硼中子俘獲治療的進(jìn)展及前景

王 淼，童永彭

(深圳大學(xué) 物理與能源學(xué)院，廣東 深圳 518000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年新發(fā)腫瘤病例約312萬(wàn)例，惡性腫瘤是我國(guó)第二位死亡原因，占死亡總數(shù)的22.32%[1]，而全球每年癌癥死亡人數(shù)則高達(dá)約630萬(wàn)人[2]。因此，癌癥有效的診斷和治療方案的開發(fā)需求很高。據(jù)資料顯示，每年約有七成以上的腫瘤患者選擇放射治療[3]。隨著世界各國(guó)醫(yī)學(xué)水平的發(fā)展，放射治療技術(shù)的更新日新月異。已有從傳統(tǒng)無(wú)選擇性的X、γ放射治療，到具有一定縱向能量選擇的質(zhì)子及重離子放射治療等多種腫瘤的放射治療手段相繼問(wèn)世。其中，具有更高量級(jí)選擇性殺滅腫瘤的硼中子俘獲療法(boron neutron capture therapy, BNCT)以其靶向深入治療、毒副作用少、成本相對(duì)低廉等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為腫瘤治療的熱點(diǎn)，且目前已在諸多腫瘤病癥的治療上取得了良好的效果[4-5],并且其在醫(yī)療領(lǐng)域上的研究開發(fā)仍在繼續(xù)。

1 BNCT原理

腫瘤放射療法是現(xiàn)如今醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上較為普及的一種治療方法，其原理是利用電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)，放出射線直接或間接地造成腫瘤細(xì)胞損傷。在大劑量電離輻射的照射下，生物機(jī)體及細(xì)胞大分子會(huì)造成損傷，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凋亡或壞死，即為直接作用[6]。而間接作用則是由于電離輻射作用于生物體內(nèi)的水分子而產(chǎn)生了自由基[7]，這些自由基帶有不成對(duì)的電子，反應(yīng)活性高，亦能夠損傷DNA、蛋白質(zhì)及各種生物膜等細(xì)胞的重要組成部分，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞功能紊亂、喪失[8]。另外，放射療法作為一種局部治療技術(shù)方法，其作用效果卻是系統(tǒng)性的。該療法除了作用于受照射部位之外，還可能使誘導(dǎo)死亡的細(xì)胞產(chǎn)生一種類似于原位腫瘤疫苗的效果[9]。

作為放射療法的一種新型手段，BNCT在保留原有作用機(jī)理的同時(shí)，相較于傳統(tǒng)療法更具有新的優(yōu)勢(shì)，即具有更高的靶向性。它是通過(guò)將與腫瘤具有特異性親和力的硼(10B)化合物-硼劑選擇性富集于腫瘤細(xì)胞中, 然后用低能中子對(duì)腫瘤組織局部進(jìn)行照射, 使俘獲截面遠(yuǎn)比其他元素大的10B俘獲中子形成局部核反應(yīng)，繼而分裂成一個(gè)α粒子和一個(gè)7Li反沖核。反應(yīng)式如下：

10B+nth→11B→7Li+α+2.79 MeV 6.3%

10B+nth→11B→7Li+α+2.31 MeV 93.7%

由于釋放的α等粒子碎片能量較高，而且射程較短，故對(duì)腫瘤周邊組織的破壞較小，能選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞[10]，原理示于圖1。

2 現(xiàn)有放療技術(shù)及BNCT的優(yōu)勢(shì)

2.1 現(xiàn)有放療技術(shù)

作為最普遍的一種治療腫瘤技術(shù)，放射療法也在不斷地革新，正逐步邁進(jìn)精準(zhǔn)治療時(shí)代。目前現(xiàn)有的治療手段分為光電子放射治療、質(zhì)子放射治療、重離子放射治療以及硼中子俘獲治療等。

光電子放療中的傳統(tǒng)方法是使用γ射線或X射線對(duì)腫瘤患處進(jìn)行直接照射，因其是以指數(shù)形式進(jìn)行衰減，導(dǎo)致在人體內(nèi)的射程無(wú)法控制，故在治療的同時(shí)亦會(huì)損傷正常的組織細(xì)胞，副作用較大[11]。近年來(lái)較為普及的三維適形放療(3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT)，其能夠從各個(gè)入射角度按照腫瘤形狀控制射野輪廓線，一定程度上限值了射線對(duì)正常組織的損傷，但對(duì)于與周邊正常組織緊密相連的腫瘤進(jìn)行治療時(shí)，則需人為地調(diào)控照射野內(nèi)部的劑量分布，難以實(shí)現(xiàn)[12]?；谶m形放療的缺陷，調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiation therapy, IMRT)應(yīng)運(yùn)而生。它使用CT三維重建定位，高精度地產(chǎn)生符合腫瘤靶區(qū)細(xì)胞狀態(tài)的照射劑量分布，但在分次治療過(guò)程中亦難以克服人體呼吸運(yùn)動(dòng)造成的腫瘤形變與位移的問(wèn)題[13]。而后產(chǎn)生了圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiation therapy, IGRT)，即四維放射治療，它在三維放療的基礎(chǔ)上加入時(shí)間因素，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)腫瘤進(jìn)行精準(zhǔn)定位，但因其發(fā)展計(jì)劃尚在設(shè)計(jì)階段，短期之內(nèi)難以實(shí)行治療[14]。

