Вторая промышленная революция на рубеже XIX и XX веков подарила человечеству электричество, международный телеграф, автомобиль, самолет и… радиацию. В 1903 году за открытие радиоактивности Нобелевскую премию по физике получили три исследователя: Анри Беккерель, Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри. Эксперименты по воздействию радия на биоткани, которые супруги Кюри ставили на себе, стали основой для научной статьи — и быстро привлекли внимание медиков.

Не зная об опасности радия, уже в первые десятилетия прошлого века врачи пытались использовать его для лечения онкологических и других заболеваний — прикладывали к пораженным участкам кожи снаружи, а в случае заболевания внутренних органов вводили внутрь с помощью специальных игл. Радий и продукт его распада радон использовались в медицине более 50 лет, пока их не вытеснили радиоактивные изотопы.

Отцом-основателем ядерной медицины, какой мы знаем ее сейчас, считается венгерский физик Дьердь де Хевеши, ставший нобелевским лауреатом по химии в 1943 году. Премия была присвоена ему за разработку метода меченых атомов, который и лег в основу ядерной медицины.

"

ЛЕОНИД ДУБОВ

Этот подход стал основой для создания метода меченых атомов — позже его начали использовать в технике, криминалистике, биологии и медицине. Хевеши разработал методику исследования различных химических реакций с помощью изотопов — он заменял обычный нерадиоактивный изотоп вещества на радиоактивный и с помощью детектора следил за его перемещением. Например, поливал радиоактивными солями свинца растения и смотрел, с какой скоростью эти соединения проникают в стебли, листья, плоды растений и там накапливаются. Другой его эксперимент — изучение накопления радиоактивного фосфора в организме крысы — уже совсем близок к ядерной медицине.

"

ЛЕОНИД ДУБОВ

Под радиоактивностью обычно понимают способность нестабильного ядра самопроизвольно изменяться, испуская ионизирующее излучение. Собственно, изотопы химических элементов, склонные спонтанно распадаться, и называют радиоактивными. С ионизирующим излучением ядро выбрасывает избыток энергии. В зависимости от вида распада испускаемое излучение может состоять из положительно заряженных альфа-частиц, отрицательных и положительных бета-частиц и нейтрального гамма-излучения. Все виды ионизирующего излучения нашли применение в медицине.

— альфа-частицы: 2 протона + 2 нейтрона

— бета-частицы: электроны (позже к ним добавились позитроны — электроны с положительным зарядом, открытые в 1932 году)

— гамма-лучи: ультракороткие электромагнитные волны

"

ЛЕОНИД ДУБОВ

Радиоизотопная диагностика. Используется для исследований функций систем организма (например, кровообращения, дыхания, пищеварения) и отдельных органов. Гамма-излучение помеченных радиоактивным изотопом биологически активных соединений позволяет обнаружить зоны с нарушенным клеточным обменом веществ (метаболизмом) и таким образом найти очаги воспаления и опухоли на самых ранних стадиях. Как это происходит: радионуклид присоединяют к биологически активному веществу и вводят в организм внутривенно, перорально, способом ингаляции или вкалывая непосредственно в опухоль).

Радионуклидная терапия. В этом случае специальные химические соединения используются для подавления активности опухоли. Здесь могут применяться высокоактивные бета-излучатели, которые позволяют сконцентрировать на опухоли высокую дозу облучения.

Тераностика. Методика лечения, объединяющая диагностические и терапевтические функции радиоактивных изотопов. Для достижения цели подбирают пары двух разных радиофармпрепаратов и двух разных изотопов. Первый компонент пары позволяет диагностировать наличие заболевания и определить местоположение патологических тканей в организме, а второй — уничтожить больные клетки. Здесь для диагностики используются гамма-излучатели, а для лечения — альфа- и бета-радиоактивные изотопы.

Лучевая терапия. При лучевой терапии радиоактивные вещества в организм не вводятся — пучок разогнанных на ускорителе атомных частиц фокусируется и облучает опухоль извне, разрушая ее клетки.

