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可精准“杀死”癌细胞 我国首台“加速器硼中子俘获治疗”实验装置在东莞研制成功

36氪广东的朋友们 · 2020-08-14
BNCT装置的成功研制,为我国医用BNCT治疗装置整机国产化和产业化奠定了技术基础,将为我国肿瘤治疗带来技术革新。

编者按:本文来自南方日报。作者 陈启亮 林东丽 。36氪经授权转载。原标题《我国首台加速器硼中子俘获 治疗实验装置在莞研制成功 可精准“杀死”癌细胞,为国内肿瘤治疗带来技术革新》。

利用特殊药物对癌细胞进行“标注”,再通过中子射线进行照射,就可以实现对癌细胞的精准“爆破”,而不损伤周围的健康细胞……8月13日上午,中科院高能物理研究所召开发布会,宣布该所东莞分部成功研制出我国首台具有完全自主知识产权的“加速器硼中子俘获治疗”(下称“BNCT”)实验装置,并且启动了首轮细胞实验和小动物实验,为开展临床试验做好了前期技术准备。

该装置的成功研制,为我国医用BNCT治疗装置整机国产化和产业化奠定了技术基础,将为我国肿瘤治疗带来技术革新。与此同时,这也是坐落于东莞松山湖科学城的中国散裂中子源相关技术催生的首个产业化项目。

中子和硼结合“杀死”癌细胞

8月13日上午,8位来自放射医学、粒子加速器、中子物理与技术、硼药等领域的院士及专家对中国科学院高能物理研究所东莞分部研发的加速器BNCT实验装置进行了评审,认为该装置的成功研制,是我国在癌症治疗高端医疗设备整机技术开发方面取得的又一重大成果;整台装置自主设计建造,掌握全部核心技术,为下一步建设临床BNCT治疗装置打下了坚实的技术基础,显著提高了我国在该领域的国际竞争力。

放射治疗是治疗癌症的重要手段,然而我国目前的放疗设备及患者放疗比例远低于发达国家。中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生表示:“约70%的癌症患者在不同阶段需进行放疗,我国实际接受放疗患者不到20%,美国放疗比例达63%,欧洲国家放疗比例超过40%。”

BNCT则是目前国际最先进的癌症治疗手段之一。“硼中子俘获治疗”是指治疗时先给病人注射一种含硼的药物,这种药物与癌细胞有很强的亲和力,会迅速聚集于癌细胞内,相当于给癌细胞做“标记”,而在其他组织内分布很少。随后给病人进行中子照射,时长在1小时内,整个治疗过程一般只需照射一次。当照射的中子被癌细胞内的硼俘获,产生高杀伤力的α粒子和锂离子,便可精准“杀死”癌细胞。

“α粒子和锂离子射程很短,只有一个细胞的长度,所以只‘杀死’癌细胞而不损伤周围细胞组织。对于脑胶质瘤、黑色素瘤和头颈部复发肿瘤,BNCT是非常有效的治疗手段,并试治肝癌、肺癌、胰腺癌等脏器肿瘤。”中国科学院高能物理研究所东莞分部副主任梁天骄介绍,BNCT具有低成本、治疗高效的特性,患者在接受治疗后,可保持较高的生活质量,治疗疗程短且灵活,治疗费用较低,患者经济负担小。随着新一代含硼药物的发展,适用于BNCT治疗的病症范围在进一步扩大。

2020年3月,世界上第一台加速器BNCT设备和硼药物正式获得了日本厚生劳动省的批准,并已经开始接受患者。这是硼中子俘获疗法在世界上首次正式进入临床应用。

中子散射技术“嫁接”医疗产业

不过,此次发布的装置名为“加速器硼中子俘获治疗实验装置”,其中的“加速器”一词则指出了这台设备的技术路径。

以往,用于BNCT治疗的强中子束流主要通过核反应堆产生,日本、美国、挪威、中国台湾等其他开展BNCT技术研究的国家和地区,主要依靠运行功率几百到几万千瓦的大中型反应堆产生治疗所需的中子束。出于安全性考虑,这些装置离人群较远,就医不便。

与基于核反应堆的BNCT装置不同的是,加速器BNCT装置作为射线装置,可以在位于人员密集区域的医院使用,未来可往市、县一级拓展,在较广的范围实现个性化与例行性的BNCT治疗,有广阔的应用前景和深远的发展潜力。