圖1 硼中子俘獲治療腫瘤的原理Fig.1 The principle of boron neutron capture therapy

質(zhì)子及重離子(例如碳離子)放射療法利用其粒子的布拉格峰特性，即劑量損失集中于射程末端，能夠盡量避開周圍正常組織，在到達(dá)腫瘤細(xì)胞時(shí)驟停釋放最大能量，來(lái)對(duì)病灶進(jìn)行強(qiáng)力照射，因而成為了新興的高效治療技術(shù)[15]，目前已有一些相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)其開展了實(shí)驗(yàn)研究。然而，質(zhì)子放療因設(shè)備價(jià)格昂貴及臨床數(shù)據(jù)有限，尚在臨床研究階段。重離子放療相較質(zhì)子放療具有更高的生物學(xué)效應(yīng)，但也因其生物學(xué)效應(yīng)過(guò)于復(fù)雜，影響因素多，故仍需大量臨床研究證實(shí)其治療效果[16]。

2.2 BNCT的優(yōu)勢(shì)

與上述放射療法相比，BNCT的優(yōu)勢(shì)則更為突出：

1) 中子能夠特異性地與腫瘤細(xì)胞中的硼發(fā)生俘獲反應(yīng)殺滅細(xì)胞，尤其對(duì)于彌散型腫瘤靶向性更強(qiáng)，定位更為精確，且克服了運(yùn)動(dòng)腫瘤定位困難的問(wèn)題。

2) 中子發(fā)生俘獲反應(yīng)后，短距離釋放出的粒子，其射程與細(xì)胞直徑相當(dāng)，故能更加確保在不影響周圍健康組織的前提下殺死腫瘤細(xì)胞。

3) 該反應(yīng)釋放的帶電粒子可以引起DNA不可修復(fù)的損傷，能更加有效地抑制腫瘤復(fù)發(fā)[17]。

4) 與質(zhì)子等粒子相比，在同等能量下中子的穿透性更強(qiáng)[18]，為深部癌癥治療提供了可能。

5) 中子的使用成本相對(duì)低廉[19]。

3 BNCT的進(jìn)展歷程

3.1 國(guó)外進(jìn)展

使用BNCT的世界首例臨床應(yīng)用是于1951年在美國(guó)研究核反應(yīng)堆上安裝的中子照射場(chǎng)中進(jìn)行的，但因?yàn)樽⑷氲呐鸹衔锶狈Π邢蛐裕瑳](méi)能夠富集于腫瘤細(xì)胞中，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中的硼劑濃度與正常細(xì)胞和血液中的比值較低(<1)[19],因此殺滅腫瘤細(xì)胞的效果甚微。1968年始，日本已經(jīng)成功治療了多例腦膠質(zhì)瘤(glioblastoma, GBM)患者，并且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期跟蹤觀察，其患者5年生存率為58%，10年生存率為29%；由日本京都大學(xué)反應(yīng)堆(Kyoto University reactor, KUR)安裝的使用熱中子照射設(shè)備的BNCT臨床研究，從1990年2月開始定期進(jìn)行。首先，該研究所的BNCT僅用于治療惡性黑素瘤以及進(jìn)行開顱手術(shù)治療惡性腦腫瘤[20]。2002年，應(yīng)用擴(kuò)展到頭頸部腫瘤，2003年發(fā)展為非顱腦切開術(shù)治療腦腫瘤，直至2005年，治療領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展至肝臟，肺和惡性胸膜間皮瘤等體內(nèi)腫瘤[21]。后期，日本研究者使用手術(shù)切除腫瘤后用低能中子輻照，對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行治療，治愈后長(zhǎng)達(dá)20年無(wú)復(fù)發(fā)[22]。目前，該團(tuán)隊(duì)采用BNCT+X線放療的最新療法，但具體治療效果尚在研究[23]。90年代起，歐洲一些國(guó)家也掀起了BNCT研究的熱潮。芬蘭在VTT公司的支持下，使用FiR-1反應(yīng)堆進(jìn)行了BNCT研究試驗(yàn)[24]。美國(guó)Coderre團(tuán)隊(duì)使用硼劑BPA對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤載瘤鼠進(jìn)行治療實(shí)驗(yàn)，且其治療效果達(dá)到了預(yù)期[25]；除此之外，美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在基于Monte Carlo方法的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)了臨床模擬實(shí)驗(yàn)軟件，如MacNCTplan, SRIM等[10]。2001年，意大利首次成功治療了人類BNCT肝癌。2003年起，阿根廷進(jìn)行了黑素瘤BNCT臨床一期和二期試驗(yàn)，有效率達(dá)到約69.2%[26]。2009年初，世界上第一個(gè)基于加速器的中子輻射BNCT臨床照射輻射系統(tǒng)在日本京都大學(xué)原子爐實(shí)驗(yàn)所完成，于2011年開展了細(xì)胞及動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)，且2012起開始使用該系統(tǒng)進(jìn)行臨床治療。BNCT目前已經(jīng)得到了更加廣泛的應(yīng)用與支持。盡管有多個(gè)中斷時(shí)期，截至2014年11月，已使用基于反應(yīng)堆的系統(tǒng)進(jìn)行了510次臨床照射。使用各種基于加速器的輻照系統(tǒng)(包括C-BENS)的BNCT可以在不久的將來(lái)在多個(gè)設(shè)施中進(jìn)行。 顯然，BNCT從特殊的顆粒治療轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愕闹委熣谶M(jìn)行中。2017年5月，國(guó)外已有研究者正在測(cè)試基于加速器的中子源采用BNCT治療骨肉瘤的可行性[27]。

