Новая Эра
Как в России спасают жизни с помощью ядерной медицины
Атомная отрасль — это не только источник электроэнергии, но и ядерная медицина, способная спасти миллионы людей по всему миру от главной болезни современности — рака. Впервые использовать радиоизотопы для лечения серьезных болезней начали во второй половине XX века. По оценкам специалистов, с каждым годом спрос на эти методы будет только расти, поскольку в современном мире все больше людей сталкиваются с онкологическими заболеваниями. «Лента.ру» объясняет, как ядерная медицина поможет победить самые страшные болезни, включая онкологию.
Как на ладони
Одним из самых ранних опытов ядерной медицины было применение меченых атомов венгерским химиком Дьердем Хевеши для изучения биологических процессов. После его экспериментов стало понятно, что с их помощью можно отслеживать процессы в человеческом организме. Так, радиоактивный йод впоследствии оказался полезен для диагностики и терапии рака щитовидной железы и других заболеваний, а также изучения функций щитовидной железы.
Диагностика — одно из главных направлений ядерной медицины наряду с терапией. На нее приходится около 90 процентов всех медицинских процедур с использованием радиофармпрепаратов. Первые радионуклиды, использующиеся в медицинских целях, были получены еще в 1930-х на циклотроне (разновидность ускорителей частиц) Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
Эрнест Лоуренс исследовал бомбардировку атомов на высоких скоростях с целью получения новых частиц. Его брат Джон Лоуренс осознал, что циклотрон может быть использован не только для физических исследований, но и в медицинских целях. Он предположил, что радиоактивный хлорид натрия, введенный с помощью внутривенной и внутримышечной инъекции, способен избирательно накапливаться в раковой опухоли. В этом случае изотоп служит маркером, указывающим, где именно находятся пораженные ткани.
Сейчас один из важнейших изотопов в ядерной медицине — технеций-99m. Ученые не сразу осознали, насколько полезным может быть этот радионуклид. До 50-х годов XX века его обделяли вниманием, пока Пауэлл Ричардс из Брукхейвенской национальной лаборатории не предложил использовать технеций для медицинских целей. Изотоп оказался удобен тем, что его можно было получать практически на месте, в больнице. Для этого было придумано устройство, называемое генератором технеция. Генератор выглядит как ведерко, в котором содержится другой изотоп — молибден-99, который постепенно распадается, превращаясь в технеций. Важность технеция подчеркивает тот факт, что около 80 процентов диагностических процедур на гамма-камерах проводятся именно с ним.
В производстве радиофармпрепаратов учитывают особенности опухолей и свойства пораженных тканей.
Например, если соединить радиоизотоп с глюкозой, такой препарат будет легко накапливаться в быстрорастущих опухолях, активно поглощающих питательные вещества. А с помощью специальных детекторов излучения, испускаемого радионуклидами, можно распознать у больного онкологию.
В СССР в 50-х годах XX века передовые методы диагностики начал внедрять ведущий советский рентгенолог Леонид Линденбратен. Он изучал заболевания бронхов, печени, молочных желез, применяя контрастные вещества, и создал научную и клиническую школу лучевой диагностики. Одним из первых в нашей стране начал использовать радионуклиды для медицинской диагностики Юрий Касаткин, заведующий кафедрой медицинской радиологии Центрального института усовершенствования врачей в Москве (сейчас это Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования). Под его руководством разрабатывались методы цифровой обработки изображений внутренних органов, полученных при использовании радионуклидов, которые испускают гамма-излучение.
Ядерная медицина позволяет сделать тело человека практически «прозрачным» и обнаружить опухоль на стадии зарождения, чего пока нельзя добиться никакими другими методами. В последние годы все более актуальной становится борьба с онкологическими заболеваниями, возникающими с возрастом. Главным способом борьбы пока считается обнаружение раковых клеток на ранних стадиях, когда болезнь еще излечима.
