Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН реализовали метод гамма-спектрометрии на ускорительном источнике нейтронов VITA — установке для развития бор-нейтронозахватной терапии онкологических заболеваний. Ученые 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.
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, 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.
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) — один из самых перспективных высокотехнологичных методов терапии злокачественных новообразований. 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 Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России. Планируется, что в 2027 году 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 Юрьевич Таскаев. — Все их нужно регистрировать, чтобы понимать, какую дозу получили опухоль и здоровые органы пациента. Это очень сложная задача, пока не решенная. Основная доза при проведении терапии — борная доза. Самым простым и достоверным методом ее определения является мгновенная гамма-спектрометрия. Большая часть энергии ядерной реакции бора с нейтроном, а именно 84 %, идет на уничтожение опухоли, а оставшиеся 16 % уносятся 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.
«Всё, что накопит в себе 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 Александрович 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 бор, 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, они также 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, у животных брали 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 три 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».
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
Фото предоставлено Дмитрием Касатовым, иллюстрация Елизаветы Койновой
