Лечение излучением
Ядерная медицина – вчера, сегодня, завтра
Серафим Петров
Российская медицинская отрасль унаследовала от советского атомного проекта высокоразвитую индустрию ядерной медицины. СССР был в числе мировых лидеров по производству изотопов медицинского назначения и выпуску специальной аппаратуры для радиационной терапии и диагностики. В XXI веке «Росатом» продолжил развивать наследие советского медицинского атомного проекта. Сейчас госкорпорация удерживает лидерские позиции в сфере изотопной продукции и продвигает новую медицинскую технику для различных направлений ядерной медицины. «Вестник атомпрома» в этом номере представляет краткий рассказ о том, как продвигались отечественные атомные технологии с 40-х годов прошлого века до настоящего времени.
Советский лечебно-атомный проект
Отечественная ядерная медицина зарождалась практически в самом начале советского атомного проекта – в конце 1940-х и начале 1950-х годов. Тогда в Советском Союзе было налажено не только промышленное производство изотопов с использованием как циклотронных ускорителей, так и промышленных, и исследовательских реакторов. Советские ученые, врачи и инженеры оперативно опробовали на практике передовые методы диагностики и лечения, а также разрабатывали и пропагандировали оригинальные методики.
Уже в 1950–1960-е годы на базе Препарационной лаборатории Института биофизики Минздрава СССР с использованием мишеней, облученных в циклотронных лабораториях и промышленных реакторах, был обеспечен выпуск источников ионизирующего излучения для внутриполостной и внутритканевой лучевой терапии на основе золота-198, кобальта-60, иридия-192, цезия-137 и других изотопов. Также создавались гибкие и рассасывающиеся кожные аппликаторы на основе иттрия-90, фосфора-32, таллия-204 и др. К концу 1960-х годов на базе института был сформирован целый кластер лабораторий и научных подразделений. Они обеспечивали полный комплекс работ по разработке и доклиническим испытаниям радиофармпрепаратов и радиоактивных источников для медицины. Клинические испытания проводились во многих ведущих медицинских организациях СССР.
В 1967 году на базе Препарационной лаборатории был создан завод «Медрадиопрепарат». Он долго был единственным специализированным производителем радиофармпрепаратов (РФП), генераторов и других изделий для медицины. Объем производства в соответствии с заказами медиков ежегодно увеличивался на 15–20 %. Было освоено производство РФП, содержащих более двадцати различных нуклидов. В итоге в 1970-е годы медицинская радиоизотопная продукция поставлялась более чем в 500 медицинских учреждений СССР и экспортировалась в Болгарию, Венгрию, Германию, Польшу, Чехословакию, Вьетнам, на Кубу и в другие страны.
В 1980-е годы при активной поддержке Минсредмаша (с 1989 года – Минатом) СССР было реализовано несколько проектов по развитию производства радиоизотопной продукции и фармпрепаратов на предприятиях атомной отрасли. Так, в 1985 году на площадке Обнинского филиала НИФХИ им. Л. Я. Карпова с использованием исследовательского реактора ВВР-ц было запущено производство молибдена-99 (Mo-99) для выпуска генераторов технеция. Кроме того, новые производства РФП были организованы в нескольких союзных республиках (например, на «Радиопрепарате» Института ядерной физики АН Узбекской ССР), а также в Ливии, Сирии, во Вьетнаме, на Кубе.
В итоге к закату советской эпохи в СССР несколько предприятий производили для медицины в необходимых количествах практически любые РФП, которые к тому времени имелись за рубежом. По использованию ядерных технологий в медицине СССР удерживал мировое лидерство вплоть до начала 1990-х годов. В стране работали примерно 650 отделений радионуклидной диагностики, которые проводили в год более 1,5 млн исследований, и более 20 отделений радионуклидной терапии. Выпускалось около 140 радионуклидов промышленного и медицинского назначения, был освоен выпуск 38 радиофармацевтических препаратов, генераторов технеция-99 и индия-113.
