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重大突破!我国首台硼中子俘获治疗样机成功研制

2023.11.24

  近日,在中核集团龙腾创新项目的支持下,中核集团中国原子能科学研究院“BNCT 强流质子回旋加速器样机研制”项目顺利通过技术验收,这标志着国内首台基于强流回旋加速器的硼中子俘获治疗(BNCT)样机成功研制,为下一步开展 BNCT 商品机定型和临床技术研究提供了坚实保障,有力推动了下一步BNCT装备的成果转化。

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  来自中国科学院近代物理研究所、清华大学、武汉大学、华中科技大学、四川大学、华北电力大学、航天 23 所的专家,以及原子能院核技术综合研究所、反应堆工程技术研究所领导及项目组成员参加技术验收会。专家组听取了项目组的技术总结汇报,查验了测试结果,经过提问与质询后发表验收意见。各位专家一致表示,样机测试结果满足设计指标要求,完成了任务书规定的全部研究内容,部分技术指标优于任务书要求。专家组建议把握时机、增加投入,加快开展临床关键技术研究工作。

  BNCT是近年来国际肿瘤治疗领域最前沿的癌症靶向治疗技术之一,可用于头颈部肿瘤、黑色素瘤等癌症治疗中。由原子能院核技术综合研究所和反应堆工程技术研究所合作组成的“BNCT强流质子回旋加速器样机研制”项目团队成功突破了强流回旋加速器技术、中子靶和慢化体技术,实现了小型回旋加速器mA量级流强引出能力。下一步,将尽快开展基于该装置的临床关键技术研究工作,争取早日实现成果转化,为我国医疗健康事业做出贡献。

BNCT的概念

  那么,什么是硼中子俘获治疗(BNCT)呢?简单说,硼中子俘获治疗技术(Boron Neutron Capture Therapy,简称BNCT)是近年来国际肿瘤治疗领域新兴快速发展的精准诊疗技术。在日本医学界,它被誉为继手术、传统放疗、抗癌药物、免疫治疗之后的"第五疗法"。

  对于复发性、浸润性、局部转移肿瘤,BNCT具有突出的临床优势,并且在全球上千例临床上已经证明了其在复发性头颈癌、恶性脑瘤、黑色素皮肤癌、骨肉瘤、乳癌等多种实体肿瘤治疗中的显著可靠的疗效。

  BNCT的概念最早在1936年被提出,经过数十年的发展,其安全性与有效性已经获得了科学界的验证。而BNCT的作用原理则是在人体内注入硼药物,这种硼药物就好比是"猎人",而中子束就好比是"子弹"。当中子束照射到带有硼药物的肿瘤细胞时,硼药物中的硼原子会俘获中子,从而释放出高能离子,这些高能离子能够破坏肿瘤细胞内部的DNA,最终导致肿瘤细胞的死亡。

BNCT原理

  “硼中子俘获治疗(BNCT)作为一种新兴的二元、靶向、细胞级的肿瘤治疗方法。它的作用原理就是在人体内注入硼药,这种硼药就好比派出去的‘工兵’,主动去癌细胞周围埋‘地雷’,这些‘地雷’在BNCT设备产生的中子照射下,一旦遇到中子即可引发只有 1-2 个细胞尺度的‘核爆炸’来摧毁癌细胞,对其他正常的组织细胞损伤极小。

BNCT独特优势

1. 实现二次靶向精准定位

  BNCT摒弃传统放疗CTV、PTV概念,实现双靶向精准定位。通过靶向药物或分子探针携带 10B原子,可以在肿瘤细胞选择性积聚、锁定,形成一次靶向定位;通过选择中子束的照射野,针对肿瘤部位投射中子,达到二次靶向的精准定位。

2. 细胞级重离子刀

  当超热中子照射到肿瘤部位时,中子进入人体组织并和癌细胞中的10B发生硼中子俘获反应,分裂出α粒子和7Li两个重离子。这两个粒子的射程距离只有10微米,与一个癌细胞的大小相当,并且它们的杀伤力极强,远远超过传统的光子质子,因此BNCT被誉为“细胞刀”。此外,BNCT所实现的物理性打击可以有效地避免化疗和免疫治疗所带来的细胞抗药性问题。

3. 治疗疗程短,发展性高

  BNCT全疗程仅需1-2次照射,远低于现有的放射疗法。与其它粒子放疗技术相比,BNCT生物效应杀伤力强,设备占地小,年治疗人数多,普及性和发展性较高。

4. 适应症广

  目前最成熟的BNCT药物BPA可应用于头颈癌、黑色素瘤、骨肉瘤、脑及CNS肿瘤、乳癌等。特别适用于浸润、扩散、转移等X-射线、质子、重离子以及手术无法治疗的癌症。

  此外,BNCT的发展可以随着新的靶向探针、药物的开发会面向更多的癌症种类,以及带来更广泛的应用可能,如在慢性心血管阻塞、类风湿性关节炎、甚至阿兹海默症上的应用。

5. 安全可靠

  通过正电子标记技术,可以对个体进行含硼药物差异化评估,预测预后成效,形成个体化诊疗方案,实现精准治疗。单独使用含硼药物或超热中子束并不具有药效或疗效,也不具备杀伤力。与传统的放化疗相比,BNCT的作用范围仅限于一个单细胞的射程范围,这种细胞级的治疗可以减少对正常组织的伤害,大大降低副作用。

BNCT现状与未来

  过去,为了获得所需的中子源,BNCT研究所必须依赖核反应堆的产能。然而,核反应堆存在核安全、核扩散、高放射废料、高昂造价、社会成本高昂以及庞大体积等方面的弊端,这限制了临床应用的发展。

  多年来,国际中子俘获治疗学会一直致力于解决中子源和中子品质的问题。近年来,加速器驱动中子源的发展使得BNCT技术可以在医院中实现应用,为BNCT技术的蓬勃发展打开了新的局面。

  目前,日本、中国、芬兰、意大利、美国、英国、阿根廷、以色列、俄罗斯等国都在积极推进加速器硼中子治疗(Accelerated Based BNCT,简称AB-BNCT)装置的研究和建设。日本在BNCT研究方面一直走在国际前列,其政府将BNCT列为国家战略并予以重点支持。目前,日本国内已经建成了5座AB-BNCT设施,并且还在新建或规划另外8座新设施。

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