重離子束放療研究直逼癌魔

2006年11月至今年3月，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所與蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院、甘肅省腫瘤醫(yī)院等醫(yī)療單位緊鑼密鼓地開展了3項(xiàng)腫瘤重離子束治療臨床試驗(yàn)，使我國(guó)成為繼美國(guó)、日本、德國(guó)之后，世界上第四個(gè)開展重離子束抗癌臨床試驗(yàn)研究的國(guó)家。并且，可喜的是，28例患者經(jīng)重離子束放射治療后，初見成效。參與研究的有關(guān)專家指出，重離子束目前被公認(rèn)為是21世紀(jì)理想的放療射線之一，近年來(lái)世界上許多國(guó)家傾注了大量人力和物力進(jìn)行重離子束放療技術(shù)和裝置的研究，而我國(guó)的相關(guān)研究一直緊跟國(guó)際發(fā)展步伐。

有望打破常規(guī)放療局限

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前經(jīng)不同方法治療的癌癥患者5年存活率平均達(dá)45％以上，其中近40％是經(jīng)過(guò)放射治療的。然而，值得關(guān)注的是，常規(guī)放射治療長(zhǎng)期以來(lái)采用的電子束、X射線和γ射線等，雖然對(duì)某些腫瘤具有較好的療效，且放射治療設(shè)備設(shè)計(jì)嚴(yán)密，但由于其物理學(xué)和生物學(xué)特性的缺陷，腫瘤周圍的正常組織和器官仍會(huì)受到相當(dāng)劑量的照射。為了避免腫瘤周圍的正常組織（特別是對(duì)放射線敏感的重要組織和器官）受到損傷，有時(shí)不得不減少總劑量，然而這樣會(huì)導(dǎo)致治愈率降低。美國(guó)每年就有10萬(wàn)名癌癥患者由于在放射治療后局部腫瘤仍未得到控制而導(dǎo)致治療失敗。

為了突破這一局限，醫(yī)學(xué)界開始將目光鎖定重離子束治療。有關(guān)專家介紹，重離子束治療癌癥，在物理學(xué)和生物學(xué)上具有一系列優(yōu)勢(shì)：一是深度劑量分布好。重離子貫穿靶物質(zhì)時(shí)在其通道上損失的能量較小，因而可以形成一個(gè)相對(duì)低劑量的坪區(qū)；而在接近其射程末端時(shí)會(huì)形成一個(gè)高劑量的能量損失峰（Bragg峰）。通過(guò)調(diào)節(jié)束流的能量可改變Bragg峰在體內(nèi)的位置，從而使重離子束Bragg峰定位于腫瘤靶區(qū)，而且可以按照腫瘤的厚度展寬Bragg峰，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)的均勻照射。二是能量沉積范圍較精確，劑量邊緣清晰，有利于精確治療（毫米量級(jí)）。三是傳能線密度（LET）高，可以提高腫瘤內(nèi)乏氧細(xì)胞的放射敏感性。四是利用重離子的帶電性，可以通過(guò)掃描磁鐵來(lái)導(dǎo)向束流，使其按腫瘤斷層的形狀精確地進(jìn)行照射，做到適形和調(diào)強(qiáng)治療。五是應(yīng)用正電子發(fā)射斷層成像（PET）裝置可以監(jiān)測(cè)核反應(yīng)產(chǎn)物的正電子湮滅輻射，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。六是Bragg峰區(qū)的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)（RBE）高，有利于高效殺滅靶區(qū)的癌細(xì)胞。七是在Bragg峰區(qū)細(xì)胞的致死效應(yīng)幾乎不受細(xì)胞周期時(shí)相的影響，即細(xì)胞有絲分裂期的DNA合成（S）期后期輻射抗性消失，表現(xiàn)出同有絲分裂期細(xì)胞幾乎一樣的輻射敏感性。

