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治病救人的大科学装置,中国有了
发布日期:2019-11-22 08:01:17

 

武威碳离子治疗系统同步加速器。中国科学院现代物理研究所提供的图纸

研究物理的肖国庆没有想到他会走上治病救人的道路。

10月10日,中国科学院宣布,由中国科学院现代物理研究所及其控股公司兰州金科太极新技术有限公司(肖国庆所在地)开发的“碳离子治疗系统”最近已获准注册三类医疗器械产品。

该医用重离子加速器安装在甘肃省武威肿瘤医院,是国内首家经国家药品监督管理局批准注册的碳离子治疗系统。它的上市将给中国一些难治性肿瘤患者带来希望。

“肿瘤黑仔”——布拉格峰

重离子是指元素周期表中比氦重的原子失去部分或全部电子后形成的带电粒子。重离子束具有独特的物理和生物特性,被认为是放射治疗的理想辐射。

重离子束具有独特的深度剂量分布。在生物组织交叉过程中,重离子束沉积的剂量相对较小。剂量主要沉积在其范围的末端,形成一个尖峰,科学上称为布拉格峰(Bragg peak)。

“根据这一特性,我们可以通过调节重离子的能量来精确杀死肿瘤细胞,同时保护正常组织和关键器官,使布拉格峰正好落在肿瘤的位置。”中国科学院现代物理研究所研究员、国内碳离子治疗系统项目负责人肖国庆表示。

传统的光子放射疗法中断了肿瘤细胞的dna单链,可以快速修复。然而,重离子主要通过高密度二次电子的电离杀死肿瘤细胞,导致dna双键断裂。生物效应比常规放射治疗高约3倍。此外,杀死肿瘤细胞上的重离子不依赖于氧的存在,并且可以用于治疗一些血液供应不足的低氧肿瘤。

"这意味着重离子对肿瘤细胞有更大的“杀伤力”,治疗周期也更短."甘肃肿瘤医院副院长王小虎说,“它特别适用于一些不适合手术、对常规放射不敏感、常规放射治疗后复发的实体肿瘤。”

2014年发表在《放射肿瘤学》杂志上的一篇论文指出,碳离子治疗各种肿瘤的5年局部控制率远高于常规放射治疗。以被称为“癌症之王”的胰腺癌为例,传统方法的5年局部控制率仅为10-20%,但使用碳离子疗法时,这一数字上升至66-100%。

重离子疗法由于副作用小、疗程短、疗效好的优点,可以为一些难治性肿瘤提供新的治疗方法,已成为全球放射治疗领域的前沿和热点。

医疗重型设备的“中国计划”

1975年,伯克利国家实验室(Berkeley National Laboratory)利用其现有的研究加速器设备,率先进行肿瘤重离子治疗的研究。20世纪90年代,德国和日本相继开展重离子治疗肿瘤技术和临床研究,并逐步推广其应用。目前,世界上有11台医用重离子加速器在运行,主要分布在亚洲和欧洲。五个正在建设中。全球约有3万名肿瘤患者接受了治疗。

2008年,复旦大学附属肿瘤医院引进了德国西门子公司的医用质子/重离子加速器商用装置,该装置于2015年5月投入使用,已治疗约2000名肿瘤患者。目前,国外大型医疗企业正在中国销售医用重离子和质子加速器,试图抢占中国市场。

然而,进口设备成本高,治疗成本高,更重要的是,中国的高端医疗器械市场几乎完全被外国企业垄断。这种情况让中国科技界感到不安。

“中国正处于经济转型的重要战略机遇期。科学技术服务于国家的战略需要和经济社会发展。推动科研成果转化为现实生产力,创造新产业,是中国科学院义不容辞的使命。”中国科学院副院长张亚平说。

自1993年以来,中国科学院现代物理研究所通过与相关医疗机构合作研发先进加速器技术和核检测技术、重离子束治疗相关的基础生物学研究以及积累的临床前研究,培养了一支高水平的重离子治疗技术人员队伍,掌握了相关核心技术。

经过26年的研发,第一台具有自主知识产权的医用重离子加速器——“碳离子治疗系统”终于问世。与国际流行的处理系统相比,中国科学院开发的碳离子处理系统采用回旋注入与同步主加速相结合、电荷剥离注入、紧凑型同步加速器、多种处理模式和个性化处理室布局等独特设计,突破了国外产品的专利壁垒,提高了性价比,降低了运行维护成本,实现了国内重离子处理设备的零突破。

从基础研究到医疗器械的飞跃

"创新本身是一个不确定的过程,也必须承担一定的风险."中国科学院詹龙文院士坦率地说,“现代物理研究所从事核物理。进行临床实践并不是一件容易的事情。”

正如他所说,26年的道路是漫不经心和艰难的,结果苦乐参半。肖国庆等人对科学仪器的构造非常熟悉,但是这一次他们想要建造的装置关系到人类的生活,不是普通的科研装置。装置完成后,束流不算完成,根据医疗装置的要求,需要进行检测、临床审批。碳离子治疗系统是核技术在生命科学领域的应用和发展,涉及核物理、加速器、生物学、医学、成像、电子学和人工智能等许多学科。因此,研究人员花了大量时间学习和实施医疗器械的相关法律和标准,使碳离子治疗系统获准上市。

张亚平认为,国内碳离子治疗系统探索了一条“基础研究→技术研发→产品展示→工业应用”的整个产业链的自主创新之路。然而,医疗器械注册的批准标志着中国拥有了自己的重离子治疗设备品牌,在高端医疗器械在中国的本土化上迈出了新的一步。

2016年,中国科学院设立“科技成果转移转化重点项目”(以下简称“弘光项目”),碳离子加速器和产业化作为第一个项目获得资助,为该成果最终走出实验室开辟了“最后一公里”。

“国内碳离子治疗系统的批准和上市是科学仪器回报社会和基础研究促进科技发展的典范。”正如肖国庆所说,中国科学家将继续走高端医疗器械本地化的道路。(丁佳)

资料来源:中国科学日报

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