Ядерные технологии в медицине: как это работает?

Радий в конце позапрошлого века открыли французские ученые Пьер и Мария Кюри (на фото), а в начале XX века их соотечественники, врач Анри-Александр Данло и физик Эжен Блох, впервые применили его для лечения кожного туберкулеза  Фото: © Everett Collection / Shutterstock / FOTODOM

Прошло уже 110 лет с тех пор, как венгерский ученый Дьердь де Хевеши предложил использовать в биологических исследованиях метод меченых атомов. Он обнаружил, что если поливать растения солями свинца с радиоактивной меткой, то можно изучать движение атомов по корням и листьям. Его статья «Поглощение и транслокация свинца растениями» в 1923 году открыла новую эру в биологии и медицине.

В дальнейших экспериментах с изотопными метками де Хевеши с помощью радиоактивного фосфора смог измерить не только объем этого вещества, накопленного в костях и зубах, но и скорость увеличения раковой опухоли в организме крысы. Кроме того, он увидел, как тормозится рост при радиоактивном облучении. В 1943 году ученый получил Нобелевскую премию по химии.

Проект Оппенгеймера

Пока де Хевеши использовал ядерные технологии в медицине, в США им нашли другое применение. В начале 40-х годов там проводилась программа по разработке ядерного оружия под кодовым названием «Манхэттенский проект». Его научным руководителем был профессор Роберт Оппенгеймер. Он руководил командой ученых, куда входили такие знаменитости из мира науки, как Нильс Бор и Энрико Ферми. Этот коллектив соз­дал первую в мире ядерную бомбу, которую ис­пы­та­ли в пус­тын­ном рай­оне шта­та Нью-Мек­си­ко в июле 1945 года.

Роберту Оппенгеймеру посвящен вышедший недавно новый фильм Кристофера Нолана

Первый сканер для радионуклидной диагностики появился в 1951 году. Его создала команда американских исследователей во главе с биофизиком Бенедиктом Кассеном. Более 20 лет этот аппарат был главным инструментом в ядерной медицине. Затем стали появляться усовершенствованные модели.

Сегодня ядерные технологии позволяют врачам максимально точно видеть изменения в теле человека, в костях, органах и тканях, а затем меткими снайперскими выстрелами уничтожать опасные клетки внутри организма. Такая терапия существует на стыке физики, химии и клинической медицины. Она основана на диагностике и лечении с помощью радиоактивных изотопов.

Искусственные изотопы создают в ядерных реакторах и на циклотронах — ускорителях частиц, в которых по спирали происходит многократное ускорение пучка заряженных протонов. Основные профильные отечественные предприятия были построены в 50–60-х года прошлого века. Сегодня производство изотопов — прибыльная отрасль российской экономики. Ежегодно их экспорт приносит миллионы долларов.

Какие болезни лечит ядерная медицина? Иллюстрация: © «Сириус.Журнал»

Для медицинских целей выбирают изотопы с низкой радиотоксичностью, подходящим типом радиоактивного излучения, энергией и периодом полураспада — от нескольких минут до нескольких часов и дней. Даже при малых дозах радиации нужно, чтобы изотопы наносили минимальный урон здоровью и быстро распадались в организме. Абсолютно безвредных не существует. В терапии обычно используют радиоактивные кобальт, фосфор, йод и золото.

Как используют?

Один из главных результатов сотрудничества медицины и ядерной физики — радиофармпрепараты. Это радионуклиды, соединенные с нужными биологическими молекулами. Они целенаправленно воздействуют только на пораженные клетки без ущерба для здоровых тканей, таким образом, убивая опухоль изнутри.

Кроме того, ядерные технологии применяют в диагностике. В кровь пациента вводится радиоактивное вещество. После этого его обследуют в компьютерном томографе. Так, можно подробно изучить структуру органов: их контуры, патологические новообразования, признаки воспаления и инородные тела. Этот метод позволяет выявлять заболевания на самых ранних стадиях развития. 

