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(duì)其治療有了較大進(jìn)步。然而，2020年我國(guó)腫瘤新發(fā)病例數(shù)及死亡數(shù)分別為457萬(wàn)例和300萬(wàn)例，均屬全球之最，腫瘤的復(fù)發(fā)多發(fā)和浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移較常見(jiàn)，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)?，F(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(shí)代腫瘤治療方案。我國(guó)科技部也轉(zhuǎn)載《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)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(duì)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(kāi)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(shì)呢？今天小編就帶大家來(lái)揭秘中子治療的前世今生。

一、中子治療的特色與優(yōu)勢(shì)

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(jí)粒子(α粒子和鋰離子)，這些次級(jí)粒子的射程在微米量級(jí)，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(shí)代腫瘤治療方案，那么中子治療有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)呢？

（1）精準(zhǔn)度達(dá)到一個(gè)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(jí)，而中子治療精度可以達(dá)到微米量級(jí)（細(xì)胞級(jí)），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(shí)，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(jí)精度和強(qiáng)療效，每名病人整個(gè)治療過(guò)程通常僅需1次照射，時(shí)間30-50分鐘，療效精準(zhǔn)，同時(shí)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(duì)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(jí)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(duì)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(lái)了福音。

圖2. 中子精準(zhǔn)腫瘤治療病人（來(lái)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(rùn)、轉(zhuǎn)移、多發(fā)、復(fù)發(fā)、無(wú)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(jiàn)實(shí)體腫瘤。同時(shí)，中子治療具有細(xì)胞級(jí)精度和腫瘤細(xì)胞特征選擇性等優(yōu)勢(shì)，隨著中子治療技術(shù)的發(fā)展，中子治療完全可以針對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(jí)精準(zhǔn)正好與之契合。日本開(kāi)展的兒童腦腫瘤病人中，最小的病人僅有1歲，經(jīng)過(guò)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(duì)于他的后續(xù)腦部發(fā)育幾乎沒(méi)有影響。18歲以下兒童腦腫瘤發(fā)病率約為3/10萬(wàn)人，保守估計(jì)中國(guó)約有3萬(wàn)兒童腦腫瘤病人，中子治療將為他們的家庭帶來(lái)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(xiàng)新的治療方式將為難以治療的腫瘤病人帶來(lái)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(wèn)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(lái)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(kāi)展了世界上第一例中子治療臨床試驗(yàn)，但是當(dāng)時(shí)中子治療的發(fā)展依賴于傳統(tǒng)反應(yīng)堆來(lái)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(zhǎng)發(fā)展的時(shí)期。近年來(lái)，隨著加速器中子源的發(fā)展，中子治療擺脫了對(duì)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(dòng)了中子治療的臨床化進(jìn)程，中子治療迎來(lái)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(jì)劃系統(tǒng)和硼藥物，我們用一張圖來(lái)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(lái)源：鳳麟核集團(tuán)）

強(qiáng)流中子源通過(guò)加速質(zhì)子轟擊金屬鋰或者金屬鈹來(lái)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(shí)，中子源必須要緊湊小巧，才能便于在醫(yī)院安裝。這個(gè)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(zhǎng)的壽命才行，每個(gè)中子靶的設(shè)計(jì)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(tīng)起來(lái)容易做起來(lái)難，因?yàn)橹凶硬粠щ姡荒芡ㄟ^(guò)常見(jiàn)的電磁場(chǎng)進(jìn)行控制，只能通過(guò)原子核的相互作用，如何從數(shù)以億計(jì)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(jì)方案，沒(méi)有強(qiáng)有力的中子計(jì)算模擬軟件可不行。

中子治療計(jì)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(wàn)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(gè)就全要依靠中子治療計(jì)劃系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)，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(guó)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(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，但是單獨(dú)的硼藥物沒(méi)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(guó)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(guó)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(guó)、俄羅斯、以色列、意大利、英國(guó)、德國(guó)、芬蘭等科技強(qiáng)國(guó)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(guó)，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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家封鎖，2019年3月，美國(guó)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(jì)算模擬軟件等列入貿(mào)易控制清單，不斷封鎖打壓中國(guó)中子技術(shù)發(fā)展。如何沖破國(guó)際封鎖，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主化成為中國(guó)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(guó)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(duì)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(jì)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(jì)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(kāi)展中子治療臨床應(yīng)用，我們也期待著中國(guó)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(guó)際壟斷，讓越來(lái)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(guó)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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