国际原子能机构|用于神经元的中子和用于放射性同位素的回旋加速器

紫眸轻烟

胶质母细胞瘤是一种侵袭性恶性肿瘤，约占所有脑肿瘤的 15%。即使最初通过治疗得到控制，癌症也几乎总是会复发。手术和放疗可以延长几个月的生存期，但脑癌通常会在确诊后一到两年内结束生命，只有不到 5% 的人能活超过五年。与胶质母细胞瘤一样，由于正常脑组织对手术和放疗的敏感性，许多颅癌的治疗是一个挑战，但希望很快就会改变，部分原因是加速器产生的强烈来源的新疗法成为可能中子。
“当你想到进行核反应时，你可能不会认为人头是最好的地方——但你错了，”国际原子能机构的核物理学家伊恩斯温森说。他正在帮助制定原子能机构关于中子生产加速器应用的指南，包括在医学领域。他说，特别是在一种癌症治疗中使用这项技术，硼中子俘获疗法 (BNCT) 非常有前途：“在某些脑癌、头颈癌中，向硼原子发射中子可以挽救生命。”
BNCT利用中子可以释放的破坏力，并尽可能地依赖于对肿瘤的局部损伤。利用硼 10 同位素可以利用中子的破坏能力。“硼 10 是非放射性的，非常擅长捕获中子。结果，在非常局部的核反应中，硼分解成两个高能碎片。因此，通过向患者注射可将硼 10 输送至肿瘤部位的特殊药物，我们将瞄准癌症，”Swainson 解释说。
BNCT 在很大程度上仍处于实验阶段，并未广泛使用，但这种情况正在发生变化。2020 年，两个 BNCT 设施在日本郡山和大阪开始了临床治疗。同年，原子能机构和日本冈山大学同意通过举办活动、知识和信息交流以及开发 BNCT 设施数据库来加强 BNCT 方面的合作。
“BNCT 是一种尖端的癌症疗法，”冈山大学校长 Hirofumi Makino 当时表示。“这是现代核物理学和最新药物细胞生物学的美满结合。但是，我们不应该忘记开发这项高难度医疗技术的长期奋斗史。”
2001年，IAEA制作了BNCT技术报告，成为该领域的参考书。当时，唯一涉及的中子源是研究堆。从那时起，新一代基于加速器的紧凑型中子源被开发出来，可以直接安装在诊所中。这导致人们对 BNCT 的兴趣重新燃起。
BNCT 项目也在阿根廷、中国、芬兰和大韩民国进行。“20 年前，在癌症治疗中使用来自加速器的中子还只是理论。现在它已成为现实，我们将在即将发布的题为“硼中子俘获疗法的进展”的技术文件中反映这一进展，”Swainson 说。
回旋加速器革命
确定 BNCT 在患者身上的可行性需要注射一种用回旋加速器产生的氟 18 ( 18 F) 放射性标记的硼化合物，然后使用称为正电子发射断层扫描-计算机断层扫描 (PET-CT) 的核医学技术对患者进行成像。18 F 标记的化合物称为 4-borono-2- 18 F-氟苯丙氨酸，或 FBPA。
“FBPA 很重要，因为它可以向医生确认肿瘤已经吸收了含硼化合物并准备好进行 BNCT。没有它，治疗可能不起作用。随着 BNCT 变得越来越广泛，我们将需要回旋加速器来满足 FBPA 的需求，”IAEA 的放射性同位素和放射性药物化学家 Amirreza Jalilian 说。回旋加速器是一种粒子加速器，它通过向稳定同位素发射粒子束来产生核医学中使用的放射性同位素。这种相互作用会导致产生短寿命放射性同位素的核反应。由于这些放射性同位素衰变很快，因此需要在进行治疗的地点附近或现场生产并立即使用。
Jalilian 指出，尽管用于生产放射性同位素的研究反应堆的数量相当稳定，但新型、多功能且价格越来越低的回旋加速器在全球范围内呈上升趋势。许多用于患者的短寿命放射性同位素可以由医院的回旋加速器产生，这是该技术的一个主要优势。
放射性药物氟脱氧葡萄糖只是一个例子。它依赖于18 F，可以用回旋加速器生产。这种放射性示踪剂用于大约 95% 的 PET-CT 程序，因此在神经影像学和诊断癌症方面至关重要。
放射性药物中的另一种主力是镓 68 ( 68 Ga)，它是一些治疗诊断性放射性药物的关键成分——一种使用放射性同位素通过释放辐射进行诊断和治疗的药物。此类放射性药物在癌症的诊断和随访中发挥着重要作用，并在治疗前列腺癌方面表现出特别的希望。然而，生产68 Ga 确实面临挑战。
“今天，生产68 Ga最常用的方法是使用称为发电机的非加速器系统，但发电机的产量根本无法满足需求。回旋加速器提供了一种有效的直接生产替代方法，并且已经大大扩展了68 Ga 的可用性，”Jalilian 说，并解释说全世界有十个中心现在经常使用回旋加速器来生产68 Ga。原子能机构目前正在协调一个研究项目，以支持基于回旋加速器生产68 Ga的国际专业知识交流，并于 2019 年发布了专门针对该主题的出版物 Gallium-68 Cyclotron Production。


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