Радиофармпрепараты — это лекарства, содержащие небольшое количество радиоактивных изотопов, используемые для диагностики и лечения заболеваний Фото: © S. Slavchev / International Atomic Energy Agency (IAEA)

Активно работать с радиоактивными изотопами в отечественной медицине начали в 1980-х годах. Впервые их стали применять в Институте медицинской радиологии СССР (нынешний Медицинский радиологический научный центр в Обнинске). Предполагалось, что в каждом онкодиспансере страны будут специальные блоки для лечения пациентов радионуклидами, однако в 1986 году произошла чернобыльская авария, которая перечеркнула эти планы.

Новый виток развития ядерной медицины случился в 2009 году, когда в России смягчили нормы радиационной безопасности. Сейчас наша страна входит в пятерку крупнейших производителей сырьевых медицинских изотопов в мире. Например, компания «Росатом» поставляет изотопы собственного производства в 50 стран мира.

Отечественные ученые создают новые радиофармпрепараты. Один из последних — «Лютеция-177-PSMA». Ее используют для лечения больных раком предстательной железы. Лекарство эффективно для пациентов, плохо переносящих гормональную терапию.

«Препарат именно российского производства впервые начали применять в нашей стране в мае 2021 года. Качество сырья для производства этого препарата потрясающее, ничем не уступает зарубежным аналогам», — заявил руководитель Центра инновационных радиологических и регенеративных технологий Национального медицинского исследовательского центра радиологии Минздрава РФ Пётр Шегай.

Помимо этого, в России внедряют в клиническую практику радиофармпрепараты на основе актиния-225. Их используют для лечения неоперабельного рака предстательной железы, когда «Лютеция» не работает.

«Кроме того, российские радиофармпрепараты применяются в уникальных процедурах лечения рака печени. Например, порядка двух лет назад была проведена первая процедура, когда мы использовали микроисточники натрия. С помощью эндоваскулярной хирургии мы подводим эти источники непосредственно в центр опухоли и облучаем ее изнутри. 

Это дает колоссальное преимущество пациентам, страдающим раком печени либо метастатическими поражениями печени

Пётр Шегай

У нас есть случай, когда пациент, которому прогнозировали продолжение жизни не более трех месяцев, живет до сих пор, работает, и качество жизни у него не упало», — рассказал Пётр Шегай.

Новые возможности

Сегодня ядерная медицина активно развивается — больше половины вырабатываемых в мире радиоизотопов используются именно в области здравоохранения. В России сейчас производят радиофрампрепараты для диагностики и терапии заболеваний щитовидной железы, сердечно-сосудистой и мочеполовой систем, желудочно-кишечного тракта.

Однако потребности врачей и пациентов гораздо шире, поэтому в Обнинске сейчас строят крупнейший в Европе завод по производству радиофармпрепаратов. Ожидается, что уже в 2025 году он будет выпускать лекарства для терапии нейроэндокринных опухолей, опухолей предстательной и молочной желез, онкологических заболеваний легких, почек, миелоидных заболеваний, лимфомы и других болезней, перед которыми медицина пока бессильна.

Радиоактивные изотопы йода 131 (I-131), используемые для лечения гипертиреоза Фото: © pang_oasis / Shutterstock

«Неэнергетическое применение мирного атома близко каждому человеку, это касается нас и наших близких. Нас долго критиковали за то, что мы никак не приступим к этому проекту, но сейчас строительство завода началось. Если до последнего времени мы поставляли в основном сырье, то сейчас понимаем:

Мы готовы обеспечить полный суверенитет России по всем имеющимся видам радиофармпрепаратов, которые есть в Европе, США и других развитых странах.

Кроме того, мы можем предложить отечественному здравоохранению абсолютно реальные рыночные цены и даже чуть ниже», — подчеркнул генеральный директор «Русатом Хэлскеа» Игорь Обрубов.

По словам Обрубова, в последнее время в стране активно разрабатывают тяжелую медицинскую технику. Есть уже примерно 15 видов специализированного оборудования. В ближайшие годы в России планируют реализовать советскую задумку и открыть в регионах медицинские центры с отделениями радионуклидной диагностики и терапии. Так, ядерную медицину хотят сделать доступной не только для тех, кто живет в крупных городах, но и для жителей провинции. В планах и ядерные аптеки, которые относились бы к определенным медицинским учреждениям. Предполагается, что в них будут готовить радиофармпрепараты для пациентов этих учреждений.