CC BY
49
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОНКОЛОГИЯ 13
УДК 616-006.81-092.9:615.849.12
E.Yu. Grigorieva , E.Yu. Koldaeva1, M.G. Naidenov1, Yu.V. Stukalov1 , A.S. Mas’ko1,
G.I. Borisov2, N.T. Kuznetsov3, S.M. Lisovsky3', K.Yu. Zhizhin
NEUTRON CAPTURE ТHЕRAРY OF MURINE MELANOMA WITH USE OF KUMACKHOV’s LENSE
1 Russian N.N. Blokhin Cancer Research Centre RAMS, Moscow 2Russian research centre «Kurchatov’s Institute», Moscow 3Kurnakov’s Institute of general and inorganic chemistry, Moscow
ABSTRACT
They were studied the rate of tumour growth in C57B1/6 mice bearing B16 melanoma and animal’s survival at thermal neutron irradiation of tumour with application of Kumackhov’s lense in combination with two novel boron carriers (K1; K2 ). At Ki administration the time of doubling tumour volume (Td) was increased to 8-10 days against 3-4 days in control. At K2 administration Td was not differed from control values. Survival’s increase of of treated animals was equal only 14 % in spite of high boron content in tumour at K1 administration. At K2 administration Td was not differed from control values. Survival’s increase of of treated animals was absent and boron content in tumour was low.
Key words: melanoma B16, Kumachov’s lense, novel boron carriers.
Е.Ю. Григорьева1, Е.Ю. Колдаева/, М.Г. Найденов1, Ю.В. Стукалов^1 , А.С. Масько1, Г.И. Борисов , Н.Т. Кузнецов , С.М. Лисовский , К.Ю. Жижин
НЕЙТРОНОЗАХВАТНАЯ ТЕРАПИЯ МЕЛАНОМЫ МЫШЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЛИНЗЫ КУМАХОВА
:ГУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва 2ФГУ Российский научный центр «Курчатовский Институт», Москва 3Институт общей и неорганической химии им. Курнакова, Москва
РЕЗЮМЕ
Были изучены скорость роста меланомы В16, привитой мышам линии C57BL, и продолжительность жизни животных при облучении опухоли тепловыми нейтронами с использованием линзы Кумахова в сочетании с препаратом 10BSH и двумя новыми носителями бора (К1, К2 ). Время дорастания опухоли до двойного объема (Тд) при НЗТ по сравнению с 3-4 днями в контроле увеличивалось до 8-10 дней при введении К1. При введении К2 Тд не отличалось от контрольных значений. Увеличение продолжительности жизни (УПЖ) пролеченных животных составляло лишь 14 % при введении К1, несмотря на высокое содержание бора в опухоли на момент облучения.
Ключевые слова: меланома В16, линза Кумахова, новые носители бора.
ВВЕДЕНИЕ
НЗТ с использованием бора-10 - одно из перспективных направлений в лечении злокачественных новообразований человека. Освоение этого метода в медицинской практике позволит выйти на совершенно новый уровень избирательного разрушения опухолевых клеток без повреждения здоровых тканей.
В основе метода боронейтронозахватной терапии опухолей лежит поражающее действие продуктов ядерной реакции 10В(п,а,у)7Ы. Образующиеся в ре-
зультате реакции частицы - ядра гелия (альфа-частицы) и ядра отдачи лития-7 - обладают в тканях высокой линейной потерей энергии и небольшим суммарным пробегом (до 14 мкм), что соизмеримо с диаметром одной клетки.
Эта реакция представляет собой бинарную систему, каждый компонент которой - тепловые нейтроны и бор-10 - в отдельности не вызывают гибели опухолевых клеток, но их комбинация становится высоколетальной. Каждый компонент может быть введен
независимо от других при соблюдении одного условия: максимизировать радиационную дозу на опухоль и минимизировать ее на нормальные ткани в облучаемом объеме.
Практическое использование В-НЗТ для лечения злокачественных опухолей человека связано с решением целого комплекса научно-технических проблем.
Главные проблемы 10В-нейтронозахватной терапии:
1. Создание борсодержащих препаратов, селективно доставляющих 10В в клетки злокачественных опухолей, обеспечивающих оптимальную концентрацию и микрораспределение 10В, которые остаются в них в течение необходимого для облучения времени.