Одновременно в СССР шла активная работа по разработке техники для ядерной медицины. Например, работы по созданию линейных ускорителей были начаты в конце 1950-х годов, а уже в 1965 году в клиниках появились первые медицинские линейные ускорители электронов на 5 МэВ и 25 МэВ (в 1967 году – первые ускорители с энергией 35 МэВ). В 1981 году в НИИЭФА им. Д. В. Ефремова начали серийное изготовление линейных ускорителей электронов ЛУЭВ-15М1 для дистанционной лучевой терапии в статических и ротационных режимах облучения с управлением мощности дозы и размером поля. Они поставлялись в СССР и страны соцлагеря и эксплуатировались до начала 2000-х годов.
Выпуск гамма-терапевтических установок для лечения рака был начат уже в 1953–1954 годах. Установка ГУТ-Со-400 с Со-50 активностью 250 кюри сыграла значительную роль в формирование взглядов на развитие лучевой терапии, обеспечила основную потребность в этом виде лечения. Уже к 1961 году было изготовлено более 160 таких установок. А в начале 1960-х во ВНИИРТ был освоен серийный выпуск целой серии мощных гамма-терапевтических аппаратов различных типов (ЛУЧ-1 на основе кобальта-60, РАД-1, РОКУС). Уже к середине десятилетия в СССР и странах СЭВ эксплуатировалось около 30 подобных аппаратов.
В 1968 году ВНИИРТ начал выпуск гамма-терапевтического аппарата
АГАТ-Р с высокой активностью источника для ротационного, маятникового, статического и тангенциального облучения глубоко расположенных опухолей. Позднее был освоен выпуск АГАТ-С и АГАТ-СМ. АГАТ-С отличался от предыдущей модели механизацией всех перемещений радиационной головки и блоков диафрагм, оптических устройств для наведения пучка излучения, приспособлений для изменения характеристик поля. АГАТ-СМ был серией автоматизированных аппаратов уже с программным управлением.
Развитием этого направления явилась разработка в 1970 году комплекса внутриполостных шланговых аппаратов серии АГАТ-В. Он применялся для лечения конкретных локализаций путем введения источника излучения в предварительно ориентированные относительно патологического очага полые неактивные иглы (эндостаты). К началу 1980-х годов серия АГАТ-В применялась более чем в 100 онкологических клиниках страны. Модель АГАТ-В1 применялась в гинекологии, АГАТ-В2 – в стоматологии, АГАТ-В3 – в проктологии, АГАТ-В5 с миниатюрными источниками использовался для урологии. Позднее был разработан универсальный внутриполостной гамма-терапевтический аппарат АГАТ-ВУ.
Что такое ядерная медицина?
Ядерная медицина – это высокотехнологичная область на стыке клинической медицины, молекулярной биологии, ядерной физики, органической химии, фармакологии и других наук. Она основана на применении ионизирующего излучения и радиоактивных веществ для диагностики и лечения различных заболеваний в области онкологии, кардиологии, эндокринологии, неврологии и т. д. Обычно в ядерной медицине выделяют три основных направления:
– радионуклидную диагностику (например, позитронно-эмиссионную томографию). Она позволяет с использованием ядерно-физических методов и РФП, способных накапливаться в определенных структурах организма, выявить структурно-функциональные изменения, получить информацию о состоянии тканей, органов и систем;
– лучевую терапию. Это дистанционное или контактное использование различных видов излучения для лечения опухолей и некоторых других заболеваний;
– радионуклидную терапию. При этом методе пациенту вводится РФП, который целенаправленно накапливается в патологическом очаге. Его излучение разрушает поврежденную ткань.
При радионуклидной диагностике регистрируется энергия, излучаемая при распаде радиоизотопов. На этой базе строится трехмерное изображение, которое показывает распределение РФП в организме. Основными современными методами такой диагностики являются однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ, англ. single-photon emission computed tomography, SPECT) и позитронная эмиссионная томография (ПЭТ, англ. positron emission tomography, PET).
