Новосибирские физики научились безопасно измерять бор в опухоли во время терапии
Специалисты ИЯФ СО РАН создали метод, который показывает концентрацию бора в опухоли прямо во время бор-нейтронозахватной терапии. Это поможет точнее рассчитывать дозу облучения и снизить риск повреждения здоровых тканей.
Источник: Новости науки.
МОСКВА, 29 мая. /Новости науки/. Физики Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН научились безопасно и напрямую измерять концентрацию бора в опухоли во время бор-нейтронозахватной терапии, или БНЗТ. Для этого они применили метод мгновенной гамма-спектрометрии на ускорительном источнике нейтронов VITA, сообщила пресс-служба института.
БНЗТ — это метод лечения злокачественных опухолей. Пациенту вводят препарат с нерадиоактивным изотопом бор-10. Он должен накопиться в опухолевых клетках. Затем опухоль облучают нейтронами. Бор поглощает нейтрон, внутри клетки идет ядерная реакция, выделяется энергия, и клетка погибает.
Главный смысл метода в том, что удар должен прийтись по опухоли, а не по здоровым тканям. Поэтому врачам и физикам важно знать, сколько бора попало в опухоль, какую дозу она получила и как быстро бор выводится из организма.
«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», — сказал заведующий сектором ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев.
По его словам, все эти компоненты нужно регистрировать, чтобы понимать, какую дозу получили опухоль и здоровые органы. Самая важная часть при БНЗТ — борная доза. Ее можно определить по фотонам с энергией 478 кэВ. Они возникают при реакции бора с нейтроном.
Таскаев пояснил, что 84% энергии этой реакции идет на уничтожение опухоли, а оставшиеся 16% уносит фотон. Если измерять интенсивность таких фотонов, можно понять, сколько ядерных реакций прошло в выбранной зоне.
Сам метод известен давно, но его трудно было применить у пациента. Детектор с высоким разрешением нельзя ставить близко к источнику нейтронов: поток нейтронов быстро выводит его из строя. Более стойкие детекторы работают в таких условиях, но дают менее точный сигнал.
Команда ИЯФ СО РАН решила вынести точный детектор дальше от источника. Ученые установили гамма-спектрометр на основе полупроводникового детектора из особо чистого германия в соседнем бункере, на расстоянии шести метров от источника излучения. В стене сделали отверстие для регистрации сигнала. Детектор защитили кадмием и свинцом, а также использовали рассеиватели нейтронов.
Сначала физики проверили качество сигнала на пробирках с бором. Затем они перешли к исследованиям на животных со спонтанными опухолями. Всего метод испытали на десяти домашних питомцах — кошках и собаках с онкологическими заболеваниями.
«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», — сказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Касатов.
Он отметил, что гамма-спектрометрия позволяет в реальном времени понимать, где и сколько бора накопилось, а также как быстро он выводится. Обычно сеанс БНЗТ длится около часа. За это время концентрация бора может меняться. Если специалисты видят эти изменения, они могут точнее выбрать время облучения или скорректировать борную дозу.
Исследования показали, что бор у разных животных накапливается и выводится по-разному. Это зависит от вида опухоли, ее объема и других факторов, которые ученые пока не могут полностью объяснить.
По словам Таскаева, сейчас при планировании БНЗТ часто ориентируются на анализ крови. По нему рассчитывают возможную концентрацию бора в опухоли. Например, в японских системах планирования считают, что в опухоли бора примерно в три раза больше, чем в крови. Однако опыты ИЯФ СО РАН показали, что данные крови и гамма-спектрометрии могут сильно различаться.
Ученые считают, что источники нейтронов для БНЗТ нужно оснащать системами мгновенной гамма-спектрометрии. Это даст врачам более точную картину распределения бора во время лечения и поможет повысить безопасность терапии.
Ускорительный источник нейтронов VITA разработали в ИЯФ СО РАН. Одну установку используют в институте для научных исследований. Вторую передали в НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России. Клинические испытания на этой площадке планируют начать в 2027 году.
Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Radiation and Isotopes. Метод исследования — мгновенная гамма-спектрометрия при бор-нейтронозахватной терапии на ускорительном источнике нейтронов VITA.
БНЗТ — это метод лечения злокачественных опухолей. Пациенту вводят препарат с нерадиоактивным изотопом бор-10. Он должен накопиться в опухолевых клетках. Затем опухоль облучают нейтронами. Бор поглощает нейтрон, внутри клетки идет ядерная реакция, выделяется энергия, и клетка погибает.
Главный смысл метода в том, что удар должен прийтись по опухоли, а не по здоровым тканям. Поэтому врачам и физикам важно знать, сколько бора попало в опухоль, какую дозу она получила и как быстро бор выводится из организма.
«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», — сказал заведующий сектором ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев.
По его словам, все эти компоненты нужно регистрировать, чтобы понимать, какую дозу получили опухоль и здоровые органы. Самая важная часть при БНЗТ — борная доза. Ее можно определить по фотонам с энергией 478 кэВ. Они возникают при реакции бора с нейтроном.
Таскаев пояснил, что 84% энергии этой реакции идет на уничтожение опухоли, а оставшиеся 16% уносит фотон. Если измерять интенсивность таких фотонов, можно понять, сколько ядерных реакций прошло в выбранной зоне.
Сам метод известен давно, но его трудно было применить у пациента. Детектор с высоким разрешением нельзя ставить близко к источнику нейтронов: поток нейтронов быстро выводит его из строя. Более стойкие детекторы работают в таких условиях, но дают менее точный сигнал.
Команда ИЯФ СО РАН решила вынести точный детектор дальше от источника. Ученые установили гамма-спектрометр на основе полупроводникового детектора из особо чистого германия в соседнем бункере, на расстоянии шести метров от источника излучения. В стене сделали отверстие для регистрации сигнала. Детектор защитили кадмием и свинцом, а также использовали рассеиватели нейтронов.
Сначала физики проверили качество сигнала на пробирках с бором. Затем они перешли к исследованиям на животных со спонтанными опухолями. Всего метод испытали на десяти домашних питомцах — кошках и собаках с онкологическими заболеваниями.
«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», — сказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Касатов.
Он отметил, что гамма-спектрометрия позволяет в реальном времени понимать, где и сколько бора накопилось, а также как быстро он выводится. Обычно сеанс БНЗТ длится около часа. За это время концентрация бора может меняться. Если специалисты видят эти изменения, они могут точнее выбрать время облучения или скорректировать борную дозу.
Исследования показали, что бор у разных животных накапливается и выводится по-разному. Это зависит от вида опухоли, ее объема и других факторов, которые ученые пока не могут полностью объяснить.
По словам Таскаева, сейчас при планировании БНЗТ часто ориентируются на анализ крови. По нему рассчитывают возможную концентрацию бора в опухоли. Например, в японских системах планирования считают, что в опухоли бора примерно в три раза больше, чем в крови. Однако опыты ИЯФ СО РАН показали, что данные крови и гамма-спектрометрии могут сильно различаться.
Ученые считают, что источники нейтронов для БНЗТ нужно оснащать системами мгновенной гамма-спектрометрии. Это даст врачам более точную картину распределения бора во время лечения и поможет повысить безопасность терапии.
Ускорительный источник нейтронов VITA разработали в ИЯФ СО РАН. Одну установку используют в институте для научных исследований. Вторую передали в НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России. Клинические испытания на этой площадке планируют начать в 2027 году.
Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Radiation and Isotopes. Метод исследования — мгновенная гамма-спектрометрия при бор-нейтронозахватной терапии на ускорительном источнике нейтронов VITA.