“因为强中子源一般仅在大型科研实验室才能找到,几十年来BNCT发展缓慢,目前全世界基于反应堆的BNCT临床试验只有1400多例。但如果可以使用加速器来产生中子,就易于推广到医院使用。”中国散裂中子源工程副经理傅世年介绍。

2018年,高能物理研究所在广东东莞建成了我国首台散裂中子源,在加速器和中子技术方面有得天独厚的优势。

“中国散裂中子源在建设中积累了强流质子加速器和中子技术领域深厚的技术基础,锻炼培养了高水平的人才队伍。BNCT项目的核心加速器设备,就是利用高能所研制的我国首台强流质子RFQ加速器技术。”陈和生院士介绍,该加速器实现了完全国产化,技术成熟,性能优越,在国内外重大科技工程中有广泛应用。

中科院高能物理研究所所长王贻芳院士也指出,BNCT项目采用先进的加速器技术,并解决了很多新的关键技术问题。“此外,掌握这样技术的团队,在国际上应该说也是很少的。”

“散裂中子源用加速器产生的高能质子轰击重金属靶,产生中子,而BNCT加速器能量要低得多,使用的靶材料也和散裂中子源有所区别。”傅世年介绍,“去年12月,BNCT实验装置首次打靶成功获得中子束流,证明了我们设备加工制造与安装调试的高质量和高可靠性。随后,我们又逐步实现稳定运行和功率的不断提升。”

将在东莞市人民医院开展临床实验

值得关注的是,此次成功研制的BNCT装置,是利用中国散裂中子源相关技术催生的首个产业化项目,对于示范带动散裂中子源关联产业发展具有重要意义,广东省和东莞市也给予了大力支持。这也充分证明,大科学装置在基础研究和应用研究之外,其设计和建造将大力促进相关产业发展和技术革新。

高能物理研究所副所长陈延伟表示,日本、美国等众多发达国家都在积极推动BNCT技术的发展。推进加速器BNCT不仅可以使得中国的大型医疗设备在世界范围内占有一席之地,而且可以造福社会,助力实施健康中国战略,开启癌症治疗的新时代。

目前,科研人员正在利用这台实验装置开展BNCT相关核心技术的实验研究,优化装置的综合性能。计划通过开展细胞和动物实验,更大规模地开展BNCT适应症研究,为新一代硼药的研发和动物实验提供相应的实验环境。同时,通过动物安全性验证,为后期临床试验奠定基础。

在成功研制这台BNCT实验装置的基础上,高能所与东莞市人民医院合作开展了第二台BNCT临床设备的设计和研制,有望很快进入临床试验,依规逐步开展临床治疗。

“希望BNCT实验装置尽快实现产业化,最后造福全人类。”在发布会上,市委常委、松山湖党工委书记刘炜表示,BNCT实验装置的研制成功,是散裂中子源支撑产业发展的重要体现。

刘炜表示,接下来,东莞及松山湖将大力支持散裂中子源加快二期建设,继续加大对科技创新的投入。以松山湖科学城为核心,做好创新布局,提供优质服务,为散裂中子源等大科学装置发挥最优效应提供全方位支撑。

“国之重器”跑出超常“加速度”

实际上,作为松山湖科学城已建成的首个大科学装置,中国散裂中子源自2018年8月份通过国家验收以来,无论是建设调试还是带动产业应用,都跑出了超常的“加速度”。

散裂中子源系统复杂,按照国外经验,建成后还需要3年左右进行调试,质子加速器才能达到90%左右的供束率,而中国散裂中子源仅用了10个月时间,供束率就超过90%,靶站的中子供束效率已优于99.6%,远远超出预期。今年2月28日,装置打靶束流功率达到100kW的设计指标,比原计划提前一年半。

在此背景下,相关研究成果也快速涌现。目前,中国散裂中子源已完成200多项用户课题,其中来自粤港澳大湾区的约占三分之一,来自中国香港、中国澳门的用户约占10%。此外,已有30多篇用户实验成果论文发表,大部分刊发于领域内的国际顶尖期刊。

以散裂中子源为基础,东莞正布局建设松山湖科学城,充分激发大科学装置的带动作用。未来,这一“国之重器”对东莞乃至大湾区产业发展的支撑作用还将进一步凸显。


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