相關(guān)臨床研究廣受重視

據(jù)了解，美國(guó)的勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室(LBL)于1975年率先利用其高能同步重離子加速器（BEVALAC）進(jìn)行重離子束治療的臨床研究。到1992年，其收治的各種癌癥患者達(dá)2487例。盡管當(dāng)時(shí)的束流配送系統(tǒng)及治療系統(tǒng)并不完善，但對(duì)于選定的腫瘤，局部控制率較電子束、X射線和γ射線等治療提高了2～3倍，治愈率明顯提高。LBL對(duì)相關(guān)患者的跟蹤研究仍在繼續(xù)。

日本于1993年在國(guó)立放射醫(yī)學(xué)綜合研究所(NIRS)建成重離子醫(yī)用加速器(HIMAC)。到2006年底，該機(jī)構(gòu)治療腫瘤患者超過(guò)3000例，3年局部控制率大于67%。其中，頭頸部腫瘤的3年局部控制率大于61%；顱底瘤3年局部控制率大于92%；肺及肝癌3年局部控制率大于72%；前列腺癌的3年局部控制率為100%。日本政府于2003年11月接受并承認(rèn)重離子束抗癌是一種高度先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)，計(jì)劃在該國(guó)興建60個(gè)重離子束治療中心，使日本癌癥患者受益于重離子束治療。

1996年，德國(guó)重離子研究中心(GSI)建成。GSI借鑒了美國(guó)及日本的重離子束的治療特點(diǎn)和治療經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)和應(yīng)用了先進(jìn)的柵網(wǎng)掃描束流配送系統(tǒng)和PET治療質(zhì)量保證等兩大技術(shù)手段，達(dá)到了重離子束調(diào)強(qiáng)放射治療和束流實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。2002年，由于GSI對(duì)兩種顱底瘤的各50個(gè)病例的兩年局部控制率達(dá)到了100%，德國(guó)政府有關(guān)部門頒發(fā)了用重離子束治療這兩種癌癥的許可證，使得重離子束對(duì)顱底脊索瘤和粒狀肉瘤的治療在德國(guó)成為正式的治療手段。目前GSI正在開發(fā)更多的重離子束治療適應(yīng)證。

此外，一些擁有重離子加速器的國(guó)家，如法國(guó)、意大利，以及目前還沒(méi)有重離子加速器的國(guó)家，如比利時(shí)、瑞士、奧地利等，也在醞釀建立重離子束治療機(jī)構(gòu)。

20世紀(jì)90年代初到現(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所在我國(guó)率先開展了重離子束治癌技術(shù)的基礎(chǔ)研究，先后承擔(dān)了國(guó)家“九五”攀登計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、中科院和省部級(jí)重點(diǎn)等十多項(xiàng)課題，進(jìn)行重離子束輻射物理、輻射生物學(xué)研究及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，獲得了一批有重要價(jià)值的重離子束治癌的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2000年9月，在中國(guó)科學(xué)院組織召開的第145次香山科學(xué)會(huì)議上，30多位不同學(xué)科的科學(xué)家和專家經(jīng)深入討論后一致認(rèn)為，重離子束治癌是當(dāng)今放射治療中最科學(xué)、最先進(jìn)、最優(yōu)越的一種抗癌手段；重離子束抗癌的發(fā)展是衡量一個(gè)國(guó)家放射治療整體水平是否進(jìn)入國(guó)際前列的重要標(biāo)志；它的臨床應(yīng)用不僅會(huì)影響放療領(lǐng)域，而且還會(huì)帶動(dòng)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的大發(fā)展；我國(guó)發(fā)展重離子束抗癌的條件已經(jīng)成熟。據(jù)此，專家們向國(guó)家有關(guān)部門提出建議：以蘭州重離子研究裝置（HIRFL）為依托，盡快在中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所建立“國(guó)家重離子束治癌科學(xué)研究中心”，以促進(jìn)我國(guó)重離子束抗癌研究的發(fā)展；支持中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所利用現(xiàn)有的HIRFL重離子加速器增建重離子束抗癌裝置，盡快實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤的重離子束治療臨床試驗(yàn)研究；支持中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所申請(qǐng)國(guó)家重大科學(xué)工程，在蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)（HIRFL-CSR）上建立人體深部腫瘤的重離子束治療裝置。