Лечебный атом
Ядерная медицина начиналась как средство диагностики, но по мере ее развития стало понятно, что облучение и радиофармпрепараты могут применяться и для терапии. Ионизирующее излучение способно уничтожать клетки, и люди придумали, как использовать небольшое количество радиоактивных веществ для лечения сложных заболеваний. Технологии лучевой терапии позволили увеличить среднюю продолжительность жизни и повысить качество жизни пациентов, прежде всего онкологических.
В 1946 году Сол Херц и Артур Робертс из Массачусетса описали первое успешное применение радиоактивного йода в борьбе с болезнью Грейвса, или диффузным токсическим зобом, при котором щитовидная железа производит избыточное количество гормонов. Кроме того, как показал американский эндокринолог Сэм Сейдлин, радиоактивные изотопы йода-131 оказались эффективны и в лечении метастазов рака щитовидной железы. Ученые поняли, что радионуклиды могут помочь там, где другие способы лечения рака оказывались бессильны.
Робкие попытки применять радиоактивные вещества для лечения болезней предпринимались и раньше. Так, в 1930-х годах Джон Лоуренс начал экспериментировать с изотопами фосфора, полученными на циклотроне, и выяснил, что инъекции радионуклидов улучшают состояние мышей с лейкемией.
А в самом начале XX века некоторые ученые осмеливались использовать радий для борьбы с туберкулезом и раковыми опухолями. В 1923 году в СССР издали приказ Наркомздрава о применении этого же вещества для лечения заболевания суставов. Считалось, что радий обладает широким спектром лечебного действия, и лучевая терапия с использованием этого элемента применялась против многих болезней. На сегодняшний день радиофармпрепарат на основе радия-223 считается одним из наиболее перспективных в лечении рака предстательной железы.
Одним из часто используемых методов ядерной медицины является брахитерапия. При ней микроисточник вводится прямо внутрь органа или опухоли. Это обеспечивает максимальную близость источника излучения к «мишени».
Еще в начале XX века американцы разработали метод доставки радия к предстательной железе, пораженной опухолью. Позже врачи научились вводить радиоактивное вещество с помощью игл и аппликаторов. Теперь эту процедуру эффективно применяют при лечении самых разнообразных онкологических заболеваний.
В 2015 году в радиологическом научном центре в Обнинске врачи провели брахитерапию рака предстательной железы, впервые используя отечественные источники йода-125 — так называемые зерна, которые представляют собой капсулы, препятствующие вступлению йода в реакцию с тканями.
При протонной терапии раковые клетки бомбардируются протонами, которые разрушают белки, ДНК и другие важные молекулы раковых клеток. Пучок протонов можно точно нацелить на пораженные ткани, не затронув здоровые органы.
Ядерная медицина предлагает целый набор подходов, позволяющих бороться с самыми разнообразными онкологическими заболеваниями — даже с теми, которые раньше считались приговором для пациента. Раковые клетки способны постепенно развивать устойчивость даже к радиоактивному излучению, но и в этом случае можно подобрать эффективное и безопасное лечение, точечно применяя необходимые дозы излучения.
Одна из перспективных областей разработок — это получение изотопа актиния-225, который живет относительно долго, в течение десяти суток, а продукты его распада также используются для лечения рака. Он относится к альфа-эмиттерам, то есть испускает наиболее разрушительное для раковых клеток излучение. Если объединить актиний-225 с антителами, нацеленными на опухоль, то удастся сузить воздействие, ограничив его лишь больными тканями и не затрагивая здоровые.
Источники жизни
Радиоактивные изотопы, пригодные для нужд медицины, быстро распадаются, а значит, необходим постоянный источник радионуклидов. Поскольку в большинстве случаев срок жизни изотопов недолог, очень важно, чтобы источник радионуклидов и медицинский центр находились в логистической доступности. Наконец, линейные ускорители частиц используют для генерации излучения, сразу же применяющегося в терапии.