由表1可知，目前國(guó)際上諸多國(guó)家已經(jīng)開展了BNCT的研究，其使用的中子源類型由早期的熱中子源，逐漸演變?yōu)槌瑹嶂凶釉?，從而提高了中子的穿透深度；并且，隨著BNCT醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，BNCT治療的癌癥種類也在不斷拓展，已經(jīng)由腦膠質(zhì)瘤發(fā)展到皮膚惡性黑色素瘤及肝、肺、胸膜癌等領(lǐng)域；另外，從表中得知，日本目前在國(guó)際上處于BNCT治療的前沿，開設(shè)了多座反應(yīng)堆BNCT治療孔道，并且治療病例以及涉及病種數(shù)最多，約占世界BNCT治療總數(shù)的一半，美國(guó)則緊隨其后[28]。

表1 世界各國(guó)BNCT臨床治療進(jìn)展情況表Table 1 International BNCT clinical development

注：表中數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[28]。

3.2 國(guó)內(nèi)進(jìn)展

我國(guó)的BNCT研究起步較晚。1990年6月，我國(guó)首次在北京召開了BNCT的學(xué)術(shù)研討會(huì)，開啟了BNCT科研領(lǐng)域的篇章;2006年10月，日本舉辦了第12屆NCT國(guó)際大會(huì)，國(guó)內(nèi)以原子能院為首等單位首次參加，并參與了一些基礎(chǔ)項(xiàng)目的研究。2009年12月，我國(guó)著名核反應(yīng)堆工程專家周永茂教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)建造了中國(guó)醫(yī)院中子照射器(in hospital neutron irradiator-mark 1, IHNI-1)，它是世界上BNCT治療領(lǐng)域上唯一的專用研究堆。其配備有2條不同能域的照射束裝置，既能夠開展動(dòng)物試驗(yàn)，又能夠照射治療人體淺表以及體內(nèi)臟器的腫瘤，這項(xiàng)發(fā)明在我國(guó)BNCT研究領(lǐng)域上具有里程碑式的意義[10]。2010年3月召開了醫(yī)院中子照射器BNCT交流研討會(huì)，同年，中國(guó)臺(tái)灣利用改造后的清華大學(xué)泳池堆進(jìn)行了復(fù)發(fā)性頭頸部腫瘤的治療，有效率高達(dá)70%[2]。2015年5月，我國(guó)使用IHNI-1首次成功治愈了一名黑色素瘤患者[29]。到目前為止，在“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“惡性腫瘤診治新技術(shù)和新方法研究”子課題“硼中子俘獲療法技術(shù)研究——二元靶向放射治療技術(shù)”的支持下，共進(jìn)行了3例惡性黑色素瘤患者BNCT臨床研究，并取得了研究預(yù)期效果[28]。2017年8月11日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與深圳市東陽(yáng)光集團(tuán)在廣東東莞簽署硼中子俘獲治療項(xiàng)目合作協(xié)議，充分結(jié)合高能所在設(shè)備研發(fā)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)與東陽(yáng)光一流的腫瘤藥化學(xué)能力，有望在未來(lái)五年內(nèi)開發(fā)適合醫(yī)院的BNCT裝置，開啟全國(guó)治療腫瘤疾病的新時(shí)代[30]。目前，中子質(zhì)子治療腫瘤醫(yī)院已經(jīng)在上海建立并已投入治療工作。且預(yù)計(jì)十年之內(nèi)，東陽(yáng)光集團(tuán)與湖北省宜都市政府將聯(lián)合投資建立一所BNCT腫瘤治療中心。至此，我國(guó)的BNCT研究進(jìn)入了有望在醫(yī)院實(shí)施的全新階段。