Радиофармацевтический лекарственный препарат (РФП) – лекарственный препарат, который в готовой для использования форме содержит один или несколько радиоактивных изотопов, пригодных для диагностического и/или терапевтического применения. РФП для диагностики состоит из рабочего вещества (особое соединение, которое участвует в естественных метаболических процессах в организме) и присоединенной к нему радиоактивной «метки». Для ПЭТ-диагностики в качестве «метки» служат изотопы, испускающие позитроны (античастица электрона), для ОФЭКТ-диагностики – изотопы, которые при распаде испускают гамма-квант (фотон).
Для ПЭТ используют фтор-18, кислород-15, углерод-11, галлий-68 и другие изотопы, распадающиеся на стабильные изотопы. Наиболее распространен сейчас РФП фтордезоксиглюкозы, это аналог глюкозы, меченой фтором-18 с периодом полураспада 109 мин (ФДГ). Препарат вводят внутривенно, после чего он попадает в различные ткани организма. Но клетки опухоли интенсивнее остальных потребляют глюкозу, это в свою очередь создает участки накопления РФП, который может быть детектирован позитронным томографом.
Механизм детектирования выглядит так: при столкновении позитрона с электроном, который присутствует в тканях организма, происходит аннигиляция: обе частицы преобразуются в два гамма-кванта с одинаковой энергией, разлетающихся в противоположных направлениях. Их-то и регистрируют детекторы ПЭТ-томографа. Области повышенной или пониженной концентрации испускающего позитроны вещества свидетельствуют об аномальном функционировании того или иного органа.
Близость медицинских центров и доступность процедур – важное условие для ранней диагностики и повышения выявляемости заболеваний. Этому способствует развитие ОФЭКТ-диагностики: такие аппараты в три-четыре раза дешевле, чем ПЭТ-томографы, а стоимость ОФЭКТ-исследования ниже позитронного примерно в 2,5 раза. Тем самым ОФЭКТ-процедуры могут быть более доступны для пациентов.
При ОФЭКТ-диагностике испускаемые РФП гамма-кванты проходят через коллиматор, который отбирает только те фотоны, которые движутся перпендикулярно к поверхности детектора. Затем они регистрируются блоками детектирования, а проекции изображений впоследствии обрабатываются компьютером, производится реконструкция тех или иных срезов тела пациента.
В ОФЭКТ-диагностике может использоваться широкий спектр РФП на основе технеция-99m, йода-123, индия-111, галлия-67 и других изотопов. Наиболее распространен короткоживущий технеций-99m: по оценкам, с ним выполняется до 80 % всех процедур радионуклидной диагностики в мире.
В начале 2000-х годов в клиническую практику стали входить и гибридные системы, объединяющие в одном исследовании ОФЭКТ или ПЭТ-методы с методами анатомической визуализации (компьютерная или магнитно-резонансная томография). Но, учитывая развитие технологий обработки информации и совмещения изображений от различных диагностических систем разных производителей, более дорогие и сложные гибридные системы зачастую проигрывают отдельным. Гибридные аппараты более дороги, требуют большей площади и уступают в длительности диагностики. Например, по российской статистике, число выполненных гибридных исследований составляет лишь 100 исследований в год на одну систему, или 2 % от всех радионуклидных исследований.
Лучевая терапия традиционно считается одним из наиболее эффективных методов воздействия на опухоль. По статистике, в развитых странах до 60 % онкобольных получают лучевую терапию. При ней под воздействием потока частиц разрушается ДНК злокачественных клеток, что препятствует их делению. Активные быстро делящиеся раковые клетки больше подвержены ионизации и быстрее погибают при облучении. ДНК раковой клетки также нарушается опосредованно во время лучевой терапии – за счет радиолиза воды и изменений цитоплазмы клетки, не совместимых с ее жизнедеятельностью.
Воздействие при лучевой терапии может идти дистанционно (поток частиц проходит к опухоли через здоровые ткани) или контактно (т. н. брахитерапия, когда к патологическому органу непосредственно подводится микроисточник с радиоактивным изотопом в виде капсулы, иглы или микросферы). Современные методики брахитерапии с использованием методов визуализации и компьютерных технологий позволяют повысить точность планирования, улучшить локальный контроль.