"

ЛЕОНИД ДУБОВ

Ядерные медики работают в постоянном контакте с онкологами, выстраивая целую систему взаимодействия. В первую очередь изучается биохимия опухоли и ее характерные особенности. Затем подбираются соответствующие радиоизотопы, способные ее выявить и убить. Далее конструируются хелаторы — специальные молекулы-мостики: они свяжут выбранный радиоизотоп и биологический препарат, который «адресно» доставит радиоизотоп туда, где живут раковые клетки.

"

АНЖЕЛИКА МОИСЕЕВА

Для радиоизотопной диагностики и контроля такого лечения используются довольно сложные устройства, совмещающие компьютерную томографию и системы, которые регистрируют распределение радиоактивности в организме — например, однофотонный эмиссионный компьютерный томограф (ОФЭКТ). Сначала на обычном компьютерном томографе составляется трехмерная карта морфологической структуры человека. Затем эта карта совмещается с трехмерной картой распределения радиофармпрепарата. В итоге врач может однозначно определить, в каком органе, в какой ткани накопилось РФП.

Еще более продвинутая технология — позитрон-эмиссионный томограф (ПЭТ). Принцип его действия похож на ОФЭКТ, но он использует для работы уже не один, а два гамма-кванта, которые образуются при столкновении электрона и его античастицы — позитрона. Гамма-кванты разлетаются в прямо противоположных направлениях, что позволяет намного точнее, по сравнению с ОФЭКТ, определить место, где находится выпустивший позитрон атом.

С помощью ядерной медицины диагноз можно ставить не только in vivo, то есть обследуя непосредственно пациента, но и in vitro — в пробирке. В этом случае врачи берут у пациента пробы ткани и проводят радиоиммунный анализ. Этот метод диагностики разработан еще в 1950-е годы. В 1977 году Розалин Яллоу получила за него Нобелевскую премию по медицине. Ее коллега Соломон Берсон, который также приложил руку к разработке метода, до этого времени не дожил.

Суть метода заключается в том, что реакция живых тканей и иммунной системы изучается не на живых организмах, а в лабораторных условиях — возможность пометить антитела и антигены изотопами позволяет исследовать их взаимодействие в жизненно важных системах организма конкретного больного, не нанося ему никакого вреда.

"

АНЖЕЛИКА МОИСЕЕВА

Впрочем, и технологии для работы in vivo продолжают развиваться — изучаются и совершенствуются как сами изотопы, так и хелаторы и биологически активные молекулы, которые отвечают за доставку радиоактивных атомов к опухоли. Появляются и новые идеи — так, одна из них в этом году была удостоена Нобелевской премии — «за развитие клик-химии и биоортогональной химии».

"

АНЖЕЛИКА МОИСЕЕВА

Помимо адресной доставки активных изотопов такой метод может снизить и нагрузку на организм, поскольку позволяет не накапливать радиоактивные вещества, а дает возможность разово доставить нужное их количество именно туда, где уже расставлены ожидающие их маркеры.

Ядерная медицина — область международного сотрудничества и исследований — оказалась затронута в этом году санкциями и сокращением взаимодействия с Россией иностранных партнеров. Большая часть оборудования и материалов, которые применяются в таких исследованиях и терапии, производится в других странах — но процесс замещения происходит, в него активно включилась госкорпорация «Росатом».

Работа госкорпорации «Росатом» и «Курчатовского» института направлена на импортозамещение в области ядерной медицины. Понятно, что им понадобится какое-то время, но тот же «Росатом» уже создает центры ядерной медицины в регионах, причем это делается под ключ. Не просто заносится какое-то оборудование или поставляются какие-то изотопы, — возводятся целые центры.

При этом многие изотопы, которые используются в радиофармпрепаратах, производятся на атомных станциях, в реакторах старого типа, РБМК, которые установлены на Смоленской, Курской и Ленинградской АЭС. Топливо для ядерных реакторов прессуется в специальные таблетки, которые собираются в контейнеры-сборки, из которых и состоит «тело», или «рабочая зона» реактора. Если поместить в сборку вещество-мишень (нерадиоактивный изотоп элемента, который участвует в биологических реакциях), то под действием нейтронного излучения внутри реактора такая мишень поглотит часть нейтронов и ее нерадиоактивные атомы станут радиоактивными — их «перемещение» по организму и участие в различных реакциях обмена и исследуют атомные медики.

"

АНЖЕЛИКА МОИСЕЕВА