2. Формирование терапевтических пучков нейтронов необходимой энергии, спектра и интенсивности.
3. Обеспечение адекватных методов планирования и контроля за проведением 10В -НЗТ, позволяющих определять в реальном времени концентрацию бора в тканях, его макро- и микро- распределение, осуществлять точную микродозиметрию.
4. Оптимизация режимов облучения и введения препаратов применительно к конкретному пучку нейтронов на различных объектах.
Критерием отбора соединений в первичном скрининге служит совокупность признаков:
♦ ЛД50 не ниже 25мкгВ/г или МПД не ниже 10 мкг В/г массы животного;
♦ абсолютная концентрация бора в опухолевой ткани > 10 мкг/г;
♦ градиент концентрации бора между опухолью и кровью, кожей, мышцами, а также нормальной тканью мозга (для опухолей мозга) > 1;
♦ задержка бора в опухолевой ткани в течение нескольких часов.
Формирование терапевтических пучков нейтронов
Кроме того, для снижения общей радиационной травматичности НЗТ при облучении опухолей, особенно малого объема и метастазов, необходимо сформировать пучок тепловых нейтронов площадью не более 0,3 см2. Геометрические системы коллимации дают расходящиеся пучки нейтронов на выходе из неё. Последние секции коллимирующей системы не обеспечивают достаточной защиты от быстрых нейтронов и жесткого фотонного излучения пучка, и сами являются источниками вторичных излучений. При уменьшении площади пучка парциальный вклад этих процессов в излучение формируемого пучка увеличивается.
Поскольку концентрация бора в опухолевой и нормальных тканях у разных пациентов и даже в опухолевом объеме одного пациента после введения борсодержащего препарата может варьировать в широких пределах, важным аспектом эффективного проведе-
ния В-НЗТ является наличие методов, способных обеспечить оптимальное индивидуальное планирование и контроль за ее проведением. Прежде всего необходимо знание абсолютной концентрации бора-10, его микрораспределения в процессе облучения, что позволит правильно выбрать время облучения, повысить точность дозиметрии и микродозиметрии, определяя тем самым успех В-НЗТ. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяет разработанный нами ранее метод нейтронно-радиационного анализа (НРА) по регистрации мгновенного гамма-излучения от нативных элементов биологической ткани и нейтронозахватного элемента по соотношению интенсивностей реакций 10B(n,a,y)7Li и :H (n,y)2H.
Наша работа демонстрирует попытки решения этих проблем:
1. Для формирования пучка нейтронов de novo использовали фокусирующую капиллярную нейтроннооптическую систему (КНОС) в виде конической сборки. Данная модель КНОС представляет собой сборную гексагональную коническую систему из 85 цилиндрических монокапилляров в касательном горизонтальном экспериментальном канале №7 реактора ИР-8.(1)
2. Провели живой мониторинг содержания бора в опухоли в течение всего периода облучения.
3. Оценили терапевтическую эффективность 2 препаратов из нового класса соединений для НЗТ - липидных комплексов алкильного типа производных клозо-борат-аниона (К1, К2), содержащих 20 % В-10, в сравнении с отечественной лекарственной формой моно-меркаптоун декагидро до декабората натрия (BSH), содержащей 55 % В-10.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В эксперименте использовали мышей-самцов С57В1/6 с подкожно привитой меланомой В16. На 5-й день после прививки опухоли мышам (объем опухоли достигал 0,07 см3) внутрибрюшинно вводили испытуемые соединения в 0,2 мл физиологического раствора из расчета 150 мг бора на 1 кг массы тела для мономеркаптоундекагидрододекабората натрия (BSH) и 25 мг бора на 1 кг массы тела для липидных комплексов алкильного типа производных клозоборат-аниона (К1, К2 ). Через 6 ч для BSH и через 24 ч для К1, К2 после введения препарата животных-опухоленосителей без анестезии помещали в тефлоновую клетку, специально сконструированную нами для этих целей, которая ограничивала движение животных, но не препятствовала физиологическим отправлениям и приему пищи.
