重离子束放疗研究直逼"癌魔"

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2006年11月至今年3月，中国科学院近代物理研究所与兰州军区兰州总医院、甘肃省肿瘤医院等医疗单位紧锣密鼓地开展了3项肿瘤重离子束治疗临床试验，使我国成为继美国、日本、德国之后，世界上第四个开展重离子束抗癌临床试验研究的国家。并且，可喜的是，28例患者经重离子束放射治疗后，初见成效。参与研究的有关专家指出，重离子束目前被公认为是21世纪理想的放疗射线之一，近年来世界上许多国家倾注了大量人力和物力进行重离子束放疗技术和装置的研究，而我国的相关研究一直紧跟国际发展步伐。
■有望打破常规放疗局限
据统计，目前经不同方法治疗的癌症患者5年存活率平均达45％以上，其中近40％是经过放射治疗的。然而，值得关注的是，常规放射治疗长期以来采用的电子束、X射线和γ射线等，虽然对某些肿瘤具有较好的疗效，且放射治疗设备设计严密，但由于其物理学和生物学特性的缺陷，肿瘤周围的正常组织和器官仍会受到相当剂量的照射。为了避免肿瘤周围的正常组织（特别是对放射线敏感的重要组织和器官）受到损伤，有时不得不减少总剂量，然而这样会导致治愈率降低。美国每年就有10万名癌症患者由于在放射治疗后局部肿瘤仍未得到控制而导致治疗失败。
为了突破这一局限，医学界开始将目光锁定重离子束治疗。有关专家介绍，重离子束治疗癌症，在物理学和生物学上具有一系列优势：一是深度剂量分布好。重离子贯穿靶物质时在其通道上损失的能量较小，因而可以形成一个相对低剂量的坪区；而在接近其射程末端时会形成一个高剂量的能量损失峰（Bragg峰）。通过调节束流的能量可改变Bragg峰在体内的位置，从而使重离子束Bragg峰定位于肿瘤靶区，而且可以按照肿瘤的厚度展宽Bragg峰，实现对肿瘤靶区的均匀照射。二是能量沉积范围较精确，剂量边缘清晰，有利于精确治疗（毫米量级）。三是传能线密度（LET）高，可以提高肿瘤内乏氧细胞的放射敏感性。四是利用重离子的带电性，可以通过扫描磁铁来导向束流，使其按肿瘤断层的形状精确地进行照射，做到适形和调强治疗。五是应用正电子发射断层成像（PET）装置可以监测核反应产物的正电子湮灭辐射，实现在线监控。六是Bragg峰区的相对生物学效应（RBE）高，有利于高效杀灭靶区的癌细胞。七是在Bragg峰区细胞的致死效应几乎不受细胞周期时相的影响，即细胞有丝分裂期的DNA合成（S）期后期辐射抗性消失，表现出同有丝分裂期细胞几乎一样的辐射敏感性。
■相关临床研究广受重视
据了解，美国的劳伦斯伯克利实验室(LBL)于1975年率先利用其高能同步重离子加速器（BEVALAC）进行重离子束治疗的临床研究。到1992年，其收治的各种癌症患者达2487例。尽管当时的束流配送系统及治疗系统并不完善，但对于选定的肿瘤，局部控制率较电子束、X射线和γ射线等治疗提高了2～3倍，治愈率明显提高。LBL对相关患者的跟踪研究仍在继续。
日本于1993年在国立放射医学综合研究所(NIRS)建成重离子医用加速器(HIMAC)。到2006年底，该机构治疗肿瘤患者超过3000例，3年局部控制率大于67%。其中，头颈部肿瘤的3年局部控制率大于61%；颅底瘤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年局部控制率为100%。日本政府于2003年11月接受并承认重离子束抗癌是一种高度先进的医疗技术，计划在该国兴建60个重离子束治疗中心，使日本癌症患者受益于重离子束治疗。
1996年，德国重离子研究中心(GSI)建成。GSI借鉴了美国及日本的重离子束的治疗特点和治疗经验，开发和应用了先进的栅网扫描束流配送系统和PET治疗质量保证等两大技术手段，达到了重离子束调强放射治疗和束流实时在线监控。2002年，由于GSI对两种颅底瘤的各50个病例的两年局部控制率达到了100%，德国政府有关部门颁发了用重离子束治疗这两种癌症的许可证，使得重离子束对颅底脊索瘤和粒状肉瘤的治疗在德国成为正式的治疗手段。目前GSI正在开发更多的重离子束治疗适应证。
