Биофизик Антон Попов в Воронеже: лечить раковые клетки можно с помощью «ядерного взрыва»

Почему бананы радиоактивны? Что мешает человечеству покорить Марс? Какие методы лучевой терапии сегодня лечат рак? Об этом (и не только) слушатели ИЦАЭ Воронежа узнали на открытой лекции «Ядерные реакции внутри раковой клетки: как правильно сжечь опухоль изнутри».

Занятие провел кандидат биологических наук, заведующий лабораторией тераностики и ядерной медицины ИТЭБ РАН (Пущино), старший научный сотрудник лаборатории радиационной биофизики и биомедицинских технологий ФИАН (Москва) Антон Попов. А корреспондент РИА «Воронеж» записала основные тезисы лекции.

О естественной радиации и радиоактивных бананах

– Вокруг нас много естественных источников радиации. Это, например, космическое излучение и солнечная радиация. Но от действия всех электромагнитных излучений (протонов, нейтронов и так далее) нас эффективно защищает магнитное поле Земли.

Естественные источники радиации находятся в земной коре. Один из них – это радон, продукт распада урановых руд, который излучает альфа-частицы. Большое количество его залежей находится в Баварии. Радон – это газ, который может попасть нам в легкие и будет облучать клетки. Поэтому в каждом доме в Баварии стоят специальные вентиляторы. Собирать грибы там нельзя.

Есть еще один источник радиации – бананы, в которых очень много калия. Бананы радиоактивны. В частности, в них содержится изотоп калий-40, его излучение очень низкое. С точки зрения физики он действительно радиоактивный, но негативно он никак не влияет на нас. Период распада этого вещества – миллиард лет. Мы просто не успеем дожить до того момента, когда он начнет распадаться, – поэтому не сможем умереть от действия радиации.

От гаджетов до рентгена

– Существует ионизирующее и неионизирующее излучение. С первым мы сталкиваемся повседневно: это, к примеру, излучения от сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров. К неонизирующему относится микроволновое. Не стойте у работающей микроволновки – СВЧ плохо влияет на организм.

Ионизирующее излучение более опасно. В жизни под таким излучением понимают проникающую радиацию – это альфа-, бета-, гамма-излучение, рентгеновское, нейтронное и протонное излучение.

Мы используем радиацию для лечения раковых клеток. Чаще всего терапия рака основана на использовании сразу нескольких методов – хирургии, химиотерапии, таргетной, лучевой и иммуннотерапии. Самые широко используемые методы – хирургия, лучевая и химиотерапия.

О лучевой терапии и ее побочных эффектах

- Лучевая терапия – высокотехнологичная и дорогостоящая помощь. Это метод лечения опухолевых заболеваний с помощью ионизирующих излучений. Поток элементарных частиц, направленных на опухоль, разрушает структуру ДНК злокачественных клеток, что препятствует их дальнейшему делению.

Обычно в среднем при лучевой терапии человек проходит 25−35 лечебных сеансов. Весь курс занимает 5−7 недель. Всего за это время он получит 50−60 грей. Облучать человека такой большой дозой единовременно нельзя, поэтому ее раздают «фракционно» – за один сеанс лучевой терапии больной получает 1,8−2 грей.

Бывает, что пациенты отказываются от дальнейшей лучевой терапии, пройдя половину курса, – многие страдают от радиационного, или лучевого, дерматита. Люди получают лучевой ожог. Но бросать курс лучевой терапии на середине плохо, потому что те раковые клетки, которые не погибли от полученной дозы радиации, становятся радиорезистентными – то есть устойчивыми к облучению. Поэтому, когда человек спустя два месяца вернется к лучевой терапии, вполне возможно, что она не будет эффективна.

К сожалению, в России до сих пор не существует препаратов для лечения лучевого дерматита. Людям, страдающим от него, говорят: «Помажьте больное место кремом».

Кибернож и протонная терапия

– Второй метод лучевой терапии – кибернож. Он отличается более точным воздействием на опухоль, чем при обычной лучевой терапии. Эта радиохирургическая система состоит из двух элементов: линейного ускорителя, создающего излучение, и робототехнического устройства, которое позволяет направлять энергию на любую часть тела с любого направления. Опухоль при этом можно облучать со всех сторон, и это более эффективно.

Протонная терапия – более щадящая для человека и более эффективная. При протонной терапии используются не фотоны, а частицы.

Медицинский физик может рассчитать глубину залегания опухоли и точно понять, в какой точке должна остановиться частица. Таким образом, можно обеспечить точное попадание частиц в опухоль, минимизируя воздействие на здоровые ткани.

При протонной терапии на входе организм человека получает очень маленькую дозу облучения, при этом опухоль получает максимальное повреждение – протоны выделяют основную часть своей энергии точно в месте локализации раковой опухоли. Для сравнения, при лучевой терапии все наоборот: на входе организм получает максимальную дозу, и ближе к опухоли она снижается.

Протонная терапия используется для лечения детей, страдающих онкологией, – гамма-излучением детей лечить нельзя.

Как получить протонную терапию?

– С финансовой точки зрения протонная терапия гораздо дороже лучевой. Для этого нужен протонный ускоритель. Это очень сложно и высокотехологично, но суперэффективно.

В России всего четыре центра протонной терапии (для сравнения, в США таких центров – 32, а в мире – 83). При этом эта терапия нужна огромному количеству людей. Протонные ускорители в нашей стране производит ЗАО «Протом», которое находится в Московской области.