4 BNCT研究的熱點(diǎn)問(wèn)題及展望

4.1 高效含硼藥物的研發(fā)

硼劑是指針對(duì)特異性癌基因或其表達(dá)產(chǎn)物，合成的與之有特異親和力的硼化合物。BNCT當(dāng)前的研究瓶頸主要還是研發(fā)適合的硼劑。理想的含硼藥物應(yīng)滿足以下基本要求:

1) 硼劑量要達(dá)到要求，至少保證每克腫瘤組織吸收約10～30 μg10B，即每個(gè)腫瘤細(xì)胞含有109個(gè)10B原子，并且在照射期間，腫瘤細(xì)胞內(nèi)硼濃度要保持在一定的劑量之上[31]。

2) 腫瘤細(xì)胞對(duì)正常組織以及血液的硼濃度比值(T/N)，(T/B)均要保證達(dá)到3以上[32]。

3) 除了被處于分裂期的腫瘤細(xì)胞攝取之外，還可以被乏氧腫瘤細(xì)胞吸收。

4) 無(wú)毒，水溶性好[33]。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前已經(jīng)開發(fā)了幾代含有10B的藥物，并對(duì)其療效進(jìn)行了臨床檢驗(yàn)。第一代10B傳遞分子包括硼酸鈉、硼酸和衍生物。第一代含硼分子不具備腫瘤靶向能力，不能達(dá)到足夠高的腫瘤血硼比，無(wú)法達(dá)到有效的中子俘獲治療效果。因此，他們對(duì)惡性腫瘤的臨床治療已被證明為失敗[34]。

在第二代BNCT試劑的研制中，強(qiáng)調(diào)了分子能夠選擇性地被腫瘤細(xì)胞吸收，或具有尋找腫瘤的特性。在臨床治療方面已有兩種被美國(guó)食品及藥物管理局批準(zhǔn)的含硼藥物，4-二羥基硼酰基苯丙氨酸(p-boronophenylalanine, BPA)與巰基十一碳?xì)涫鹜?sulfhydrylborane, Na2B12H11SH, BSH)[35]。目前，BPA是臨床應(yīng)用BNCT的標(biāo)準(zhǔn)治療藥物[36]，它是一種基于氨基酸(L-苯丙氨酸)結(jié)構(gòu)的硼化衍生物。腫瘤細(xì)胞中的L-氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)與正常細(xì)胞相比，在包括大腦在內(nèi)的大多數(shù)器官中都有較高的表達(dá)[37]。BPA被認(rèn)為是比BSH更好的10B傳遞劑[38]。一般來(lái)說(shuō)，以BSH為代表的無(wú)機(jī)10B化合物對(duì)腫瘤的選擇性低于BPA，因?yàn)樗麄內(nèi)狈μ禺愋赃M(jìn)入細(xì)胞的系統(tǒng)。此外，由于BSH只有在血腦屏障被破壞時(shí)才能進(jìn)入大腦，所以BSH在腫瘤浸潤(rùn)區(qū)的分布很差。然而，與BPA相比，BSH每分子含有12倍的10B原子，這是BSH相較于BPA的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。與第一代硼劑相比，其二者已經(jīng)在腦部、頭頸部、皮膚以及肝臟部位腫瘤治療上具有一定的療效，且治愈后的存活期較長(zhǎng)[39]。另外，腫瘤細(xì)胞中的硼劑濃度與正常細(xì)胞和血液中的比值(T/N，T/B)僅大于1，因此，這兩種硼劑對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向性一般，在攝入后將迅速?gòu)难褐斜磺宄齕40]。盡管這兩種硼劑在性能方面已有較大改進(jìn)，但其效果距離BNCT技術(shù)所需的要求還相差甚遠(yuǎn)，新型硼劑的研發(fā)迫在眉睫。

目前，第三代硼劑也正在研發(fā)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。在先前的研究中遇到的主要障礙之一是很難將足夠劑量的10B分子輸送到腫瘤細(xì)胞中，同時(shí)仍保持較高的腫瘤與血硼比。這些第三代硼化合物傾向于更具體地作用于靶向腫瘤細(xì)胞，即腫瘤細(xì)胞核和DNA對(duì)這些藥物具有誘惑力，進(jìn)而使T/N或T/B提升到較高值。如果硼原子能夠被定位在核內(nèi)或核附近，則產(chǎn)生致死作用所需的硼化合物劑量可能會(huì)大大減少。

