中子治療精準(zhǔn)殺死癌細(xì)胞，中晚期腫瘤病人新希望

惡性腫瘤（癌癥）嚴(yán)重威脅著人類生命健康，對其治療有了較大進(jìn)步。然而，2020年我國腫瘤新發(fā)病例數(shù)及死亡數(shù)分別為457萬例和300萬例，均屬全球之最，腫瘤的復(fù)發(fā)多發(fā)和浸潤轉(zhuǎn)移較常見，這些中晚期腫瘤病人承受著極大生命痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。現(xiàn)在，一種新型的腫瘤治療方法，中子精準(zhǔn)腫瘤治療橫空出世。它代表當(dāng)前腫瘤治療新興高科技方向，被日本專家譽(yù)為腫瘤終極療法和跨時代腫瘤治療方案。我國科技部也轉(zhuǎn)載《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報道中子治療是繼手術(shù)、傳統(tǒng)放療、抗癌藥物、免疫療法之后的腫瘤“第五療法”。

近日，鳳麟核團(tuán)隊和山東大學(xué)齊魯醫(yī)院共建了中子醫(yī)學(xué)中心，旨在開展中子治療臨床應(yīng)用，造福腫瘤病人。那么，到底什么是中子治療？它又有什么優(yōu)勢呢？今天小編就帶大家來揭秘中子治療的前世今生。

一、中子治療的特色與優(yōu)勢

什么是中子治療？中子精準(zhǔn)腫瘤治療，又稱硼中子俘獲治療（BNCT），它利用中子與腫瘤細(xì)胞中富集的硼藥物發(fā)生特異性俘獲反應(yīng)，產(chǎn)生短射程的次級粒子(α粒子和鋰離子)，這些次級粒子的射程在微米量級，正好與腫瘤細(xì)胞的直徑一致，從而定向殺死腫瘤細(xì)胞，而周邊正常細(xì)胞則幾乎不受損傷。

圖1. 中子治療的原理與特點(diǎn)

中子治療被日本譽(yù)為腫瘤終極療法和跨時代腫瘤治療方案，那么中子治療有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢呢？

（1）精準(zhǔn)度達(dá)到一個細(xì)胞:光電子和質(zhì)子重離子治療的精度在毫米和亞毫米量級，而中子治療精度可以達(dá)到微米量級（細(xì)胞級），可以實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的分辨，治療在精準(zhǔn)“殺死”腫瘤細(xì)胞的同時，正常細(xì)胞不受損傷。

（2）病人通常僅需一次治療:目前醫(yī)院的光電子放療和質(zhì)子治療，每名病人平均需要20次照射，有些甚至需要30次以上的照射。中子治療得益于微米級精度和強(qiáng)療效，每名病人整個治療過程通常僅需1次照射，時間30-50分鐘，療效精準(zhǔn)，同時有利于維持病人生活質(zhì)量(QOL)，減低病人經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高裝置年治療病人數(shù)量。

（3）復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移腫瘤一流療效：多次放療復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移后的腫瘤很難治愈，原因在于腫瘤對光電子、質(zhì)子放射治療產(chǎn)生了抵抗力。而中子治療產(chǎn)生的次級粒子，可在腫瘤細(xì)胞內(nèi)迅速沉積大量能量(LET~160keV/μm)，并且具有非常高的相對生物學(xué)效應(yīng)(RBE~8)，從而殺死復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞，給復(fù)發(fā)腫瘤病人帶來了福音。

圖2. 中子精準(zhǔn)腫瘤治療病人（來源：日本中子治療中心）

二、中子治療適用的腫瘤類型

中子治療適用于哪些腫瘤呢？中子治療作為中晚期惡性腫瘤的利器，特別適用于浸潤、轉(zhuǎn)移、多發(fā)、復(fù)發(fā)、無法手術(shù)、放療化療適應(yīng)不良的腫瘤治療，也可應(yīng)用于復(fù)發(fā)性頭頸癌、惡性腦瘤、黑色素瘤、骨肉瘤、乳腺癌、肝癌等多種常見實(shí)體腫瘤。同時，中子治療具有細(xì)胞級精度和腫瘤細(xì)胞特征選擇性等優(yōu)勢，隨著中子治療技術(shù)的發(fā)展，中子治療完全可以針對全身擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的腫瘤進(jìn)行治療。

圖3. 日本中子治療復(fù)發(fā)性頭頸癌，完整保護(hù)面部組織和器官

圖4. 日本中子治療腦膠質(zhì)瘤，48小時后腫瘤組織急劇縮小

此外，日本臨床研究也證實(shí)，中子治療對于兒童腦腫瘤具有很好的療效，因?yàn)閮和瘣盒阅X腫瘤的理想治療方法應(yīng)該是對發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成盡量少的損害，而中子治療的細(xì)胞級精準(zhǔn)正好與之契合。日本開展的兒童腦腫瘤病人中，最小的病人僅有1歲，經(jīng)過近20年的回訪，現(xiàn)在這名最小的病人已經(jīng)成為了一名大學(xué)生，中子治療對于他的后續(xù)腦部發(fā)育幾乎沒有影響。18歲以下兒童腦腫瘤發(fā)病率約為3/10萬人，保守估計中國約有3萬兒童腦腫瘤病人，中子治療將為他們的家庭帶來福音。

