用硼中子精准“狙击”癌细胞,癌症“第五疗法”突围|重器风华

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面对“众病之王”癌症,“第五疗法”出现了。继手术、传统放疗、抗癌药物、免疫疗法之后,硼中子俘获治疗为癌症患者带来了新的曙光。

作为新兴技术,硼中子俘获治疗被认为是癌症的终极疗法之一,已在日本实现临床应用。在广东省东莞市,其临床设备即将开展医疗器械型式检验,计划明年开展人体临床试验,并力争取证,在国内正式进入市场治疗癌症患者。

硼中子俘获疗法究竟是什么?如何精准、快速消灭癌细胞?患者什么时候能够用上?

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(BNCT装置科普视频,时长共2分33秒)

用硼中子精准“狙击”癌细胞,癌症“第五疗法”突围|重器风华

定点清零“癌细胞”

核反应级的“精准爆破”

今年6月,年仅37岁的歌手张恒远因病去世,消息一出迅速冲上热搜。不少网友扼腕叹息的同时,也注意到有消息称他离世的原因是罹患黑色素瘤。

作为一种高度恶性的皮肤肿瘤,黑色素瘤在我国的发病率为0.8/10万,每年约新增2万例,且逐年增多。不远的将来,黑色素瘤、脑胶质瘤等癌症以及远位转移的肿瘤,将迎来全新的治疗手段。

BNCT,中文名叫“硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,简称BNCT)”,是国际最前沿的抗癌技术之一。

“这是一种利用中子与肿瘤内硼元素发生核反应,所产生的重离子来摧毁癌细胞的放射性疗法,是射线与药物结合的二元、靶向、细胞级精准的治疗。”中国科学院院士陈和生是中国散裂中子源工程的总指挥,也是中国科学院高能物理研究所BNCT装置研制的总舵手。

使用BNCT治疗时,医护人员先给病人注射一种含硼的药物,这种药物与癌细胞有很强的亲和力,会迅速聚集于癌细胞内,相当于给癌细胞做“标记”,而在其他正常组织内分布较少。随后给病人进行中子照射,总照射时长在0.5小时内,整个治疗周期一般只需照射一次。当照射的中子被癌细胞内的硼俘获,产生高杀伤力的α粒子和锂离子,便可精准“杀死”癌细胞。

BNCT治疗示意图。

BNCT治疗示意图。

α粒子和锂离子在细胞中的射程很短,与细胞的尺寸相当,所以‘杀死’癌细胞的同时对周围细胞组织损伤小。对于脑胶质瘤、黑色素瘤和头颈部复发肿瘤,BNCT是非常有效的治疗手段,并开始试治肝癌、肺癌、胰腺癌等脏器肿瘤。”作为国内中子科学及应用领域领军人才之一,中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任梁天骄看好这一新的产业赛道。

区别于常规的放疗射线和质子重离子治疗,BNCT治疗精度来自于硼药的生物靶向性,因而对精准定位设备要求低。同时BNCT治疗一般仅需要照射1~2次,远低于其他10次以上的放疗手段,可采用一台加速器多治疗终端的方案,交替进行摆位和治疗以提高BNCT装置的治疗效率。

正因为这些技术上的“定向爆破”特点,BNCT治疗具有靶向性高、病人花费少、治疗人数多等优势。随着新一代含硼药物的发展,其适用病症范围正在日益扩大。

BNCT治疗具有靶向性高、病人花费少、治疗人数多等优势。

数十年磨一剑

“中子源+硼药”突围BNCT技术赛道

今年3月19-21日,极具含金量的“硼药及BNCT研讨会”在东莞散裂中子源园区召开。中国散裂中子源工程总指挥陈和生院士、南方科技大学谢作伟院士、国家纳米中心赵宇亮院士等来自国内30多所高校、研究所、医院、药企的100多名专家代表齐聚,足可见对这一议题的重视。

