Формирование смешанного источника эпитепловых нейтронов и сканирующего пучка протонов на КПТ «Прометеус» для лечения опухолей в режиме флэш-терапии

На медицинском ускорителе «Прометеус» был сконструирован замедленных нейтронов и сканирующий высокоинтенсивный карандашный пучок протонов для облучения опухоли в режиме флэш-терапии дозой 50—70 Гр. Для получения быстрых нейтронов, а затем замедленных применялась нейтронообразующая мишень. Специальная конструкция нейтронопроизводящей мишени позволяла за несколько импульсов ускорителя облучать внешнюю поверхность опухоли сканирующими спотами протонов и одновременно всю область опухоли замедленными нейтронами. Применяя разработанные новые композиты для защиты от нейтронов, был сконструирован канал смешанного пучка – замедленных нейтронов и сканирующих протонных спотов. С помощью ионизационной падовой камеры на «теплой жидкости» измерены профили мощности эквивалентной дозы на выходе канала для нейтронной компоненты канала. Карандашный протонный пучок, сканируя всю внешнюю поверхность опухоли и последовательно изменяя глубину сканирования, должен разрушить поверхностные кровеносные сосуды на внешней поверхности опухоли. Нейтронный источник за один импульс ускорителя одновременно с протонами облучает всю внутреннюю область опухоли и усиливает общую дозовую составляющую при облучении опухоли. Предложено усилить действие сканирующего по поверхности опухоли протонного пучка за счет дополнительного дозообразования от радиосенсибилизаторов на основе наночастиц золота.

1. Пат. (РФ) № 2808930 МПК A61N5/10 G21C5/02 G21K1/02. Сиксин В.В., Рябов В.А., Завестовская И.Н. Устройство для формирования пучка нейтронов на протонном ускорителе комплекса «Прометеус». Заявл.: 05.12.2023; опубл. 05.12.2023. Режим доступа: https://patenton.ru/patent/RU2808930C1

2. Butterworth K.T., McMahon S.J., Currell F.J., Prise K.M. Physical basis and biological mechanisms of gold nanoparticle radiosensitization. Nanoscale. 2012; 4(16): 4830. https://doi.org/10.1039/c2nr31227a

3. Hubbell J.H., Seltzer S.M. Tables of X-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients from 1 keV to 20 MeV for elements Z = 1 to 92 and 48 additional substances of dosimetric interest. National Bureau of Standards; 1995. 111 p. https://doi.org/10.6028/NIST.IR.5632

4. Cui L., Her S., Borst G.R., Bristow R.G., Jaffray D.A., Allen Ch. Radiosensitization by gold nanoparticles: will they ever makeit to the clinic? Radiotherapy and Oncology. 2017; 124(3): 344—356. https://doi.org/10.1016/j.radonc.2017.07.007

5. Gerosa C., Crisponi G., Nurchi V.M., Saba L., Cappai R., Cau F., Faa G., Van Eyken P., Scartozzi M., Floris G., Fanni D. Gold nanoparticles: a new golden era in oncology? Pharmaceuticals (Basel). 2020; 13(8): 192. https://doi.org/10.3390/ph13080192

6. Jain S., Hirst D.G., O’Sullivan J.M. Gold nanoparticles as novel agents for cancer therapy. The British Journal of Radiology. 2012; 85(1010): 101—103. https://doi.org/10.1259/bjr/59448833

7. Chen Y., Yang J., Fu S., Wu J. Gold nanoparticles as radiosensitizers in cancer radiotherapy. International Journal of Nanomedicine. 2020; 15: 9407—9430. https://doi.org/10.2147/IJN.S272902

8. Torrisi L. Physical aspects of gold nanoparticles as cancer killer therapy. Indian Journal of Physics. 2021; 95: 225—234. https://doi.org/10.1007/s12648-019-01679-1

9. Penninckx S., Heuskin A.C., Michiels C., Lucas S. Gold nanoparticles as a potent radiosensitizer: а transdisciplinary approach from physics to patient. Cancers. 2020; 12(8): 1—36. https://doi.org/10.3390/cancers12082021

10. Kuncic Z., Lacombe S. Nanoparticle radio-enhancement: principles, progress and application to cancer treatment. Physics in Medicine and Biology. 2018; 63(2): 02tr1. https://doi.org/10.1088/1361-6560/aa99ce

11. Verkhovtsev A., Korol A.V., Solov’yov A.V. Irradiation-induced processes with atomic clusters and nanoparticles. In: Solov’yov A.V. (ed.). Nanoscale insights into ion-beam cancer therapy. Cham: Springer International Publishing; 2017. P. 237—276.

12. Peukert D., Kempson I., Douglass M., Bezak E. Metallic nanoparticle radiosensitisation of ion radiotherapy: a review. Physica Medica. 2018; 47: 121—128. https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2018.03.004

13. Бушманов А.Ю., Шейно И.Н., Липенгольц А.А., Соловьев А.Н., Корякин С.Н. Перспективы применения комбинированных технологий в протонной терапии злокачественных новообразований. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019; 64(3): 11—18. https://doi.org/10.12737/article_5cf237bf846b67.57514871

14. Walzlein C., Scifoni E., Kramer M., Durante M. Simulations of dose enhancement for heavy atom nanoparticles irradiated by protons. Physics in Medicine and Biology. 2014; 59(6): 1441—1458. https://doi.org/10.1088/0031-9155/59/6/1441

15. Пат. (РФ) № 2695273 МПК A61N 5/10. Балакин В.E.,Балакин П.В. Способ протонной терапии при лечении онкологических заболеваний. Заявл.: 13.06.2018; опубл. 22.07.2019. Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2695273C1_20190722

16. Малютин Е.В., Сиксин В.В., Шемяков А.Е., Щеголев И.Ю. Защитные свойства материала ПОВ-40 в условиях облучения вторичными нейтронами и гамма-квантами. Медицинская физика. 2019; (4(84)): 75—79.

17. Пат. (РФ) № 2712044 МПК C08G 18/58, C08G 59/14, B32B 27/38. Щеголев И.Ю., Емельянов В.М. Эпоксиуретановое связующее с увеличенной огнестойкостью, тепло- и термостойкостью. Заявл.: 22.08.2019; опубл.: 24.01.2020. Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2712044C1_20200124

18. Бормотов А.Н., Прошин А.П., Баженов Ю.М., Данилов А.М., Соколова Ю.А. Полимерные композиционные материалы для защиты от радиации. М.: Палеотип; 2006. С. 26. 272 с.

19. Милинчук В.К. Радиационная химия. Соросовский Образовательный Журнал. 2000; 6(4): 24—29.

20. Сиксин В.В. Пилотная установка по очистке «теплой жидкости» тетраметилсилана и проведения «неускорительных экспериментов». Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019; 22(2): 118—127. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-2-118-127