用於神經元的中子和用於放射性同位素的迴旋加速器(20230110)
Michael Madsen
膠質母細胞瘤是一種侵襲性惡性腫瘤，約佔所有腦腫瘤的15%。即使最初通過治療得到控制，癌症也幾乎總是會復發。手術和放療可以延長幾個月的生存期，但腦癌通常會在確診後一到兩年內結束生命，只有不到5%的人能活超過五年。與膠質母細胞瘤一樣，由於正常腦組織對手術和放療的敏感性，許多顱癌的治療是一個挑戰，但希望很快就會改變，部分原因是加速器產生的強烈來源的新療法成為可能中子。
“當你想到進行核反應時，你可能不會認為人頭是最好的地方--但你錯了，”IAEA的核物理學家伊恩斯溫森說。他正在幫助制定IAEA關於中子生產加速器應用的指南，包括在醫學領域。他說，特別是在一種癌症治療中使用這項技術，硼中子捕獲療法(BNCT)非常有前途：”在某些腦癌、頭頸癌中，向硼原子發射中子可以挽救生命。”
向某些腦癌、頭頸癌中的硼原子發射中子可以挽救生命。Ian Swainson說，IAEA核物理學家
BNCT利用中子可以釋放的破壞力，並儘可能地依賴於對腫瘤的局部損傷。硼10同位素可以利用中子的破壞能力。”硼10是非放射性的，非常擅長捕獲中子。結果，在非常局部的核反應中，硼分解成兩個高能碎片。因此，通過給患者註射特殊藥物，將硼10輸送到腫瘤部位，我們就將靶心對準了癌腫瘤，”Swainson解釋說。
BNCT在很大程度上仍處於實驗階段，並未廣泛使用，但這種情況正在發生變化。2020年，兩個BNCT設施在日本郡山和大阪開始了臨床治療。同年，IAEA和日本岡山大學同意通過舉辦活動、知識和信息交流，以及開發BNCT設施數據庫，來加強BNCT方面的合作。
“BNCT是一種尖端的癌症療法，”岡山大學校長Hirofumi Makino 當時表示。”這是現代核物理學和最新藥物細胞生物學的美滿結合。 但是，我們不應該忘記開發這項高難度醫療技術的長期奮鬥史。”
2001年，IAEA製作了BNCT技術報告，成為該領域的參考書。當時，唯一涉及的中子源是研究用反應器。從那時起，新一代基於加速器的緊湊型中子源被開發出來，可以直接安裝在診所中。這導致人們對BNCT的興趣重新燃起。
BNCT項目也在阿根廷、中國、芬蘭和韓國進行。“20年前，在癌症治療中使用來自加速器的中子還只是理論。現在它已成為現實，我們將在即將發布的題為“硼中子捕獲療法的進展”的技術文件中，反映此一進展，”Swainson說。
迴旋加速器革命
確定BNCT在患者身上的可行性，需要注射一種用迴旋加速器產生的氟18 (18F)放射性標記的硼化合物，然後使用稱為正電子發射斷層掃描-計算機斷層掃描(PET-CT)的核醫學技術對患者進行成像。18F標記的化合物稱為4-borono-2-18F-fluoro-phenylalanine，或FBPA。
“FBPA很重要，因為它可以向醫生確認腫瘤已經吸收了含硼化合物，並準備好進行BNCT。沒有它，治療可能不起作用。隨著BNCT變得越來越廣泛，我們將需要迴旋加速器來滿足FBPA的需求，”IAEA 的放射性同位素和放射性藥物化學家Amirreza Jalilian說。迴旋加速器是一種粒子加速器，它通過向穩定同位素發射粒子束，來產生核醫學中使用的放射性同位素。這種相互作用會導致產生短壽命放射性同位素的核反應。由於這些放射性同位素衰變很快，因此，需要在進行治療的地點附近或現場生產並立即使用。
Jalilian 指出，儘管用於生產放射性同位素的研究反應器的數量相當穩定，但新型、多功能且價格越來越低的迴旋加速器在全球範圍內呈上升趨勢。許多用於患者的短壽命放射性同位素，可以由醫院的迴旋加速器產生，這是該技術的一個主要優勢。
放射性藥物氟脫氧葡萄糖只是一個例子。它依賴於18F，可以用迴旋加速器生產。這種放射性示踪劑用於大約95%的PET-CT程序，因此，在神經影像學和診斷癌症方面至關重要。
放射性藥物中的另一種主力是鎵68 (68Ga)，它是一些治療診斷性放射性藥物的關鍵成分--一種使用放射性同位素通過釋放輻射進行診斷和治療的藥物。此類放射性藥物在癌症的診斷和隨訪中發揮著重要作用，並在治療前列腺癌方面表現出特別的希望。然而，生產68Ga確實存在挑戰。
“今天，生產68Ga最常用的方法是使用稱為發電機的非加速器系統，但發電機的產量根本無法滿足需求。迴旋加速器提供了一種有效的直接生產替代方法，並且已經大大擴展了68Ga的可用性，”Jalilian 說，並解釋說全球十個中心現在經常使用迴旋加速器生產68Ga。 IAEA目前正在協調一個研究項目，以支持交流基於迴旋加速器的 68Ga生產的國際專業知識，並於2019年發布了一本專門討論該主題的出版物《鎵68迴旋加速器生產》。