我國(guó)相關(guān)治療研究進(jìn)展令人鼓舞

在國(guó)家有關(guān)部門的大力支持下，近兩年，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所成功研制出淺層腫瘤重離子束治療臨床試驗(yàn)研究裝置，并與醫(yī)療單位一起制定了臨床治療試驗(yàn)研究的標(biāo)準(zhǔn)，建立了甘肅省重離子束治療腫瘤臨床研究基地。

2006年11月，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所在其自主創(chuàng)新研制的淺層腫瘤重離子束治療裝置上，首次對(duì)蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院收治的4例癌癥患者進(jìn)行了小于皮下1.5厘米腫瘤的一個(gè)療程臨床試驗(yàn)治療，結(jié)果約10天療程后腫瘤已縮小40％~60%。今年1月，他們又對(duì)甘肅省腫瘤醫(yī)院和蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院收治的10例患者進(jìn)行了小于皮下2.5厘米腫瘤的臨床治療。這次科研人員適當(dāng)提高了每天的治療輻射8天療程后腫瘤已縮小40％~60%。這兩次重離子束治癌臨床試驗(yàn)的絕大部分患者是經(jīng)外科手術(shù)、化療及其他放射療法（X線、γ射線和電子束治療）無(wú)效的患者。整個(gè)治療過(guò)程沒(méi)有采用任何藥物輔助治療，患者未出現(xiàn)任何皮膚反應(yīng)，全身無(wú)任何不適，外周血化驗(yàn)正常。而3例參與第一次臨床治療研究的患者在治療兩個(gè)月后，腫瘤已經(jīng)完全消失。2007年3月，中科院近代物理所進(jìn)行了第三次重離子束治療臨床試驗(yàn)，對(duì)第三批共14例患者進(jìn)行了治療。科研人員在上次分野照射成功的基礎(chǔ)之上，對(duì)病灶面積更大的腫瘤患者進(jìn)行了分野照射（2～9個(gè)野），14例患者共46個(gè)照射野，進(jìn)一步擴(kuò)大了可治療腫瘤的范圍。同時(shí)，也增加了單次治療劑量（總劑量不變），縮短了患者的治療時(shí)間。這次治療的療效觀察正在進(jìn)行中。

據(jù)了解，目前德國(guó)和日本的重離子束抗癌裝置已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。每套年治療1000多名患者的重離子束抗癌專用裝置報(bào)價(jià)高達(dá)1億歐元（約10億人民幣）。中科院近代物理所承建的國(guó)家重大科學(xué)工程HIRFL-CSR已能加速碳離子達(dá)到單核子能量7兆電子伏~1000兆電子伏及每束團(tuán)碳離子數(shù)大于1.5×109~2×109個(gè)，基本可滿足重離子束全身（體內(nèi)任何部位）抗癌所需的單核子能量約80兆電子伏~430兆電子伏和每個(gè)束團(tuán)碳離子數(shù)約108個(gè)的要求。我國(guó)已具備進(jìn)行深部腫瘤治療臨床試驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)重離子束抗癌專用裝置產(chǎn)業(yè)化的條件，這不僅能促進(jìn)大型醫(yī)療設(shè)備自主創(chuàng)新的跨越發(fā)展，而且將使患者的治療費(fèi)用大為減少，使重離子束放療進(jìn)一步造福社會(huì)。

【相關(guān)鏈接】

重離子是原子序數(shù)大于或等于2的原子被剝掉或部分剝掉外圍電子后的帶正電荷的原子核。由于重離子特有的物理學(xué)特性以及在物質(zhì)中特殊的能量沉積方式,使重離子在各學(xué)科領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景,尤其是重離子抗癌代表著腫瘤定位放療的發(fā)展趨勢(shì),其相關(guān)的生物學(xué)研究已成為當(dāng)今放射生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、放射治療學(xué)與重離子物理交叉學(xué)科研究的熱點(diǎn)和前沿課題。

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