Лапку, несущую опухоль, оттягивали, фиксировали и в течение 15 ч локально облучали опухоль на горизонтальном, касательном к активной зоне канале реактора ИР-8 РНЦ «Курчатовский институт». Для формирования геометрии и спектрального состава пучка нейтронов использовали модель капиллярной нейтронно-оптической системы (КНОС) [3]. Канал оснащен комплексом оборудования для инструмен-
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОНКОЛОГИЯ 15
Таблица 1
Характеристики капиллярной нейтронно-оптической система (КНОС), установленной на касательном горизонтальном экспериментальном канале №7 реактора ИР-8
Плотность потока тепловых нейтронов на бериллиевом рассеивателе 2,15'1012см-2с-1МВт-1
Парциальный вклад надтепловых нейтронов в полный нейтронный спектр пучка 0,29
Площадь фокального пятна КНОС 0,28 см2
Фокусное расстояние КНОС 108 см
Флюенс тепловых нейтронов в фокусном пятне КНОС 3,6'106 см-2с-1МВт-1
Трансмиссия КНОС 0,66
Парциальный вклад надтепловых нейронов в фокусе КНОС 0,22
тального элементного анализа и медикобиологических исследований. В течение всего периода облучения контролировали содержание бора в опухоли при помощи метода нейтронно-радиационного анализа [1; 2]. Для этого регистрировали мгновенное гамма-излучение с помощью полупроводникового детектора (ППД) из сверхчистого германия, расположенного непосредственно под образцом в защите из свинца и борированного полиэтилена.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В табл. 1 приведены характеристики капиллярной нейтронно-оптической системы (КНОС).
Следует отметить, что при полном использовании горизонтального экспериментального канала (ГЭК) №7 для НЗТ возможно увеличение флюенса нейтронов в фокусе КНОС в 15 раз.
По данным НРА максимальный уровень бора в опухоли (12мкг/г ткани) достигался через 1ч после введения BSH и к 6 ч снижался, оставаясь далее почти неизменным до 48 ч. При этом происходило быстрое выведение препарата из прилежащих к опухоли тканей, кроме кожи. В результате в интервале 12-48 ч после введения BSH мы имели необходимый для проведения БНЗТ градиент концентраций опухоль/кровь, опухоль/прил ежащие ткани. Достаточный для проведения БНЗТ уровень бора в опухоли после введения Кь К2 достигался к 24 ч и сохранялся в течение 15 ч.
В табл. 2 представлены усредненные данные (по 3 животным на препарат), полученные во время их облучения на реакторе.
Покомпонентная дозиметрия производилась по мгновенному гамма-излучению, возникающему при взаимодействии тепловых нейтронов с нуклидами биологической ткани.
Следует отметить, что суммарная поглощенная доза в опухоли определялась по трем основным реакциям и составила 95-97 % (табл. 3).
Характеристики опухолевого роста
В течение всего эксперимента ежедневно измеряли 3 взаимно перпендикулярных диаметра опухоли и, принимая форму опухолей эллипсоидной, вычисляли их объем.
Для каждой временной точки X объем опухоли (V) нормализовали к ее объему на момент облучения (У0) и строили кривые ^/У0 в зависимости от X (время от начала облучения) для каждой дозы D и для каждого отдельного животного с соответствующим ему контролем ф=0). По этим кривым вычисляли следующие параметры: время задержки роста опухоли (Тз) и время дорастания опухоли до двойного объема (Тд).
Полученные данные в дальнейшем можно использовать для расчетов относительной биологической эффективности (ОБЭ).
Таблица 2
Примеры облучения мышей с перевитой меланомой В16 тепловыми нейтронами с использованием капиллярной фокусирующей системы
Препарат В-10 К1 К2 BSH
Поглощенная доза в опухоли от реакции на В-10, Гр 1,76 0,94 1,23
Поглощенная доза в опухоли от реакции на N Гр 0,42 0,65 0,79
Поглощенная доза в опухоли от реакции на Н, Гр 0,45 0,42 0,36
Суммарная поглощенная доза в опухоли, Гр 2,63 2,0 2,38
Концентрация В-10 в опухоли на начало облучения, мкг /г 11,3 5,3 8,3
Концентрация В-10 в опухоли в конце облучения, мкг/г 9,9 4,1 7
Таблица 3
Ядерные реакции, дающие основной вклад в поглощенную дозу при взаимодействии тепловых нейтронов с нуклидами биологической ткани
!И (n,y)2H 2223 кэВ 0,332 барн
14N (n,p)14C 620 кэВ 1,7 барн
10B (n,a)7Li 2300 кэВ 4010 барн
Время дорастания опухоли до двойного объема (Тд) при НЗТ по сравнению с 3-4 днями в контроле увеличивалось до 14-15 дней при введении ББИ и до 8-10 дней при введении ЛП1. При введении ЛП2 Тд не отличалось от контрольных значений.