Радионуклидная терапия – селективная доставка дозы ионизирующего излучения к органу-мишени. Она использует молекулы-носители радиоактивных изотопов с высоким сродством к антигенам на поверхности опухолевых клеток. В отличие от лучевой терапии этот метод относят к системным, который вызывает меньшее число повреждений нормальных тканей.
В последние годы активное развитие получило направление «тераностики» (терапия плюс диагностика). Основная идея – получение диагностического и терапевтического РФП на основе одного целевого соединения, которое мечено различными изотопами, предназначенными для диагностики или терапии.
Путь от СССР к «Росатому»
Конец советской эпохи довольно сильно сказался на многих высокотехнологичных отраслях отечественной экономики. Это не обошло и ядерную медицину. На фоне распада Советского Союза происходило также и общее ужесточение нормативного регулирования в области ядерной и радиационной безопасности (после событий на Чернобыльской АЭС). Негативно сказывались и обстановка ведомственной разобщенности, сокращение финансирования медицины. В итоге в конце XX века в целом темпы развития ядерной медицины в России существенно изменились.
В наше время ситуация меняется к лучшему. «Ядром» научно-технических и производственных компетенций в сфере ядерной медицины является «Росатом». Атомщикам в последние годы удалось не только сохранить, но и существенно нарастить производство широкой линейки радиоизотопной продукции (речь идет об основе для создания радиофармпрепаратов и изготовления источников излучения, используемых в ядерной медицине). Сейчас предприятия госкорпорации обеспечивают производство и поставку по России и на экспорт более 20 целевых радионуклидов медицинского назначения, которые весьма востребованы на мировом рынке. «Росатом» также обеспечивает изготовление нескольких видов конечных форм лекарственных препаратов и выпуск радиоизотопных генераторов.
«Росатом» является крупнейшим игроком на мировом рынке радиоизотопной продукции по номенклатуре и объемам поставляемых сырьевых изотопов. При этом производственные возможности предприятий госкорпорации по выпуску медицинских изотопов многократно превышают существующие и перспективные потребности российской ядерной медицины. Поэтому, помимо поставок в адрес российских производителей и потребителей конечных РФП и медицинских изделий, радиоизотопная продукция «Росатома» регулярно поставляется более чем в 20 стран мира.
Кто занимается ядерной медициной в России
Сейчас деятельность в области ядерной медицины в нашей стране ведется несколькими федеральными органами исполнительной власти, государственными корпорациями и множеством частных компаний.
Ключевую роль в отрасли играют предприятия госкорпорации «Росатом». Именно они обеспечивают производство широкой линейки радиоизотопов, которые являются сырьем для изготовления радиофармпрепаратов, а также производят закрытые источники ионизирующего излучения для медицины и источники для использования производителями при эксплуатации медицинских установок. В «Росатоме» также производится ограниченная номенклатура радиоизотопных генераторов.
Кроме того, госкорпорация обеспечивает производство и поставку циклотронов, которые нужны для организации производства РФП на основе короткоживущих изотопов непосредственно в клиниках. «Росатом» ведет разработки и подготовку к запуску серийного производства новых видов медтехники, используемой в лучевой терапии. Это гамма-терапевтические аппараты, комплексы лучевой терапии на базе ускорительного комплекса и другая аппаратура.
Московский завод «Медрадиопрепарат», который подчинен Федеральному медико-биологическому агентству (ФМБА) России, производит (в том числе из поставляемых «Росатомом» сырьевых радиоизотопов) и поставляет в клиники некоторые виды наиболее востребованных радиофармпрепаратов на основе йода‑123, йода‑131, стронция‑89.
Минздрав России осуществляет государственное и нормативное регулирование в области оказания медицинских услуг по направлению ядерная медицина. Министерство также отвечает за развитие и внедрение инновационных методов диагностики, профилактики и лечения, определение приоритетных направлений развития, формулирование и реализацию стратегии развития ядерной медицины в целом.