Не все знают, что протонную терапию можно получить по ОМС. Нужно обратиться в больницу, где есть протонный центр.

Например, вы можете напрямую написать на электронную почту Национального медицинского исследовательского радиологического центра в Обнинске. Врачи на консилиуме примут решение, подойдет ли вам протонная терапия или нет. Можно обратиться в Федеральный научно-клинический центр медицинской радиологии и онкологии в Димитрограде (Ульяновская область), в центр протонной терапии МИБС в Санкт-Петербурге и в Федеральное медико-биологическое агентство в Москве.

Как помогают в терапии рака тяжелые ионы углерода

– Опухоль можно «бить» не только протонами – ядрами водорода, но и тяжелыми ионами углерода. Лучевая терапия тяжелыми ионами углерода разрушает только опухолевые клетки – здоровые не облучаются и остаются неповрежденными. В мире всего три центра, где рак лечат тяжелыми ионами углерода, – они находятся в Германии и Японии. В России таких центров пока нет.

Для такой терапии нужно больше энергии – следовательно, понадобятся огромные ускорители. Такой ускоритель диаметром 1,5 км, например, есть в городе Протвино (Московская область).

В 1980-е годы в Протвино должны были построить первый адронный коллайдер. Для строительства выкопали тоннель длиной 60 км, но после развала СССР проект так и не был воплощен в жизнь. Но там остался работающий ускоритель, который может разгонять ионы углерода. Сегодня ученые в Протвино занимаются разработкой метода лечения с помощью ионов углерода.

Как лечить опухоль с помощью «ядерного взрыва»

– Ученые могут сделать «ядерный взрыв» на клеточном уровне, в раковой клетке. Это происходит тогда, когда мы можем доставить в клетку изотоп бор. Когда его начинают облучать потоком нейтронов, он взрывается, и из него вылетают альфа-частицы, которые убивают раковую клетку.

Бор-нейтронозахватная терапия на сегодня является одним из наиболее перспективных методов борьбы с раком. С помощью нее можно лечить опухоли, которые считаются неизлечимыми. Но биологам еще предстоит придумать препараты, которые смогут доставлять бор в опухоль.

Проблема в том, что сейчас нейтроны нельзя сфокусировать в опухоли. Если бор появляется в здоровой ткани, ядерная реакция происходит и в здоровых клетках – они повреждаются.

В России ядерный реактор для бор-нейтронозахватной терапии сейчас есть в Новосибирске, на базе Института ядерной физики. В 2023 году на базе московского Национального медицинского центра онкологии им. Блохина планируется открыть первый в России центр для лечения рака при помощи БНЗТ.

Всего в мире шесть таких центров. Три находятся в Японии, еще по одному строят в Китае, Финляндии и Бельгии.

Почему люди еще не полетели на Марс?

– Магнитное поле Земли защищает от действия космической и солнечной радиации космонавтов, которые находятся на МКС. Кстати, проживать на МКС больше полугода космонавт не может – его организм начинает накапливать опасную радиационную дозу.

В аптечках космонавтов есть радиопротекторы – вещества, которые они должны себе уколоть в случае экстренной ситуации. Но они их не используют – в этом нет необходимости.

Почему люди пока так и не полетели на Марс? Это связано с тем, что, когда космонавты покинут пределы магнитного поля Земли, они подвергнутся космическому излучению. На сегодня нет электроники, которая была бы устойчива к воздействию такой радиации. И главное – космонавты сильно пострадают от радиации. Когда они долетят до Марса, они будут инвалидами с мутациями и большим количеством онкологических заболеваний.

Моя диссертация посвящена оксиду церия. В частности, он содержится в средстве для полировки стекол. В рамках диссертации я занимался разработкой радиопротектора на основе его частиц. Это практически неорганический антиоксидант. Мы делали инъекции оксида церия лабораторным мышам перед облучением. И, как показали опыты, 30% мышей выживает – это очень хороший результат.

Сейчас ученые разрабатывают радиопротекторы – вещества, которые будут защищать от воздействия радиации. В основном его разработками занимаются военные. В России существует радиопротектор интерлейкин-6. Его разработали ученые питерской Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова.

Еще один радиопротектор – амифостин. Он очень дорогой, в России его не используют. В раковых клетках препарат не работает – только в здоровых. Инъекции амифостина делают пациентам перед сеансами химиотерапии – он защищает здоровые ткани.

Можно ли отказаться от опытов на мышах

Без мышей исследования невозможны. Причем мыши – не идеальные объекты для исследований. Любые лекарства тестируют на мини-пигах, затем – на обезьянах. Это необходимо, чтобы не делать опыты на людях.

Яркий тому пример – так называемая талидомидовая трагедия, к которой привела ошибка фармакологов. В 50−60-е годы XX века в Германии среди беременных женщин пользовался популярностью препарат «талидомид». Будущим мамам его выписывали как успокоительное средство со снотворным эффектом. О побочном эффекте стало известно спустя время – у всех женщин, которые принимали лекарство, родились дети без ног и рук либо с деформацией конечностей. Инвалидами стали тысячи малышей.

Как выяснилось, фармацевты провели доклинические испытания препарата на мышах, но пропустили исследования на насекомых. Вот почему отказаться от исследований на лабораторных животных мы не можем.