位于东莞市人民医院的硼中子治疗中心。

BNCT疗法的关键,一在中子源,二在硼药。真正让BNCT技术迎来春天的,正是基于强流质子加速器的中子源技术的发展和新型靶向硼药的开发。

目前全世界中子源分两种,一类是反应堆中子源,如台湾“清华大学”的游泳池式核子反应堆(THOR),优点为稳定性和可靠性较高,但缺点是无法安装在医院中,体积及占地较大;其二便是加速器型中子源,可以安装在医院中,体积及占地较小,维护便捷。综合考虑中子品质、大众的接受度和设备选址的灵活性方面,加速器中子源更胜一筹,成为全球BNCT中子源技术未来发展的主流方向。

从1936年BNCT概念第一次提出,历经几十年漫长曲折的发展,得益于加速器BNCT技术的迅速发展,全球BNCT产业在2010年后步入发展快车道。

其中,日本跟进和开展临床最早,2020年3月,全球首个BNCT设备、全球首个硼药Steboronine在日本获批上市,用于无法切除的局部晚期或局部复发性头颈癌。此外,脑肿瘤、恶性黑色素瘤、肺癌、肝癌、乳腺癌等也进行了数百例临床试验,取得良好治愈效果。

20世纪90年代,我国开始开展BNCT技术研究。2009年,中国工程院院士、核反应堆工程专家周永茂主持建设了基于微核反应堆中子照射器,并成功完成了多例黑色素瘤患者的治疗。中国科学院高能物理研究所则自2006年起专注于BNCT关键技术的研究。

“BNCT 实验装置有一个核心部件是锂靶。通俗地说,当加速器产生的质子高速去撞击锂靶,就会高效产生中子。但这种锂靶在制作时,面临一个难题:锂材料熔点低,很容易氧化。”中国科学院高能物理研究所研究员傅世年是BNCT实验装置核心部件——加速器的研发负责人。

高能传输线。

潜心攻关。这一抗癌核心技术研发的成功,离不开一项国家重大科学基础设施——坐落于东莞的中国散裂中子源。这一大国重器就像“超级显微镜”,是研究物质微观结构和运动的坚实平台。2020年8月13日,中国科学院高能物理研究所研制成功具有完全自主知识产权的基于加速器的硼中子俘获治疗实验装置。这标志着我国完全掌握了基于加速器的BNCT核心技术,实现了BNCT技术的自立自强。

如果将BNCT装置比喻成手枪,那么硼药就是其中的子弹。BNCT装置的中子产额越高,含硼药物在肿瘤里的聚集度越高,就越能有效缩短患者的治疗时间,从而减轻病患的痛苦。

在硼药方面,受到研制成本和知识产权费用过高等因素影响,国外原研药价格不菲,将普通人“拒之门外”,如率先步入临床的日本,纳入医保后BNCT治疗费用就高达30万元。据预测,我国首个抗癌硼药预计在2023-2024年用于临床。

不过,“应用于临床”和“上市”其实完全不同,从中试、申请临床试验许可、人体临床试验,这个过程需要很长时间,以全面评估药物的安全性、有效性以及使用剂量等。受到“蓝海”的吸引,硼药正吸引众多医药公司进入,也将带来更多宝贵的临床数据。

普惠民生

突破卡脖子难关,治癌费用有望“腰斩”

推进BNCT,不仅可以使得我国的大型医疗设备在世界范围内占有一席之地,而且可以造福社会,助力实施健康中国战略,开启癌症治疗的新时代。

如今,在坐落于东莞松山湖的中国散裂中子源园区内,国内首台加速器BNCT实验装置占地1000㎡,不仅为医用BNCT设备提供工程验证和积累设计、优化、运行经验,还为加速器、中子产生靶、中子束流整形体、剂量监测设备、治疗计划等研发提供实验与测试条件。

在南方医科大学第十附属医院(东莞市人民医院)的BNCT中心大楼内,BNCT临床设备中的医用加速器及配套系统已经安装到位。中子靶和治疗端正在安装中,预计9月份完成,并与加速器联调,获得中子束流。

