Ядерная медицина: как атомные технологии помогают победить рак
Идея использовать радиоактивные элементы и излучение в медицине появилась почти одновременно с их открытием, еще до того, как человечество узнало об их опасности. Российские ученые были одними из первых, кто развивал радиологию и ядерную медицину. Несмотря на вековую историю, лишь в последние пару десятилетий, благодаря расцвету других технологий, произошел скачок в развитии ядерной медицины. Более 50 лет в нашей стране нарабатываются медицинские изотопы, и вот уже пятнадцать лет «Росатом» активно развивает эти технологии. Вместе с «Русатом Хэлскеа» мы разобрались в истории ядерной медицины, ее методах диагностики и терапии, устройстве центров ядерной медицины и возможностях новейших установок.
Даже сегодня понятие радиации у большинства людей ассоциируется в первую очередь с опасностью, а уже потом с энергетикой и медициной. Мало кто вспоминает, что радиация естественна. Согласно данным ИБРАЭ РАН, 26% облучения население России получает от естественных источников в природе, еще 43% — от техногенных источников, все тех же природных радиоактивных веществ в строительных материалах, бетоне и стенах, а также от сжигающих уголь ТЭЦ. Кстати, от них доза значительно выше, чем от АЭС. Оставшиеся 31% — медицинские источники, в основном флюорография и другие рентгены, а также ядерная медицина.
Современное понимание «радиации», а если более точно, то ионизирующего излучения появилось у физиков на рубеже XIX и XX века. В 1895 году Вильгельм Рентген открыл «новый вид невидимого света», который в русской традиции назвали его именем. Через год Генри Беккерель обнаружил такое же природное свечение у солей урана. Его работу подхватили Пьер и Мари Кюри, которые открыли другие радиоактивные элементы: торий, полоний и радий. Тогда еще никто не подозревал о потенциальной опасности такого излучения, но, вдохновляясь успехом применения рентгена, все пророчили радиоактивным элементам огромную пользу в сфере медицины.
Исследования продолжались. Супруги Кюри, вдохновившись результатами экспериментов немецких коллег, проводили на себе опыты, прикладывая к коже радиоактивные элементы. Тем временем некоторые врачи с помощью рентгеновских лучей пытались лечить кожные онкологические заболевания, а потом возникла идея помещать радиоактивные элементы внутрь опухолей.
Вид через смотровое окно на оборудование, размещённое в горячей камере. Фото: «Страна Росатом»
Точную дату зарождения ядерной медицины определить сложно. Известно, что в 1903 году приложением радиоактивных элементов пробовали вылечить опухоль, а в 1911 году два парижских врача ввели радий в предстательную железу пациента. Это был первый зарегистрированный в истории случай применения брахитерапии, и она используется по сей день, но считается все же радиотерапией. Можно считать, что ядерная медицина родилась в середине 1920-х, когда венгерский химик Дьёрдь де Хевеши экспериментировал с введением мышам радионуклидов и, по сути, открыл методику использования радиоактивных изотопов для изучения внутренних процессов организмов. В России такие эксперименты проводил Г. Е. Владимиров.
Вскоре американский физик Джон Лоуренс попробовал с помощью радиоактивного фосфора лечить лейкемию, поэтому в зарубежной литературе именно его чаще всего называют «отцом ядерной медицины». Тогда же впервые искусственно создали технеций-99, самый популярный изотоп для диагностического сканирования. А в Великобритании профессор радиотерапии Дэвид Смитерс применил йод-131 для лечения рака щитовидной железы у двадцатилетней пациентки. Эксперимент прошел успешно; известно, что девушка прожила еще как минимум сорок лет. Йод-131 тоже применяется до сих пор. Так примерно в одно время в разных странах формировалась ядерная медицина.
Что такое ядерная медицина?
Ядерная медицина — раздел клинической медицины, использующий радиоактивные изотопы для диагностики и лечения пациента и подразумевающий введение лекарственных средств с радиоактивными изотопами (радиофармацевтическими препаратами, РФП) внутрь пациента. В общем, это «радиология изнутри тела». Внешнее облучение — например, лучевую терапию — не принято считать ядерной медициной, хотя порой ее вносят в список направлений.
