бункере, просверлив отверстие в стене, разместив рассеиватели нейтронов и защитив детектор кадмием и свинцом, ученые сначала проверили качество сигнала на пробирках с бором, а потом перешли к экспериментам на животных со спонтанными опухолями.
«Все, 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 достоверно в режиме реального времени понимать, как, сколько и где накапливается бора, а потом, как быстро он выводится. Обычно БНЗТ длится около часа и, естественно, за это время бор выводится из организма. В зависимости от концентрации бора в конкретный промежуток времени мы можем сокращать время облучения, или, если требуется, повышать борную дозу».
Исследования с гамма-спектрометром проведены на десяти домашних питомцах – кошках и собаках. Помимо того, что специалистам удалось впервые реализовать этот метод и показать его эффективность, также они продемонстрировали, что бор по-разному накапливается у разных животных.
«У разных животных бор накапливался и выводился по-разному, это зависело и от вида опухоли, и от ее объема, и еще от чего-то, чего мы пока не понимаем, – пояснил Сергей Таскаев. – Помимо информации, которую мы получали с детектора, мы брали у животных анализ крови до и после облучения. Это обычная практика для БНЗТ. Когда планируют терапию, то количество бора в опухоли рассчитывают исходя из результатов анализов на наличие бора в крови. Например, в японских системах планирования предполагается, что концентрация бора в опухоли в 3 раза больше, чем в крови. Мы видели, что результаты гамма-спектрометрии и анализа крови могут сильно отличаться, поэтому мы планируем продолжить исследования, но уже сейчас ясно, что необходимо оснащать источники нейтронов оборудованием для реализации метода мгновенной гамма-спектрометрии и использовать этот метод визуализации бора при проведении терапии».