位于东莞市人民医院的医用BNCT装置。

“按计划,在今年底东莞BNCT临床设备将开展医疗器械型式检验,明年开展人体临床试验,并力争早日取证,进入市场治疗癌症患者。”梁天骄说。

BNCT临床设备进入市场后,癌症患者的治疗费用大约在10万-15万元,主要包括硼药费用和放疗费用以及一些住院及检测费用,相较日本的治疗费用降低了一大半。

全球BNCT不断提速。在日本,BNCT正以前所未有的速度蓬勃发展,中国、意大利、芬兰、美国、英国、俄罗斯、西班牙、以色列、阿根廷等医疗强国也纷纷加紧自研开发,奋起直追,共同推进BNCT临床开发与应用。

在国内,BNCT技术虽然正处于临床研究和产业化的早期阶段,但全国正在建或拟建的BNCT治疗机构已超过10家,如河南、海南、台湾、北京、厦门、东莞、西安、青岛、湖州、莆田、泰安等地和城市。

其中,2022年11月25日,中核集团中国原子能科学研究院研制的国内首台基于回旋加速器的BNCT装备取得重大突破,完成了基于14兆电子伏特强流回旋加速器的中子源联合试验,标志着原子能院突破了BNCT装置从加速器、中子靶到慢化体的全部关键技术,当年底,该研究院的 BNCT 癌症治疗装备正式落户山东泰安,进入市场示范应用阶段;厦门弘爱医院与中硼医疗于2022年10月9日发起了基于加速器型的BNCT(AB-BNCT)人体临床试验;中南大学湘雅三医院、中国核工业北京四〇一医院、瑞典Hammercap公司与凯佰特联合组织的专家团队,运用世界首台医院中子照射器对首例患恶性黑色素瘤患者成功进行了治疗,生产了世界首台基于微型反应堆的硼中子俘获治疗装置;我国台湾也是全球BNCT发展的重要力量,2010年台北荣民总医院在新竹“清华大学”水池式核反应堆进行台湾首次BNCT临床试验,截至2021年9月,已使用BNCT治疗患者215人,效果显著。

BNCT实验照片。

在专家看来,位于东莞市人民医院的BNCT装置,其技术水平与世界基本处于并跑阶段,该疗法进一步辐射大湾区,对我国抢占国际医疗前沿技术制高点、研究全球BNCT技术发展趋势、创新国内肿瘤治疗手段具有重大意义,将极大利好粤港澳大湾区乃至全国的医学创新高质量发展。为此,2021年,中国科学院控股有限公司联合中国科学院高能物理研究所、东莞松山湖科学城集团等组建成立了国科中子医疗科技有限公司,打造高端医疗器械。

“我们要做中国的第一台!”陈和生说,全国BNCT竞争激烈,东莞要争取实现我国第一台开展临床试验、第一台拿到国家药监局医疗器械批件的BNCT设备。

“当然,我们也要看到,硼中子俘获疗法作为一种新型治疗方法,仍面临着许多挑战和不确定性。因此,我们需要加大研发投入,加强国际合作,加快技术创新和产业化进程,以期尽快将这一科技成果转化为实际应用,造福广大患者。”梁天骄认为。

【专家谈】

为推动我国高端医疗装备

自主可控贡献“核力”

人们对癌症治疗,抱着无限的期待与盼望。BNCT研发的日渐加速,也引发着社会热议,除了对其疗效的好奇,也关心着这一技术何时能落地、实际用于癌症治疗当中。

南方+记者邀请了多位业内专家共同探讨。

南方+:BNCT技术能为癌症患者带来什么样的新希望?