有幾種此類硼劑藥物已有了初步的研究成果，第一種是由表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)介導(dǎo)的，與表皮生長(zhǎng)因子( epidermal growth factor, EGF)相結(jié)合的BPA[41-42]。EGFR基因在幾種人類癌癥中過(guò)度表達(dá)，被認(rèn)為是一個(gè)合理的抗癌治療靶點(diǎn)，針對(duì)其他癌癥相關(guān)基因的其他核酸序列可以根據(jù)具體需要使用。EGFR信號(hào)通路在癌細(xì)胞中的激活不僅與細(xì)胞增殖增加有關(guān)，還與血管生成、轉(zhuǎn)移和凋亡減少有關(guān)。因此，與EGF相結(jié)合的硼原子能夠大量結(jié)合在腫瘤細(xì)胞表面，還能夠起到阻斷EGFR信號(hào)通路的作用，從而抑制癌細(xì)胞的增殖。此外，臨床前的數(shù)據(jù)已經(jīng)證實(shí)，許多抗EGFR藥物有可能會(huì)提高現(xiàn)有的細(xì)胞毒性藥物的有效性[43]。因此，EGFR靶向治療癌癥的原理是顯而易見(jiàn)的。具有雙組分活性藥物的開發(fā)，如BNCT和抗EGFR活性的硼載體，代表了一種新的癌癥治療方法[44]。

第二種硼劑是由葉酸受體(folate receptor, FR)介導(dǎo)的，與葉酸結(jié)合的含硼脂質(zhì)體或碳納米顆粒[45-46]。據(jù)報(bào)道，腫瘤細(xì)胞在細(xì)胞膜上存在葉酸受體的過(guò)度表達(dá)，而正常細(xì)胞則很少或根本沒(méi)有葉酸受體[47-48]。因此，葉酸分子可以通過(guò)化學(xué)連接含硼粒子來(lái)提高脂質(zhì)分子或納米材料的細(xì)胞吸收效率，進(jìn)而增加腫瘤細(xì)胞的中子俘獲元素含量[49]。FR介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞,能夠使含硼藥物被運(yùn)送至細(xì)胞內(nèi)，且高表達(dá)FR的HeLa 細(xì)胞可以靶向攝取含硼碳納米顆粒等相關(guān)研究已有報(bào)道[50-51]。在此之前，單壁碳納米管被廣泛地用作生物貨物，用于將具有生物活性的分子輸送到細(xì)胞[52-54]。為了進(jìn)行BNCT，取代的C2B10碳硼烷籠被化學(xué)連接到水溶性單壁碳納米管上[55]。動(dòng)物模型研究表明，取代碳硼烷-單壁碳納米管復(fù)合物能選擇性地聚集在小鼠乳腺癌細(xì)胞中，其最大濃度可高達(dá)每克組織22.8 μg硼，符合硼劑的治療要求[56]。

第三種硼劑是能夠被膠質(zhì)瘤細(xì)胞T98G選擇性攝取，且具有較高的親水性，與卟啉相結(jié)合的硼酸鹽(boronated porphyrin)，即硼化卟啉[57-58]。其結(jié)構(gòu)上是通過(guò)酯、醚、酰胺或碳-碳鍵與卟啉大環(huán)相連的碳硼烷籠。硼化卟啉對(duì)于腫瘤有較高的親和力，定位的優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)在腫瘤細(xì)胞溶酶體內(nèi)。且其易于合成高硼含量化合物，在黑暗條件下細(xì)胞毒性較低，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)保留時(shí)間較長(zhǎng)。另外，硼化卟啉具有良好的光物理性質(zhì)，包括在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域的強(qiáng)光吸收，光活化時(shí)產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力，以及熒光特性[59-60]。因此，硼化卟啉可作為光動(dòng)力療法(photon dynamic treatment, PDT) 和硼中子捕獲療法(BNCT) 的雙敏化劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，在臨床上，硼化卟啉在熒光引導(dǎo)下的腦腫瘤切除術(shù)中非常實(shí)用，可以提高切除率，預(yù)期病人預(yù)后會(huì)進(jìn)一步改善[61]。據(jù)報(bào)道，目前已有研究者合成了多達(dá)8個(gè)硼團(tuán)簇(10B含量38%)和16個(gè)硼團(tuán)簇的高硼含量硼卟啉[62]，這類化合物有可能在相同劑量下向腫瘤提供更多的硼，在BNCT中提高治療效率。此外，在用低能中子活化時(shí)，親水性較強(qiáng)的八聚陰離子卟啉除了可引起腫瘤細(xì)胞損傷外，同時(shí)還可能對(duì)腫瘤血管造成損害[63]。