СССР был одним из мировых лидеров в этой сфере. В 1903 году открылся первый отдел лучевой терапии в Институте им. Морозовых. Спустя двадцать лет там лечили рак рентгенографическими аппаратами. Непосредственно ядерная медицина у нас начала развиваться в ногу с атомными проектами. В 1946 году при Академии наук открылась радиационная лаборатория, а к середине века появилось несколько производств изотопов. Появились циклотронные ускорители, необходимые для наработки многих изотопов. Начали масштабно производить йод-131, фосфор-32, серу-35 и другие радиоактивные изотопы.
В первые десятилетия активнее всего развивалась все же лучевая терапия, но и исследования в сфере ядерной медицины не останавливались. В частности, велась разработка препаратов на основе технеция — по сей день важного в диагностической ядерной медицине. Первые радиофармацевтические препараты разрабатывались и использовались именно для диагностики.
Что такое радиофармацевтические препараты?
Сегодня у ядерной медицины два основных направления: диагностика и терапия. И нередко они применяются одновременно. В общем-то, главное отличие в количестве используемых радиоизотопов и виде испускаемого ими излучения.
Существует три вида ионизирующего излучения: альфа-излучение, более тяжелое из протонов и нейтронов, используемое для терапии; бета-излучение, более легкое из электронов и позитронов; и гамма-излучение из фотонов с энергиями больше энергий фотонов в привычном нам свете, используемое в диагностике.
В течение более 20 лет в Радиевом институте им. В. Г. Хлопина производится самый востребованный радиофармпрепарат на основе радионуклида Тс-99m. Этим препаратом институт обеспечивает практически все клиники Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Фото: «Страна Росатом»
Радионуклидные фармацевтические лекарственные препараты — это известные биологически активные соединения, к которым вместо какой-нибудь части молекулы крепят подходящий для задачи радионуклид (можно сказать «радиоактивный изотоп», но это менее точное название). Химические свойства соединения при этом не меняются. Ученые знают, как эти биологически активные соединения распространяются в организме и в каких органах скапливаются. Они также знают, что некоторые из этих соединений «любят» опухоли. Поэтому, если прицепить к этим соединениям излучающие радионуклиды, запустить их в организм и подождать, потом на снимках можно увидеть, где они скопились, и по их скоплению найти опухоли.
Сегодня наука шагнула вперед: теперь ученые сами разрабатывают такие биологически активные соединения для накопления в необходимых им конкретных тканях и органах. В этом состоит главная задача современных исследований в данной области.
Терапия и диагностика, а вместе — тераностика
При диагностике в организм пациента вводятся радиофармацевтические препараты с небольшим количеством радиоизотопов, обычно с гамма-излучением. Способов введения много: от глотания «таблетки» и внутривенного введения до ингаляций и мазей. Все зависит от вида рака.
Первым таким диагностическим методом стала сцинтиграфия, дающая двумерную картину. По сей день с ее помощью подтверждают наличие опухоли и ее примерное положение.
Следующий этап — трехмерный скан, который делается с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Кстати, при этом используется антиматерия — позитроны! При аннигиляции с электронами в тканях организма частицы превращаются в два гамма-кванта, которые разлетаются строго в противоположных направлениях. Компьютер ПЭТ с помощью детекторов ловит пришедшие одновременно сигналы этих квантов и на основе полученных данных определяет местоположение аннигиляции. Метод уже сегодня дает очень точную картину, и специалисты «Росатома» работают над тем, чтобы сделать это изображение еще точнее. Технологии ПЭТ — передовая развития ядерной медицины, самый быстрый, точный и информативный способ проведения диагностики.
Опытный образец первого российского позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ). Фото: «Страна Росатом»
Как устроены центры ядерной медицины?
Сегодня деятельность госкорпорации «Росатом» в области здравоохранения включает в себя изотопный комплекс и производство радиофармпрепаратов, производство высокотехнологичного медицинского оборудования, обработку медицинских изделий ионизирующим облучением. Но работа не была бы комплексной без собственных объектов медицинской инфраструктуры, где врачи и пациенты будут достигать главной цели – эффективных результатов лечения. В центре любой системы здравоохранения всегда стоит пациент и его потребность в качественной медицинской помощи. Комплексно оказать услугу и нести полную ответственность за результат можно только в рамках одной медицинской системы, где одинаково важную роль играют квалификация персонала и технологии лечения, качество оборудования и лекарственных препаратов, логистики и других составляющих.