中国科学院高能物理研究所陈和生院士:2018年8月,中国散裂中子源正式通过国家验收,对国内外各领域的用户开放,是世界第四台脉冲式散裂中子源。

散裂中子源的众多科研成果与人们的生活密切相关,在肿瘤治疗领域,利用中国散裂中子源相关技术催生的首个产业化项目——硼中子俘获治疗BNCT装置,其新型的放射与药物结合的二元、靶向、细胞级精准放疗,将为我国肿瘤治疗带来重要技术革新,成为对抗癌症的一把“利器”,为人民健康作出贡献。

BNCT的治疗原理,通俗地讲,就是给肿瘤患者体内的癌细胞做上“标记”,然后对癌细胞进行精准打击。

山东省肿瘤医院院长于金明院士:BNCT作为一种生物靶向的全新放射治疗方式,在复发性、浸润性、局部区域转移性等复杂难治肿瘤上,具有巨大的优势,有效填补了肿瘤治疗技术的空缺。

国科中子医疗科技有限公司总经理马创新:BNCT技术是一种前沿的医疗技术,利用中子与肿瘤内硼元素发生核反应,所产生的重离子来摧毁癌细胞的放射性疗法,具有靶向性高、病人花费少、治疗人数多等优势,被称为继手术、传统放疗、抗癌药物、免疫治疗后的“第五种疗法”。

南方+:我国应当如何抢占前沿技术制高点、进一步发展BNCT技术?

中国科学院高能物理研究所陈和生院士:中国科学技术的发展,归根结底还是要靠国人的自主研发和科技创新。

国际前沿的BNCT设备在东莞市人民医院的临床取证,对东莞的高新技术产业发展具有重要意义。根据建设进度,今年秋天我们将协同合作单位开展医疗器械型式检验,明年开展人体临床试验,在东莞实现首台国产BNCT医疗设备的商品化。

接下来,中国散裂中子源将加强与东莞市人民医院的深度合作,同心协力,整合更广的科学技术力量,依托硼中子俘获治疗平台开展系列基础与临床研究,推动医疗技术的发展。

RFQ加速器。

山东省肿瘤医院院长于金明院士:我国首台自主研发加速器BNCT设备的成功,意味着我国掌握了BNCT完全的自主知识产权和核心技术,打破了该领域设备被国外垄断的局面。BNCT的临床应用对我国癌症治疗具有十分重要的意义,相信在全国各级政府和相关医疗卫生单位的大力支持与协同配合下,我们一定可以把中国的BNCT治疗事业做大做强,让国之重器真正服务好人民群众。

国科中子医疗科技有限公司总经理马创新:作为一种新兴、先进的肿瘤放疗方法,BNCT疗法就是新领域、新赛道。可以说,医用BNCT技术的发展,为现代放射治疗发展开创了崭新篇章。当今世界范围内,加速器BNCT的研究竞争已进入白热化阶段,自主创新的重要性不言而喻。

BNCT最大的优势在于它是跟药物结合,我们只要有适合不同肿瘤的药物出现,就可以治疗癌症,所以它的发展是跟着这个药物的发展而发展的,前景会越来越广阔。

国科中子将在中国科学院高能物理所自主研制的BNCT装置基础上,集合各方优势,推动民族品牌企业发展。当然,对于前沿医疗技术来说,技术的发展也需要国际间通力合作、共同努力,我们希望能够加强与国际的交流合作,在治疗癌症上再下一城,造福中国人、造福全人类。

【统筹】罗彦军 王会赟 殷剑锋

【策划】吕虹

【采写】南方+记者 欧雅琴

【剪辑】南方+记者 周鑫宇

【图片】受访者提供


【开栏语】

习近平总书记在广东视察时强调,实现高水平科技自立自强,是中国式现代化建设的关键。科技创新对当今中国而言,不仅是发展问题,也是生存问题。然而,推动重大科技创新的利器,要不来,买不来,讨不来。

工欲善其事,必先利其器。发展建设国之重器,对推动我国经济科技高质量发展、保障国家安全意义十分重大。

中国智慧何以打造国之重器?即日起,南方+客户端推出《重器风华》系列主题报道,立足尖端科研、重大基建、健康保障等领域,探访一系列大国重器建设现场,对话参与建设的当事人、亲历者,解码大国重器的“硬核秘籍”。敬请垂注!

编辑 王露纯 陈梅玉
校对 居伟强
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