硼中子俘获治疗技术探究进展和突破关键

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1、硼中子俘获治疗技术探究进展和突破关键　　摘要：介绍了硼中子俘获疗法（BNCT）治疗恶性肿瘤的原理及特点，分析了BNCT疗法的优势、试治的成就以及面临的主要挑战，并从三个方面展望了BNCT技术的未来前景。关键词：硼中子俘获治疗恶性肿瘤发展前景引言硼中子俘获治疗（BoronNeutronCaptureTherapy，BNCT）概念首先由美国生物物理学家Locher于1936年提出，其原理为[1]：将10B结合到L-对硼酰基苯丙氨酸（BPA）或巯基十二硼烷二钠盐（BSH）中形成含硼化合物，注入患者体内后，该化合物特异浓集在肿瘤内。然后用中子束照射该部位，中子被10B原子核俘获，生成不稳定的复

2、合核11B，11B再自发分裂成一个1.78MeV的α粒子和一个1.01MeV的7Li核（反应截面6.3%）；或者一个1.47MeV的α粒子和一个0.84MeV的7Li核并发射一个0.48MeV的光子（反应截面93.7%），其反应式为：5因7Li及粒子的能量较高，具有高线性能量转换（LET）和低氧增强比的特性，可有效地杀死肿瘤细胞。而目前采用较多的放疗手段（X射线、γ射线、电子和快中子等），人体组织内剂量分布随深度呈指数衰减，因此，在杀死肿瘤细胞的同时，处在射线通道上的健康组织同样会受到较大损伤。同常规放疗相比，BNCT疗法具有独特的优势：①中子的穿透性比质子和重离子好，能够治疗深部肿瘤

3、，和质子和重离子治疗机相比，其造价低廉，只有1/10以下；②发挥治疗作用的7Li和α粒子，在组织内的射程约10微米，相当于一个细胞直径范围，故只能杀死单个肿瘤细胞，而对周围正常细胞基本无影响；③含硼药物可以在细胞水平上选择肿瘤和非肿瘤细胞，极大地提高了BNCT疗效；1BNCT技术进展回顾尽管硼中子俘获治疗BNCT概念从提出迄今接近八十年了，但限于技术条件和对治疗原理理解的不透彻，临床进展十分缓慢。上世纪50年代实施了首例NCT临床试治；70年代，由于改进了硼药物的性能以及解决了热中子源的问题，BNCT治疗效果有了显著提高，进入临床试治阶段；80年代后期，日本医学界采用外科手术和BNCT

4、相结合的方法治疗恶性脑肿瘤，五年存活率高达40%；90年代，美国的coderre等人用BPA药物治疗9例神经胶质瘤患鼠取得非常理想的效果；当前，世界上有美国、日本、芬兰、荷兰、澳大利亚等国的学者在开展BNCT的研究，其中美国和日本的研究最有成效，相继做过上百例的临床试验。52008年第13届国际中子俘获疗法治癌大会上，大会主席、意大利巴维亚大学外科系教授A.Zonta在开幕致词中宣告“今日，BNCT对头与颈部复发性癌、皮肤黑素瘤，以及扩散性的肝脏转移癌等病例而论，似乎是唯一的选择。BNCT确实到了一个新阶段”。这个新阶段意味着BNCT已由临床研究与试治逐步发展到常规治疗的终极目标。2B

5、NCT技术突破的关键问题为实现BNCT技术从临床试治到常规治疗的终极一跃，还需要解决三个方面的关键问题：适合临床应用的中子源、含硼药物以及三维剂量的精确计算。2.1设计合适的中子源。BNCT技术对中子束的要求：（1）中子通量达到109cm-2·s-1；（2）中子能量足以到达肿瘤部位。目前，满足医学要求的中子源仅产生于原子核裂变反应堆，不仅成本较高，而且还需考虑安全性和可操作性等问题。利用中子加速器产生的中子束很难达到109cm-2·s-1的通量要求，同时中子束（包括快中子和γ射线等）的污染也不容忽视。如果能用安全、轻便、小型化的加速器生产出适合BNCT的中子束，则可较快临床普及BNCT

6、技术。2.2研发高效的含硼药物。BNCT技术有效实施的前提是先将含硼药物注入患者体内，以期10B在肿瘤细胞内特异浓集，为后续中子束照射打下基础。理想的含硼药物应满足以下基本要求：5（1）临床剂量下无毒性呈现；（2）10B在肿瘤组织内应特异浓集，富集度至少达到20～30μg/g，且肿瘤组织浓度与正常组织中浓度之比应至少达到3：1，甚至可达到10：1；（3）含硼药物能在肿瘤中滞留，而在血液中则随循环快速清除；（4）具有水溶性与化学稳定性。目前，被美国FDA批准用于临床试治的含硼药物仅有两种：一种是氨基酸的衍生物，医学名为二羧硼基苯丙氨酸BPA，另一种是多面体硼烷，医学名为巯基硼笼化物BSH

7、。尽管二者对某些肿瘤具有一定的临床效果，但作为突破BNCT技术的一个关键环节而言，离要求还相差甚远。为切实提高BNCT的试治效果，尚需各国药物学家和化学家不断改进、更新与创造新型含硼药物。2.3精确计算组织中三维剂量分布。为实现精确放疗，在期待中子源和药物取得重大突破的同时，还需解决最后一个关键问题：辐射剂量计算问题。精确计算载能粒子在细胞和亚细胞水平上的微观剂量分布，是改善BNCT疗效的重要环节，如果能够理解和量化BNCT的微剂量问题，就可以