第四種硼劑是由透明質(zhì)酸多糖(hyaluronic acid, HA)與硼酸鹽結(jié)合成的離子絡(luò)合物。這是一個(gè)由最具有生物化學(xué)適應(yīng)性和水穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的多糖和四硼酸鹽中和形成的多硼砂鏈組成的復(fù)合體系。由于HA具有與生物組織的多重互動(dòng)性，因此它是靶向遞送與其融合的活性化合物載體的理想選擇[64]。它可以與成纖維細(xì)胞表面相互作用，因?yàn)樗軌蜻x擇性地與細(xì)胞質(zhì)膜表面的特異性受體結(jié)合[65]。由于其天然來(lái)源，HA具有生物相容性，生物可降解性和非免疫原性等有利特征，且在炎癥，傷口愈合或癌癥轉(zhuǎn)移過(guò)程中充當(dāng)細(xì)胞信號(hào)分子[66]。HA與其受體和降解酶一同起到抑癌劑的作用，抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[67]。此外，美容學(xué)領(lǐng)域的長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)表明，即使在非常大的劑量下，HA也是低毒無(wú)害的[68]。且因透明質(zhì)酸-硼酸鹽絡(luò)合物作為螯合配合物，在水溶液中是極其穩(wěn)定的。目前，盡管已有許多有關(guān)復(fù)合多硼酸鹽與HA絡(luò)合的相關(guān)研究[69]，但尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于此類硼劑的BNCT療效的研究結(jié)果發(fā)表。

當(dāng)前，我們的課題組正在對(duì)一種新型研究方向——EGFR抑制劑作為硼劑藥物進(jìn)行研究。選取一到兩種核苷類EGFR抑制劑，將10B與核苷化合物相連接,那么在腫瘤細(xì)胞高效繁殖的條件下,10B能夠更有效地與DNA相結(jié)合，從而大量靶向地富集于腫瘤細(xì)胞中，尤其在細(xì)胞核中，極大提高了對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷力[70]。該種硼劑的優(yōu)勢(shì)為：第一點(diǎn)，EGFR的抑制劑本身就能夠有效抑制腫瘤細(xì)胞增殖，同時(shí)還能對(duì)腫瘤細(xì)胞DNA的損傷修復(fù)產(chǎn)生抑制作用，且具有放療增敏的特性。第二點(diǎn)，它在與跨膜蛋白的EGFR結(jié)合后，利用俘獲反應(yīng)產(chǎn)生的能量破壞重要的細(xì)胞膜通道位點(diǎn)，使細(xì)胞膜破裂，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。第三點(diǎn)，該含硼核苷類EGFR抑制劑能夠被腫瘤細(xì)胞選擇性吸入，與遺傳基因相結(jié)合，破壞多基因靶點(diǎn)，繼而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。綜合這三點(diǎn)的效應(yīng)，將極大的提高硼中子俘獲選擇性殺滅腫瘤的效率，降低輻射劑量[71]。由于大部分腫瘤細(xì)胞膜的EGFR遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞，因此特異性含硼EGFR抑制劑將選擇性的富集在腫瘤細(xì)胞膜上，大大提高了T/N或T/B≥3的可能性。并由于其多重誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，因此富集在腫瘤細(xì)胞上的含硼EGFR抑制劑可以在較低的濃度達(dá)到理想的效果。這樣多功能性的高選擇性的硼劑研究也是國(guó)際發(fā)展的方向和研究的熱點(diǎn)[72]。

硼藥本質(zhì)上就是一種中子輻射增敏劑，其在腫瘤組織分布，代謝過(guò)程，尤其在細(xì)胞上特異靶點(diǎn)分布與中子輻射的增敏效果密切相關(guān)，只有通過(guò)比較中子輻射增敏效應(yīng)及機(jī)理研究才能更好地篩選出靶向功能性(EGFR抑制劑)的核苷類硼藥。

4.2 建立精確的劑量測(cè)算體系

在硼中子俘獲治療中，輻射劑量學(xué)占有重要的地位。BNCT成功施行在于依據(jù)癌組織中10B的累積量來(lái)給予相應(yīng)的中子照射量，其中關(guān)鍵問(wèn)題在于實(shí)時(shí)測(cè)量中子注量率及腫瘤組織中硼劑量[73]。對(duì)于中子注量率的計(jì)算，已有一部分報(bào)道及臨床實(shí)驗(yàn)表明。有光纖閃爍探測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量[74]、較為精準(zhǔn)的三維計(jì)算法直接測(cè)量、更有間接測(cè)量等方法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量體系已相對(duì)成熟，誤差亦在可控范圍之內(nèi)[75]。而對(duì)于腫瘤細(xì)胞內(nèi)硼劑量的計(jì)算更是至關(guān)重要的，BNCT需要根據(jù)腫瘤組織中硼劑量的不同而設(shè)定輻照劑量。因此10B濃度于BNCT是一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，其將為制定BNCT治療方案提供劑量學(xué)的依據(jù)[18]。