Поэтому сегодня «Росатом» строит объекты медицинской инфраструктуры в регионах России, чтобы увеличить доступность для населения высокотехнологичной помощи с использованием методик ядерной медицины. Центры ядерной медицины возводятся в Иркутске, Уфе, Липецке, в работе проекты еще в ряде регионов. До 2030 года «Росатом» планирует открыть 5 центров радионуклидной терапии, где будет размещено более 120 «горячих» коек, каждый центр сможет оказывать порядка 3000 услуг в год.
Компетенции «Росатома» в строительстве объектов медицинской инфраструктуры позволяют не только полностью обеспечить потребности населения Российской Федерации в центрах ядерной медицины, но и экспортировать технологии в дружественные страны.
В центрах ядерной медицины есть все необходимое для терапии и диагностики: от собственной радионуклидной продукции и медицинского оборудования до комфортных палат для пациентов.
Терапия в ядерной медицине: радионуклидная, контактная и дистанционная — персонифицированная
Помимо терапии радионуклидами, при которой радионуклиды попадают в клетки очага заболевания на биологически активных соединениях, существуют еще два вида терапии в ядерной медицине: контактная и дистанционная. Их объединяюще называют лучевой терапией.
Исторически контактная, или брахитерапия, была самой первой — это те самые эксперименты с введением или прикладыванием радиоактивных элементов прямо на опухоль. Идея осталась той же, методы чуть изменились. Сегодня радионуклиды помещают в герметичные капсулы и вводят в облучаемый орган. Сканирование и компьютерные расчеты позволяют точно рассчитать, куда нужно ввести такие капсулы, чтобы добиться равномерной радиации в очаге поражения с минимальным воздействием на окружающие ткани.
В этом году получил регистрационное удостоверение гамма-терапевтический комплекс для высокодозной терапии «Брахиум». Шаг позиционирования источников у нового комплекса — всего один миллиметр, да и сами источники значительно уменьшились – до нескольких миллиметров. Программное обеспечение на базе искусственного интеллекта позволяет врачу планировать индивидуальную программу лечения для каждого пациента, рассчитывая оптимальную дозу, отслеживая динамику и ведя статистику.
Выпуск микроисточников для брахитерапии в ФЭИ. Фото: ФЭИ
Дистанционная терапия — воздействие излучением с расстояния. Она позволяет бесконтактно воздействовать на опухоль, находящуюся глубоко в окружении здоровых тканей. Современные технологии позволяют точно подобрать пациенту дозы и цели для облучения, тем самым минимизируя воздействие на остальные ткани.
Сейчас «Росатом» предлагает рынку 16 видов востребованной медицинской техники собственной разработки и производства. В этом году «Русатом Хэлскеа» начал серийный выпуск первого российского линейного ускорителя «Оникс», а также комплекса для брахитерапии «Брахиум». Кроме того, «Русатом Хэлскеа» разрабатывает первый в мире безгелевый магнитно-резонансный томограф (МРТ), который будет удобнее в использовании и надежнее аналогов. Также начата работа над созданием отечественного комплекса дистанционной лучевой терапии тороидального типа «Торус».
Оборудование госкорпорации «Росатом» отечественной разработки, благодаря чему цена не зависит от волатильности курса. Сервис и гарантийное обслуживание обеспечивает АО «НИИТФА» (предприятие в контуре управления «Русатом Хэлскеа») в Москве, что гарантирует высокую скорость обслуживания.
Важная составляющая новейших разработок — персонификация лечения конкретного пациента.
Производство радиофармпрепаратов
Немаловажно, что эти технологии можно применять не только в онкологии, но и в кардиологии, ревматологии, эндокринологии и других направлениях. Организацией бесперебойных поставок сырьевой и готовой изотопной продукции занимается АО «Всерегиональное объединение "Изотоп"», входящее в группу компаний «Русатом Хэлскеа». У объединения более 50 лет экспертизы в области, а в числе партнеров более 100 зарубежных компаний из 50 стран.