Минпромторг России реализует государственную промышленную политику в области развития производства оборудования для ядерной медицины и производства радиофармпрепаратов.
Лечебные учреждения Минздрава и ФМБА России, а также частные компании («ПЭТ-Технолоджи», «Гамма Медтехнологии» под брендом Gamma Clinic, ООО «ЛДЦ МИБС», ООО «Центр инновационных медицинских технологий» под брендом «Европейская клиника» и другие) обеспечивают запуск и функционирование диагностических и лечебных центров. Именно в них при необходимости осуществляется производство конечных лекарственных форм (с использованием циклотронов или радионуклидных генераторов) и оказание медицинских услуг в области ядерной медицины, в том числе в рамках программы обязательного медицинского страхования (ОМС).
Кроме того, «Росатом» в лице компании «Русатом Хэлскеа» (это единый интегратор в области радиационных технологий для медицины и промышленности в контуре госкорпорации) ведет активные работы по модернизации и созданию новых образцов медицинской техники. В частности, в число таких исследований входят гамма-терапевтические аппараты и комплексы лучевой терапии на базе ускорителя электронов. Помимо этого, компания занимается локализацией производства в России медицинского диагностического оборудования ведущих мировых производителей.
Например, согласно «дорожной карте», подписанной в начале 2019 года с американской компанией GE Healthcare, на предприятиях «Росатома» планируется локализация производства высокотехнологичного медицинского оборудования – магнитно-резонансных томографов (МРТ). Это должно покрыть растущую потребность российских регионов в качественной медицинской диагностике и лечении онкологических заболеваний. По другому соглашению, подписанному в конце 2019 года «Русатом Хэлскеа» с компанией Elekta Limited, на одном из предприятий госкорпорации будет локализовано производство высокоэнергетичных линейных ускорителей с энергией 18 МэВ. Они предназначены для высокоточной лучевой терапии в разных режимах под контролем трехмерных изображений облучаемой зоны. Elekta Limited также признается одним из мировых лидеров в производстве медицинской ускорительной техники.
Госкорпорация развивает и традиционные отечественные бренды аппаратуры для ядерной медицины. Так, планируется, что уже в 2021 году «Росатом» выведет на рынок модернизированную версию комплекса контактной лучевой терапии серии АГАТ и отечественный ускорительный комплекс ОНИКС с энергией 6 МэВ. Это должно позволить снизить крайне чувствительную для России в настоящее время импортозависимость в области оснащения здравоохранения современной медтехникой. Помимо того, предполагается сократить затраты медицинских учреждений на приобретение и обслуживание оборудования для лучевой терапии и повысить качество лечения онкологических больных. «Росатом» также ведет подготовку к запуску серийного производства эмиссионного компьютерного томографа ЭФАТОМ, разработанного специалистами петербургского НИИЭФА им. Д. В. Ефремова. После модернизации производственные мощности НИИЭФА позволят выпускать до 40 гамма-томографов в год с перспективой увеличения объема выпуска до 100–120 аппаратов в год.
У отечественной ядерной медицины есть славное прошлое. К этому добавляется то, что специалистам российской атомной отрасли удалось сохранить и отчасти преумножить ключевые производственные компетенции в области реакторных и циклотронных технологий производства радиоизотопов. Сейчас у отечественной медицины есть острая потребность в высокотехнологичной ядерной диагностике и терапии. В итоге можно признать, что существуют огромные возможности для развития собственных отечественных технологий, организации полноценного производства современной медицинской техники и высокотехнологичного оборудования.
Нам лишь осталось дождаться строительства первых из целой сети запланированных Центров ядерной медицины и запуска серийного производства высокотехнологичного медицинского оборудования. Это может дать нам уверенность в том, что отечественная ядерная медицина перейдет на новую ступень развития. Тогда можно будет говорить, что мы оправдали ожидания отцов-основателей отрасли: атом стал не только солдатом, но и рабочим, и врачом.