BNCT治療過(guò)程中，因血液及正常組織中的10B劑量和腫瘤組織中的10B劑量成一定比例, 早期則利用這一點(diǎn)，在治療過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量患者血液中的硼劑量，以1∶2或1∶3的比例推算出腫瘤組織中的硼劑量[76]。但此種利用估值計(jì)算的方法，導(dǎo)致估算出的腫瘤內(nèi)的硼濃度產(chǎn)生一定的誤差。目前的測(cè)量方法通常有3種:1)物理測(cè)量法：徑跡刻觸技術(shù)(track engraved technology)，靈敏度高但操作繁雜，分析時(shí)間長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)測(cè)量;2)化學(xué)測(cè)量法：等離子體原子光譜分析法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, ICP-AES)，是目前最普遍的一種測(cè)量方法，測(cè)量時(shí)間較短，但該方法需要對(duì)樣品進(jìn)行處理，程序多重，會(huì)對(duì)試樣造成破壞;3)核測(cè)量法：即瞬發(fā)γ射線中子活化分析法(prompt-gamma neutron activation analysis, PGNAA)[77]，采取微量組織血液樣品裝入小瓶，再快速打入反應(yīng)堆內(nèi)由熱中子束照射，再由高純鍺探測(cè)器測(cè)量由10B裂變產(chǎn)生的能級(jí)為478 keV的γ射線強(qiáng)度，進(jìn)而推算樣品中10B的含量。該方法精準(zhǔn)、快速，且無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行處理。目前，該法已在臨床實(shí)驗(yàn)中投入使用，我國(guó)在醫(yī)用中子照射器上已經(jīng)建立了PGNAA系統(tǒng)來(lái)測(cè)量血硼濃度[78]。

然而，取樣檢測(cè)硼劑濃度的技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，畢竟在BNCT過(guò)程中，醫(yī)生無(wú)法對(duì)腫瘤組織進(jìn)行取樣檢測(cè)，獲取數(shù)據(jù)。上述方法都僅僅對(duì)某一時(shí)間點(diǎn)，某一個(gè)腫瘤位點(diǎn)進(jìn)行硼劑量檢測(cè)，并不能提供動(dòng)態(tài)下腫瘤組織各個(gè)位點(diǎn)中與正常組織及血液中硼濃度的比值信息，故BNCT不能夠有效地設(shè)計(jì)處方劑量進(jìn)行治療。

而后，18F-BPA PET(Fluorine-p-boronophenylalanine positron emission tomography)成功問(wèn)世，由示蹤劑18F標(biāo)記的硼劑藥物18F-BPA(Fluorine-p-boronophenylalanine)注射入患者靜脈后，其發(fā)射出正電子與鄰近組織中的負(fù)電子發(fā)生湮沒(méi)反應(yīng)，放出兩個(gè)能量相等方向相反的γ光子，符合電路檢測(cè)到即獲取信號(hào)。通過(guò)PET掃描得到影像數(shù)據(jù)，以此得到正常組織與腫瘤組織中10B 的濃度比值。該技術(shù)已被用于預(yù)測(cè)BNCT前腫瘤組織內(nèi)硼劑的累積量以及估計(jì)劑量計(jì)算中10B的空間分布[79]，且已適用于轉(zhuǎn)移性黑素瘤、口腔復(fù)發(fā)癌等多種疾病的治療中。

總之，雖然目前18F-BPA PET技術(shù)對(duì)于一些腫瘤病癥的檢測(cè)是有效的，但其對(duì)于炎癥的特異性并不高，且在精度與定位方面仍存在一定的限制。因此，如何能夠使其更為精準(zhǔn)地普及至更多腫瘤的治療中尚待進(jìn)一步研究。10B進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量及位置是隨腫瘤等級(jí)和生物化學(xué)性質(zhì)而變化的，若要使BNCT成為更高精度的放療技術(shù)，則需要更加精確且實(shí)時(shí)獲取腫瘤靶區(qū)不同狀態(tài)細(xì)胞內(nèi)的10B濃度，以此來(lái)精準(zhǔn)設(shè)定各個(gè)靶點(diǎn)的中子照射動(dòng)態(tài)劑量分布，且要求其能夠普遍適用于多種病癥，進(jìn)一步提升治療效果。目前已有一種設(shè)想方案，即將核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)與PET相結(jié)合[80]。利用MRI的軟組織密度探測(cè)能力與PET分子層面的探測(cè)能力對(duì)硼劑量進(jìn)行綜合測(cè)量的技術(shù)，或許會(huì)成為BNCT未來(lái)的發(fā)展方向之一。

4.3 開發(fā)適合的中子源

中子實(shí)驗(yàn)一般以核反應(yīng)作為中子來(lái)源，常用的中子源有核反應(yīng)堆中子源、加速器中子源以及放射性核素中子源[81]。目前，國(guó)際上眾多國(guó)家已經(jīng)開始基于反應(yīng)堆的中子源開發(fā)BNCT，并在BNCT臨床實(shí)驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)堆生成中子的特征進(jìn)行了大量的研究工作。鑒于原子反應(yīng)堆的使用涉及運(yùn)營(yíng)程序復(fù)雜，安全性低，且成本較高的問(wèn)題，中子源也正朝向無(wú)核化的趨勢(shì)發(fā)展。