正如南東北硼中子俘獲療法研究中心高井良尋主任表示：“我們相信，這項新的治療方式將為難以治療的腫瘤病人帶來希望的曙光?！?/p>

三、中子治療系統(tǒng)的原理與組成

那么很多人要問了，中子治療的設(shè)備是什么樣子的？又是怎么工作的呢？小編來給大家講一講中子治療設(shè)備的前世今生。

1951年哈佛大學(xué)麻省總醫(yī)院開展了世界上第一例中子治療臨床試驗(yàn)，但是當(dāng)時中子治療的發(fā)展依賴于傳統(tǒng)反應(yīng)堆來提供中子，而反應(yīng)堆幾乎不可能在醫(yī)院進(jìn)行推廣應(yīng)用，中子治療歷經(jīng)了一段漫長發(fā)展的時期。近年來，隨著加速器中子源的發(fā)展，中子治療擺脫了對于傳統(tǒng)反應(yīng)堆中子源的依賴，整體裝置建設(shè)成本低、安全可靠、治療費(fèi)用少，便于在醫(yī)院推廣，有力推動了中子治療的臨床化進(jìn)程，中子治療迎來了新興高科技的爆點(diǎn)。

最新中子治療的核心系統(tǒng)包括強(qiáng)流中子源、中子精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)、中子治療計劃系統(tǒng)和硼藥物，我們用一張圖來看清楚吧。

圖5. 中子治療臨床裝置系統(tǒng)組成示意圖（圖片來源：鳳麟核集團(tuán)）

強(qiáng)流中子源通過加速質(zhì)子轟擊金屬鋰或者金屬鈹來產(chǎn)生中子，它是中子治療實(shí)施的基礎(chǔ)。中子源不僅要求有高的中子強(qiáng)度，而且必須非常穩(wěn)定，才能保證病人的治療效果和治療安全。同時，中子源必須要緊湊小巧，才能便于在醫(yī)院安裝。這個中子源里最重要的部件就是產(chǎn)生中子的靶，它不僅要承擔(dān)極高的熱量，而且還要有很長的壽命才行，每個中子靶的設(shè)計和材料選型可都是研發(fā)單位的核心技術(shù)。

中子精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)是病人安全的核心保障，它可以將強(qiáng)流中子源產(chǎn)生的中子進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，選取最佳能量的中子，高效安全的用于病人治療。聽起來容易做起來難，因?yàn)橹凶硬粠щ姡荒芡ㄟ^常見的電磁場進(jìn)行控制，只能通過原子核的相互作用，如何從數(shù)以億計不同材料排列組合中，優(yōu)選出具有最好治療效果的設(shè)計方案，沒有強(qiáng)有力的中子計算模擬軟件可不行。

中子治療計劃系統(tǒng)是中子治療的大腦。每位病人的腫瘤類型、腫瘤大小、腫瘤深度等千差萬別，各不相同，如何根據(jù)每位病人的實(shí)際病情，量身定制最有效最安全的中子癌癥治療方案？這個就全要依靠中子治療計劃系統(tǒng)來開展設(shè)計，保證每位病人都能享受到精準(zhǔn)的治療方案。

硼藥物作為中子治療的靶向標(biāo)記，目前國際上常用的硼藥物以氨基酸（苯丙氨酸）作為硼載體，硼藥本身對人體無毒無害，但是單獨(dú)的硼藥物沒有治療效果，需要與中子治療裝置兩者相結(jié)合，藥物中的硼與中子發(fā)生俘獲反應(yīng)殺死腫瘤細(xì)胞。

四、中子治療的發(fā)展展望

中子精準(zhǔn)腫瘤治療成為國際新興高科技的熱點(diǎn)，在日本，南東北醫(yī)院和關(guān)西BNCT醫(yī)療中心的中子治療裝置都已經(jīng)投入了臨床應(yīng)用，日本國家癌癥中心、筑波大學(xué)、名古屋大學(xué)等中子治療裝置已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，中子治療也已經(jīng)納入了日本醫(yī)保體系。美國、俄羅斯、以色列、意大利、英國、德國、芬蘭等科技強(qiáng)國也在紛紛研發(fā)中子治療裝置，建設(shè)中子治療中心，僅在美國，就有Neutron Therapeutics，TAE Life Science等多家高新企業(yè)從事中子治療裝備研發(fā)制造。

中子治療的核心技術(shù)始終被美國等發(fā)達(dá)國家封鎖，2019年3月，美國商務(wù)部工業(yè)安全局更進(jìn)一步將中子源系統(tǒng)、中子計算模擬軟件等列入貿(mào)易控制清單，不斷封鎖打壓中國中子技術(shù)發(fā)展。如何沖破國際封鎖，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主化成為中國中子治療發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。我們也欣喜的看到包括北京凱佰特、南京中硼聯(lián)康、中科院高能所、鳳麟核集團(tuán)等多家國內(nèi)單位也在發(fā)展各類中子治療技術(shù)，其中鳳麟核集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊在小型化高流強(qiáng)加速器中子源、治療中子束精準(zhǔn)調(diào)控、中子治療計劃系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了中子治療裝置和中子治療計劃系統(tǒng)的完全自主，本次進(jìn)一步與山東大學(xué)齊魯醫(yī)院共同開展中子治療臨床應(yīng)用，我們也期待著中國自主的中子治療裝置能夠早日進(jìn)入臨床應(yīng)用，打破高端醫(yī)療器械的國際壟斷，讓越來越多的腫瘤病人享受到“第五療法”：中子精準(zhǔn)腫瘤治療。

參考資料：

日本南東北硼中子俘獲療法研究中心

http://www.sthg-jp.com/motion.asp?menuid=10491&lgid=3&siteid=100511

日本關(guān)西BNCT醫(yī)療中心

https://www.ompu.ac.jp/kbmc/

中國科技部“日本癌癥的“第五療法”將在2020年使用”

http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201909/t20190910_148688.html

鳳麟核

http://www.fds.org.cn/

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