Увеличение продолжительности жизни (УПЖ) пролеченных животных составило 57 % при введении ББИ и лишь 14 % при введении Кь несмотря на то, что коэффициент накопления бора у Кі выше, чем у ББИ. Связано это с токсическим побочным действием препарата (у мышей при вскрытии отмечали выраженные признаки энтеро- и гепатотоксичности). При введении К2 УПЖ не отмечали.
ВЫВОДЫ
1. Капиллярная нейтронно-оптическая система (КНОС), установленная на касательном горизонтальном экспериментальном канале №7 реактора ИР-8, позволяет:
♦ подводить пучок тепловых нейтронов непосредственно к зоне облучения и за счет этого снижать лучевые нагрузки на прилегающие к опухоли ткани;
♦ проводить облучение малой зоны (не более
0,3 см2).
♦ 2. Метод нейтронно-радиационного анализа позволил контролировать содержание бора в опухоли в течение всего процесса облучения, не прерывая его и не травмируя животное.
♦ 3. Исследование борсодержащих препаратов для НЗТ на мышах-самцах С57Б1/6 с подкожно привитой меланомой В16 при использовании нейтронной капиллярной оптики показало:
♦ при введении ББИ время дорастания опухоли до двойного объема (Тд) увеличивалось до 14-15 дней по сравнению с 3-4 днями в контроле, увеличение продолжительности жизни (УПЖ) пролеченных животных составляло 57 %. Концентрация бора в опухоли на момент облучения составляла 8,3 мкг 10Б на 1 г ткани. Эти результаты превосходят полученные ранее при облучении с использованием геометрических систем коллимации [4; 5];
♦ при введении Кі время дорастания опухоли до двойного объема (Тд) увеличивалось до 8-10 дней по сравнению с 3-4 днями в контроле,
увеличение продолжительности жизни (УПЖ) пролеченных животных составляло 14%. Концентрация бора в опухоли на момент облучения была в 1,4 раза выше по сравнению с BSH. Препарат Ki является перспективным для проведения НЗТ, но нуждается в доработке для снятия побочных токсических эффектов;
♦ при введении К2 время дорастания опухоли до двойного объема (Тд) не отличалось от контрольных значений, увеличения продолжительности жизни (УПЖ) не отмечалось.
Концентрация бора в опухоли на момент облучения была в 1,6 раза ниже по сравнению с BSH. Препарат К2 не является перспективным для проведения НЗТ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борисов Г.И., Найденов М.Г. Способ непосредственного контроля тканевой и эквивалентной дозы тепловых нейтронов. Авт.свид. - N 1259198. - рег. в Гос.реестре изобретений СССР, 22.05 1986.
2. Borisov G.I. Prompt Gamma-Ray Spectrometry in Remote-Sensing Neutron // Soviet Atomic Energy. Plenum Publishing Corporation. - 1986. -60(5). - P. 401-5.
3. Borisov G.I. and Kumakhov M.A. Using One Reflection Neutron Optics System for Tailoring High Flux Neutron Beams //Joint Meeting on Neutron Optics and Detectors. - 12-16 Jan. 2004. - Tokyo, Japan, Abstract Book. - P. 103.
4. Spryshkova R., Naidenov M., Borisov G. at al. Biological efficacy of thermal neutrons using Na210B12H11SH studied in vivo on B-16 mouse melanoma // Strahlentherapie und Onkologie. -1989. - Band 165. - Heft 2/3. - Р. 213-5.
5. Spryshkova R.A.,.Grigorieva E.Yu, Naidenov M.G., Borisov G.I. Biological efficacy of BSH-thermal neutron irradiation estimated with different methods on the model of B16 melanoma // Advances in Neutron Capture Therapy. -Chemistry and Biology.- Eds. B.Larsson, J.Crawford, R.Weinreich. - 1997. - Vol. 2. -Р.563-7/
Поступила 08.11.2006.