目前，用于BNCT的基于反應(yīng)堆以及加速器的中子源已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)。2009年，基于微型中子源核反應(yīng)堆，周永茂院士團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了醫(yī)用中子照射器IHNI-1，其具有燃料元件低濃化、反應(yīng)堆高功率、壽命長(zhǎng)(10年)且壽期內(nèi)無(wú)需換料等優(yōu)勢(shì)，相較國(guó)內(nèi)外早期微堆更適用于BNCT[82]。與此同時(shí)，基于反應(yīng)堆系統(tǒng)及加速器系統(tǒng)的臨床研究也一直在進(jìn)行中[83]。 2009年初，日本已經(jīng)建成世界首例基于加速器的BNCT臨床照射系統(tǒng)，被稱為“回旋加速器熱中子源”(C-BENS)[21]。使用C-BENS的臨床試驗(yàn)于2012年開始。北京大學(xué)目前也正在研發(fā)射頻四極場(chǎng)加速器，朝著醫(yī)院開展BNCT治療的方向邁進(jìn)了一大步[84]。2014年，由筑波大學(xué)Kumada率領(lǐng)的項(xiàng)目小組iBNCT，已在茨城中子醫(yī)學(xué)研究中心開發(fā)一種以加速器為基礎(chǔ)的BNCT設(shè)施，該設(shè)施使用8 MeV質(zhì)子束來(lái)產(chǎn)生中子[85]。近來(lái)已有研究成果表明，中子管中子發(fā)生器也可以替代反應(yīng)堆作為BNCT的中子源[86]，但具體實(shí)施方案尚在研究中。2017年8月，國(guó)內(nèi)中國(guó)散裂中子源與東陽(yáng)光集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)適合醫(yī)院的BNCT裝置，在已建成的3.5 MeV強(qiáng)流質(zhì)子加速器基礎(chǔ)上，研制我國(guó)首臺(tái)基于加速器的BNCT裝置，有望3年內(nèi)用于實(shí)驗(yàn)研究[87]。

與放射性核素中子源相比，加速器中子源具有中子產(chǎn)額高、粒子束脈沖化、方向性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。而相較于核反應(yīng)堆中子源，加速器中子源則在keV能區(qū)擁有更高的中子產(chǎn)額，且伴隨放出的γ射線較少，另外還有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低及安全性高等優(yōu)勢(shì)，故其更適用于醫(yī)用BNCT。加速器中子源一般通過(guò)A(a，n)B反應(yīng)發(fā)射中子，入射粒子a一般為α等帶電粒子，而靶核一般選用2D,7Li，9Be等中子結(jié)合能低、能級(jí)間距大的輕核[80]。BNCT要求中子能量在keV量級(jí)(低能)，且強(qiáng)度較高。據(jù)以往實(shí)驗(yàn)記載，9Be、13C等靶核反應(yīng)放出的中子能量均在MeV量級(jí)，且慢化時(shí)伴隨著高能γ射線放出，不符合要求。而7Li(p，n)7Be反應(yīng)閾能為1.881 MeV，當(dāng)入射粒子能量接近閾能(約1.9 MeV)時(shí)，反應(yīng)放出能量為30 keV的中子，且中子產(chǎn)額也處于中等水平，故該反應(yīng)從理論上可以滿足BNCT對(duì)中子的醫(yī)用需求[88-89]。因此，大力開展研發(fā)基于7Li(p，n)7Be反應(yīng)的加速器中子源將是BNCT未來(lái)的發(fā)展方向之一。

5 結(jié)語(yǔ)

BNCT已經(jīng)成為癌癥治療領(lǐng)域的的新熱點(diǎn)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，BNCT已經(jīng)能夠安全有效地治愈更多的惡性腫瘤。然而，BNCT的發(fā)展仍面臨著諸多問(wèn)題，首要問(wèn)題便是高效硼劑的研發(fā)，而高精度的硼劑量測(cè)量體系對(duì)于治療效果同樣至關(guān)重要。除此之外，中子源也需要朝著脫離大型核反應(yīng)堆的趨勢(shì)進(jìn)一步發(fā)展。以EGFR抑制劑作為硼劑藥物，MRI/PET聯(lián)合技術(shù)作為硼劑量測(cè)量體系，以及基于7Li(p，n)7Be反應(yīng)的加速器中子源的設(shè)計(jì)，或?qū)⒊蔀锽NCT的重點(diǎn)研究方向之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與研究的逐步深入，BNCT必將在腫瘤治療領(lǐng)域處于舉足輕重的地位。