Благодаря огромному опыту и десятилетиям развития, «Росатом» полностью обеспечивает Россию традиционными препаратами на основе молибдена-99, технеция-99m, йода-131 и самария-153, и немалый объем продает за рубеж.
Наших мощностей хватает и на производство изотопов, используемых в инновационных терапиях по всему миру. Более того, некоторые из них производятся исключительно в России. Но вот сами радиофармпрепараты на основе этих изотопов мы пока не производим. Вскоре это изменится: «Русатом Хэлскеа» строит в Обнинске первый в России радиофармзавод.
В 2025 году 21 технологическая линия позволит выпускать радиофармацевтическую продукцию для диагностики и терапии широкого спектра заболеваний, в том числе неоперабельных метастатических форм рака.
Радиофармпрепараты смогут лечить нейроэндокринные опухоли, рак предстательной железы, миелоидные заболевания, рак почек, костных тканей, слюнных желез. А также опухоли головного мозга, солоидные опухоли, нейробластому, рак легких, яичников, мочевого пузыря, молочной железы, рак кожи, печени, поджелудочной железы, а также рак кишечника, щитовидной железы, неходжкинские лимфомы и многие другие опасные заболевания. Завод будет построен в соответствии с самым современным мировым стандартом GMP, что является гарантией качества, безопасности производства и применения лекарственных форм.
Препараты, производимые GMP-заводом «Росатома», будут применяться как для диагностической, так и терапевтической помощи пациентам. Размещение производства в Обнинске обеспечивает оперативность поставок радиофармпрепаратов в медицинские учреждения по всей стране и миру. Для этого есть собственный спецавтопарк и развитый логистический авиационный хаб Москвы и Калужской области. «Росатом» планирует полностью удовлетворить потребность российских врачей и пациентов в радиофармпрепаратах и помочь людям из других стран сохранить и укрепить здоровье.
В мире и в России
На сегодня мировой рынок РФП составляет примерно $5 млрд. По оценкам экспертов, к 2030 году он удвоится. Россия пока что удерживает лишь 5%, но наш потенциал огромен. К началу 2030-х годов «Росатом» планирует занять 10—30% рынков ядерной медицины, в зависимости от типов продукта и конкуренции. Как минимум компания хочет на 100% обеспечивать внутренний рынок РФП. Спрос на ядерную медицину в нашей стране большой.
Примерно половина пациентов с онкологическими заболеваниями нуждаются в лучевой, радио- или радионуклидной терапии. В России ежегодно появляется около полумиллиона новых онкологических пациентов. Конечно, существуют хирургические и другие методы лечения, но именно лучевая терапия и ядерная медицина в большинстве случаев помогает спасти и продлить жизни людей на последних стадиях заболевания.
С декабря 2007 года началась новая эра атомной отрасли России. Были запущены программы развития атомпрома. Благодаря консолидации активов удалось сформировать цепочку полного цикла технологий от добычи урана до вывода атомных объектов из эксплуатации.
Госкорпорация «Росатом», созданная указом президента России, за 2007—2022 годы прошла огромный путь, превратившись в национального чемпиона энергетического сектора и лидера на глобальном рынке ядерных технологий. Помимо атомной энергетики, в компании развивается порядка 80 новых бизнесов, в числе которых ветроэнергетика, перевозки по Северному морскому пути, арктическая портовая инфраструктура, фундаментальные исследования в Национальном центре физики и математики, центры обработки данных при АЭС и, конечно, ядерная медицина. Сегодня госкорпорация входит в топ-5 крупнейших мировых поставщиков изотопной продукции, производя РФП с йодом, самарием, стронцием, а также генераторы технеция.
«Русатом Хэлскеа» — дивизион, аккумулирующий экспертизу госкорпорации в области здравоохранения. Сегодня он развивается по четырем основным направлениям: изотопный бизнес и радиофарма, медицинское оборудование, строительство объектов медицинской инфраструктуры и развитие многоцелевых центров облучения.
Велика вероятность, что с помощью методов ядерной медицины удастся справиться с тяжелыми болезнями: если не победить, то хотя бы контролировать, не нанося вред здоровым тканям организма, и тем самым увеличивать продолжительность и качество жизни людей.