此外，一些拥有重离子加速器的国家，如法国、意大利，以及目前还没有重离子加速器的国家，如比利时、瑞士、奥地利等，也在酝酿建立重离子束治疗机构。
20世纪90年代初到现在，中国科学院近代物理研究所在我国率先开展了重离子束治癌技术的基础研究，先后承担了国家“九五”攀登计划、国家自然科学基金重点项目、国家高技术研究发展计划、中科院和省部级重点等十多项课题，进行重离子束辐射物理、辐射生物学研究及动物实验，获得了一批有重要价值的重离子束治癌的基础数据。
2000年9月，在中国科学院组织召开的第145次香山科学会议上，30多位不同学科的科学家和专家经深入讨论后一致认为，重离子束治癌是当今放射治疗中最科学、最先进、最优越的一种抗癌手段；重离子束抗癌的发展是衡量一个国家放射治疗整体水平是否进入国际前列的重要标志；它的临床应用不仅会影响放疗领域，而且还会带动相关科学技术的大发展；我国发展重离子束抗癌的条件已经成熟。据此，专家们向国家有关部门提出建议：以兰州重离子研究装置（HIRFL）为依托，尽快在中国科学院近代物理研究所建立“国家重离子束治癌科学研究中心”，以促进我国重离子束抗癌研究的发展；支持中国科学院近代物理研究所利用现有的HIRFL重离子加速器增建重离子束抗癌装置，尽快实现浅表肿瘤的重离子束治疗临床试验研究；支持中国科学院近代物理研究所申请国家重大科学工程，在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）上建立人体深部肿瘤的重离子束治疗装置。
■我国相关治疗研究进展令人鼓舞
在国家有关部门的大力支持下，近两年，中国科学院近代物理研究所成功研制出浅层肿瘤重离子束治疗临床试验研究装置，并与医疗单位一起制定了临床治疗试验研究的标准，建立了甘肃省重离子束治疗肿瘤临床研究基地。
2006年11月，中国科学院近代物理研究所在其自主创新研制的浅层肿瘤重离子束治疗装置上，首次对兰州军区兰州总医院收治的4例癌症患者进行了小于皮下1.5厘米肿瘤的一个疗程临床试验治疗，结果约10天疗程后肿瘤已缩小40％~60%。今年1月，他们又对甘肃省肿瘤医院和兰州军区兰州总医院收治的10例患者进行了小于皮下2.5厘米肿瘤的临床治疗。这次科研人员适当提高了每天的治疗辐射8天疗程后肿瘤已缩小40％~60%。这两次重离子束治癌临床试验的绝大部分患者是经外科手术、化疗及其他放射疗法（X线、γ射线和电子束治疗）无效的患者。整个治疗过程没有采用任何药物辅助治疗，患者未出现任何皮肤反应，全身无任何不适，外周血化验正常。而3例参与第一次临床治疗研究的患者在治疗两个月后，肿瘤已经完全消失。2007年3月，中科院近代物理所进行了第三次重离子束治疗临床试验，对第三批共14例患者进行了治疗。科研人员在上次分野照射成功的基础之上，对病灶面积更大的肿瘤患者进行了分野照射（2～9个野），14例患者共46个照射野，进一步扩大了可治疗肿瘤的范围。同时，也增加了单次治疗剂量（总剂量不变），缩短了患者的治疗时间。这次治疗的疗效观察正在进行中。
据了解，目前德国和日本的重离子束抗癌装置已实现产业化。每套年治疗1000多名患者的重离子束抗癌专用装置报价高达1亿欧元（约10亿人民币）。中科院近代物理所承建的国家重大科学工程HIRFL-CSR已能加速碳离子达到单核子能量7兆电子伏~1000兆电子伏及每束团碳离子数大于1.5×109~2×109个，基本可满足重离子束全身（体内任何部位）抗癌所需的单核子能量约80兆电子伏~430兆电子伏和每个束团碳离子数约108个的要求。我国已具备进行深部肿瘤治疗临床试验、实现重离子束抗癌专用装置产业化的条件，这不仅能促进大型医疗设备自主创新的跨越发展，而且将使患者的治疗费用大为减少，使重离子束放疗进一步造福社会。
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重离子是原子序数大于或等于2的原子被剥掉或部分剥掉外围电子后的带正电荷的原子核。由于重离子特有的物理学特性以及在物质中特殊的能量沉积方式,使重离子在各学科领域展现出极大的应用前景,尤其是重离子抗癌代表着肿瘤定位放疗的发展趋势,其相关的生物学研究已成为当今放射生物学、放射医学、放射治疗学与重离子物理交叉学科研究的热点和前沿课题。