Советский физик Игорь Курчатов стоял у истоков ядерной медицины в нашей стране. Он работал в Радиевом институте и участвовал в создании первого отечественного циклотрона в 1937 году. Курчатов сделал крупный вклад в развитие атомной отрасли, создание центров и институтов, изучающих свойства ионизирующего излучения. Его усилиями был построен завод № 817, известный как химический комбинат «Маяк», где был запущен первый в Евразии реактор промышленного типа. До сих пор предприятие является лидером по производству реакторных радиоизотопов и крупнейшим поставщиков источников ионизирующего излучения.
Конечно, Курчатов работал над созданием ядерного оружия, и его прежде всего интересовало получение оружейного плутония, однако ученые изучали воздействие радиации на организм и разрабатывали меры по ликвидации последствий аварийных ситуаций.
Для таких исследований создавались радиационные лаборатории — например, Лаборатория № 2, позднее ставшая Курчатовским институтом, и Лаборатория № 8, превратившаяся в Институт биологической физики. Новые центры взрастили высококвалифицированных специалистов-радиобиологов. Был собран огромный материал о биологических эффектах излучения, позволивший использовать радионуклиды в медицинских целях. А институт биофизики СССР стал одним из ведущих разработчиков радиофармпрепаратов.
Основоположником производства стабильных радиоизотопов в СССР стал Исаак Константинович Кикоин. Под его руководством в 1947 году был построен газодиффузионный завод, на котором получали обогащенный уран, а также внедрялись новые технологии получения радионуклидов. К концу 70-х СССР стал крупнейшим в мире производителем и поставщиком стабильных изотопов, которые в том числе применяются для получения медицинских радиоизотопов.
Получение первых в СССР отечественных радиофармпрепаратов, многие из которых применяются до сих пор, связано с именем Валентина Ильича Левина, радиохимика, начальника лаборатории № 33 в составе Института биофизики Минздрава, который впоследствии, после объединения с Клинической больницей № 6 стал называться ФМБЦ им. А.И. Бурназяна. Он по праву считается основоположником российской радиофармацевтической химии. Левин руководил разработкой методов получения изотопов, их выделения и создания лекарственной формы радионуклидов.
Развитие ядерной медицины невозможно представить без разработки и использования новых радиофармпрепаратов, эффективных в борьбе с тяжелыми и трудноизлечимыми онкологическими заболеваниями. Кроме того, для развития ядерной медицины весьма важно иметь эффективные средства наработки радиофармпрепаратов для решения актуальных проблем.
Так, Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) создает циклотроны, предназначенные для медицинских центров и не уступающие зарубежным аналогам. На базе одной из моделей планируется разработать циклотронные комплексы для университетских центров ядерной медицины и радиационной физики.
Научно-исследовательские институты технической физики и автоматизации (НИИТФА) в Москве и электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) в Санкт-Петербурге занимают ведущую роль в производстве оборудования для борьбы с раком. Ученые в этом учреждении создают установки для диагностики и лучевой терапии, причем некоторые модели способны дозировать облучение, делая его безопасным для чувствительных органов. Это делает аппараты уникальными и востребованными за рубежом. Кроме того, Росатом занимается производством гамма-сканеров, линейных ускорителей и аппаратов для брахитерапии.
А российские ученые из Института ядерной физики СО РАН несколько лет назад сумели построить усовершенствованный ускоритель частиц, необходимый для проведения бор-нейтронозахватной терапией (БНЗТ) — перспективной разновидности лучевой терапии, применяемой для особо устойчивых видов рака, не излечимых с помощью других методов.
***
Радиоизотопные технологии — перспективная и быстроразвивающаяся область ядерной медицины как во всем мире, так и в России. Люди научились использовать силу атома для лечения болезней, продления жизни и лучшего понимания того, как работает человеческий организм. Впереди немало интересных открытий. Каждый день проводятся новые исследования, разрабатываются новые методы лечения и создаются все более эффективные препараты, спасающие людей от трудноизлечимых заболеваний.