Разработка ядерно-физических и радиобиологических методов протонной терапии

Флэш-терапия злокачественных новообразований, основанная на облучении новообразований с очень высокой мощностью дозы, сейчас рассматривается специалистами как одно из наиболее перспективных направлений развития высокотехнологичных методов в медицине. Дополнительные перспективы связаны с внедрением флэш-терапии протонами, поскольку в этом случае достигается более высокая конформность и качество облучения по сравнению с другими видами лучевой терапии. Однако до сих пор не полностью установлены биологические основы флэш-эффекта в лучевой терапии и его зависимость от параметров пучков ускоренных частиц, вида опухолевых клеток и других клинических факторов. Несмотря на примеры успешного применения флэш-терапии, до сих пор имеются противоположные мнения относительно ее эффективности.Поэтому сейчас весьма актуально проведение дальнейших радиобиологических исследований с использованием пучков протонов в широком диапазоне мощности дозы. Для проведения таких испытаний необходимо иметь большой резерв интенсивности пучков протонов промежуточных энергий, недоступный многим клиническим ускорителям протонов. Действующий линейный ускоритель протонов ИЯИ РАН в г. Троицке является одним из немногих ускорителей, оптимально подходящих для проведения исследований по протонной флэш-терапии. Этот ускоритель имеет рекордную для ускорителей протонов мощность пучков протонов и оптимальные для флэш-терапии значения всех параметров пучков. Характеристики этого ускорителя позволяют реализовать режим флэш-терапии с облучением одним импульсом, недоступный для других ускорителей протонов. В этом режиме суммарная доза подводится за доли миллисекунды, т.е. на 3 порядка быстрее, чем в «обычной» флэш-терапии. Недавно проведенные в ИЯИ РАН эксперименты по облучению протонами клеток в культуре и оплодотворенных яиц перепела показали дальнейшее уменьшение лучевого повреждения нормальных клеток и живых организмов в указанном одноимпульсном режиме по сравнению с «обычным» флэш-режимом и подтвердили способность флэш-терапии сохранять нормальные ткани. Проведенные биологические исследования облученных клеток и живых организмов методами проточной цитометриии, ПЦР-анализа, флуоресцентной микроскопии и другими современными методами дали новую важную информацию о зависимости флэш-эффекта от различных характеристик облучения, включая мощность дозы и значение линейной передачи энергии. Продолжение этих исследований на уникальном комплексе протонной терапии в г. Троицке крайне важно для развития методов протонной флэш-терапии и их внедрения в других перспективных радиологических центрах. При выполнении проекта будут решаться задачи генерации, формирования, подведения к мишени и дозиметрии сверхкоротких мощных импульсов протонов на основе имеющихся наработок физиков ИЯИ РАН. В частности, будут доведены до практического применения и внедрения в других центрах методы дозиметрии сверхмощных пучков с использованием черенковских мониторов пучка, разработанных в ИЯИ РАН. Будут исследованы такие возможные методы дополнительного уменьшения лучевого повреждения нормальных тканей, как использование микропучков протонов. Результатом проекта будет исследование относительной биологической эффективности протонной флэш-терапии для ряда распространенных видов опухолей, определение оптимальных режимов подведения дозы и установление условий и границ безопасности флэш-терапии для пациентов. Результаты проекта внесут значительный вклад в понимание механизмов воздействия излучения на злокачественные новообразования и сыграют большую роль во внедрении в медицину новейших методов лечения тяжелых заболеваний.