肿瘤放射治疗进入高端粒子时代
华夏粒子科普频道
回望历史，用X线治疗第一例肿瘤病人的时间可以追溯到1896年，伴随着人类与癌症的博弈，放射在肿瘤治疗领域占有越来越不可替代的位置。我们可以看到，在战胜肿瘤的道路上，放射治疗技术一直没有停止发展。高端粒子治疗作为放射治疗的新技术已经在国际舞台上崭露头角。目前用于癌症治疗的高端粒子有三种：质子束、碳离子和硼中子俘获（BNCT），三种方式各有优势，使放射治疗达到了更高一步的境界。
质子束、碳离子粒子束可以重重的打击肿瘤的DNA，以达到杀伤肿瘤细胞的目的。质子束、碳离子得天独厚的优势是，在其传播轨迹上形成一个Bragg峰（图1a），并根据肿瘤的大小可以把Bragg峰扩展到适合肿瘤大小的宽度（图1b）。利用这个特性，使射线以低剂量进入人体，到达肿瘤的部位时释放出最大的能量，穿过肿瘤后能量迅速消退。我们可以把这一过程想象成对肿瘤发射的远程导弹。除了这一物理学上的特性，更加锦上添花的是质子束、碳离子所具有的生物学上的优势，尤其是碳离子，可以造成肿瘤细胞DNA复杂的、难以修复的损伤；同时对乏氧、对放射抗拒的肿瘤具有杀伤作用。随着治疗成本的逐渐下降，质子束、碳离子在临床上替代传统的普通x线只是时间问题。
图1. (a)临床x射线、质子和碳离子束的深度-剂量分布和(b)扩展的布拉格峰(SOBP)
硼中子俘获的研发过程让我们经历了漫长的等待。1932年查德威克发现中子，四年后提出了硼中子俘获疗法的原理。硼中子俘获治疗通常预先把一种具有肿瘤亲和特性的硼化合物通过静脉注射到机体中，硼化合物集聚在肿瘤细胞内的浓度远远高于正常组织细胞。利用中子外照射肿瘤细胞内的硼化合物，产生的中子反应，发射出粒子束(α射线和锂原子核) 杀伤肿瘤细胞。这种粒子束射程很短，大约10微米(一个细胞的大小)（图2）。硼中子俘获使肿瘤治疗更具有选择性，更加精准，可以想象成对肿瘤的定向爆破。
图2. 硼中子捕获疗法(BNCT)选择性细胞破坏
从1946年威尔逊首次提出使用加速质子到开始首例病人的治疗的几十年时间里，一直都在实验室进行试验研究，直到1989年英国人建造了可以在临床应用的回旋加速器，质子、重离子加速器的研制经历了漫长的时间。根据全球粒子治疗合作小组的数据，截至2020年12月，全球有110家粒子治疗设施在运行，37家正在建设，28家处于不同的规划阶段。质子、重离子的设施比产生普通x线的直线加速器更复杂，造价更高，治疗的费用也更高，所以目前主要分布在发达国家。虽然在国内研制质子、重离子的设施起步比较晚，但发展的平台高，速度快，国产的质子回旋加速器、重离子加速器已经在临床使用。BNCT与质子束、重离子束放射治疗最大的不同是使用一种在肿瘤细胞里聚集并且容易和中子发生反应的药物，含硼化合物是目前首选的药物，因此也有人称BNCT是一种肿瘤生物靶向治疗技术。BNCT治疗技术目前在国内处于临床试验阶段。
质子、重离子治疗技术日臻成熟，已成为治疗某些类型癌症的一种最佳选择，在全世界已经治疗了25万例肿瘤患者。据文献报道，质子束、重离子束在儿童肿瘤、头颈部肿瘤、食管癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、乳腺癌等肿瘤的治疗中展现出无可比拟的优势。BNCT的临床应用还刚刚崭露头角，2020年6月，日本在全球第一个把BNCT药物和设备纳入健康保险，使BNCT成为一种医疗选择。BNCT治疗目前的主要病种是恶性脑肿瘤和头颈部肿瘤以及黑色素瘤，已经有了不错的临床结果。
粒子治疗为放射治疗医生提供了更有力的武器，为肿瘤患者提供了更优质的治疗方法，我们做好准备迎接粒子治疗时代的到来。
（图片引自J Pers Med. 2021 Aug; 11(8): 825.）
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