Science Slam: Григорий Шахгильдян – о лечении рака с помощью стекла

Григорий Шахгильдян - о лечении рака с помощью стеклянных микросфер

В клубе "Москва Hall" прошла "битва" ученых в формате стэндапа Science Slam. Ведущий инженер Международного центра лазерных технологий химия и физика стекла Григорий Шахгильдян выступил с лекцией "Ядерная медицина: лечение рака с помощью стеклянных микросфер". Прямую трансляцию мероприятия провело сетевое издание M24.ru. Приводим тектовую версию лекции.

- Аспирант РХТУ расскажет нам про ядерную медицину и о том, как можно лечить рак с помощью стеклянных микросфер, стеклянных шариков. Мало того, что он аспирант, он еще и стекольщик. В общем, сам, возможно, об этом расскажет. Георгий Шахгильдян, ваши аплодисменты.

- Добрый вечер, меня зовут Шахгильдян Георгий, и да, я стекольщик. Но давайте вернемся с космоса на Землю и поговорим о таком тяжелом заболевании, как рак.

Рак – это одно из самых страшных заболеваний в мире, и более трех миллионов больных насчитывается только в России. Мало того, каждый день у 1500 человек диагностируется это заболевание. Но самое страшное, что рак регулярно уносит жизни. Так, каждый день 1000 человек в России умирает от рака. И основная проблема заключается в том, что видов рака очень много, и для эффективной борьбы с этим заболеванием требуются комплексные методы лечения, включающие в себя как классические методы, так и новые высокотехнологические методы, которые вместе будут давать эффективное лечение труднодоступных раковых опухолей.

Давайте сначала разберемся с известными методами лечения рака. Их на данный момент три так называемых классических.

Первый метод – это хирургия, классический хирургический метод, при котором осуществляется резекция опухоли, либо же трансплантация целого органа, например, печени. Но, к сожалению, большинство опухолей неоперабельны, и возможность пересадки органов тоже ограничена, поэтому этот метод очень сложно применять во многих случаях.

Следующий известный метод – это химиотерапия, метод, при ней больной принимает большое количество лекарственных ядов и токсинов, которые губительно влияют на раковые клетки. Но точно так же они губительно влияют на здоровые клетки организма, и в результате у пациентов полностью прекращается нормальная жизнь. Основные симптомы всем известны – это облысение, тошнота, рвота, слабость, в общем, полное прекращение нормальной жизни человека.

Фото: m24.ru

Третий известный метод – это лучевая терапия, при котором раковая опухоль облучается потоком радиации. В данном случае не получается локально облучить опухоль, и облучается как минимум какой-то орган. В результате помимо раковых клеток облучаются и здоровые ткани, что пагубно сказывается на общем состоянии человека. В данном случае симптомы схожи – это слабость, тошнота, рвота, в общем, опять же прекращение нормальной жизнедеятельности.

В основном очень сложно использовать эти методы для лечения рака печени, потому что больные раком печени сталкиваются со всеми этими проблемами. 90% рака печени не операбельны. Лучевая терапия неприменима, потому что очень большой вред наносится самому органу, поэтому в основном приходится использовать химиотерапию. Вследствие этого, чтобы люди, больные раком печени, все-таки могли нормально жить и функционировать, используется такой метод: с одной стороны, классическая радиотерапия, и в то же время новый высокотехнологический метод - вкупе это дает нам такое понятие, как радиоэмболизация.

Мы берем наши раковые клетки как бы в осаду. То есть, с одной стороны, мы подводим непосредственно к раковой клетке изнутри организма микроисточник радиации, который облучает его и убивает клетку. В то же время микроисточники закупоривают сосуды (это называется эмболизация, лечебное закупоривание) и не дают питательным веществам питать раковые клетки, которые очень прожорливы. Поэтому все, что нужно для этого метода, - это разработать непосредственно источник, который будет отвечать требованиям для радиоэмболизации. То есть, во-первых, он будет уметь раздавать радиацию, именно убивать раковые клетки, он будет химически инертен по отношению к организму, не будет вступать ни в какие химические реакции. Мы должны контролировать количество раздаваемой радиации. Ну и, конечно, он должен быть механически прочен и идеально сферичен, чтобы при продвижении по сосудам он ни в коем случае никоим образом не поранил стенки сосудов. Собственно, смысл понятен.

Но остается один вопрос: из какого материала сделать такие микроисточники? Тут сенсации, к сожалению, не получится, уже все сказали – это стекло. Я думаю, многие изначально удивились – мол, стекло!? Как оно вообще относится к раку, что тут происходит, и так далее. Но стекло – это уникальный материал. В отличие от кристалла, в котором существует дальний порядок (упорядоченное строение атомов в кристаллической решетке) стекло имеет не совсем упорядоченную структуру, то есть в стекле присутствует только ближний порядок и средний порядок атомов, но это уже сложнее. Смысл в том, что создавая стекло, мы можем использовать различные компоненты, тем самым получая материалы с заведомо контролируемыми свойствами. Как раз мы это и использовали для создания нашего микроисточника.

Чтобы создавать стекло, нам нужно его сварить – это действительно общепринятый термин. И, строго, варку стекла можно разделить на три части.

Первая – это подготовка и смешивание материалов. Мы берем различные материалы (в данном случае мы использовали три), смешиваем, получаем однородную композицию, которая называется стекольная шихта. Такую стекольную шихту мы загружаем в тигли – это как кастрюльки, только очень маленькие, у нас они из платины. Далее мы начинаем стекло варить. Варится оно в специальных электрических печах. Это небольшие шахтенные печи, в которых достигается температура порядка 1600 градусов – довольно-таки горячо.

И соответственно, последняя стадия, самая ответственная – это именно получение стекла. Мы одеваемся, надеваем перчатки, что-нибудь, чтобы несильно обгореть, залезаем внутрь печки, достаем оттуда этот раскаленный тигель и выливаем его на металлическую плиту. Тем самым достигается резкое переохлаждение расплава, и мы получаем аморфное стеклообразное состояние. После этого мы получаем просто кусок стекла, и на микрошарики, тем более для лечения рака, оно совсем не похоже, поэтому их нужно сделать.

Делается это при помощи специальной установки плазматрона, генерирующего плазму, таким образом: из бесформенного куска стекла получаем порошок стекла путем тонкого помола, просева на виброситах, и этот порошок запускаем в пламя порядка 6000 градусов с потоком инертного газа аргона. Наш порошок проходит сквозь пламя, мгновенно оплавляется, и формируются микросферы. Соответственно, все очень просто, микросферу мы получили.

Остался один момент – как же сделать так, чтобы они не излучали радиацию, чтобы они лечили рак? Тут главная составляющая в их составе, они состоят из трех компонентов: оксида иттрия, алюминия и кремния. Оксиды алюминия и кремния в данном случае создают стеклообразную составляющую наших микросфер, а оксид иттрия выступает в роли раздатчика радиации. Это достигается путем того, что изотопы иттрия могут находиться в нескольких состояниях. В частности, изначально в стекле он находится в виде изотопа иттрия 89. Но если такой изотоп облучить потоком нейтронов, то есть как бы разбудить его, он, как Халк, превращается в изотоп иттрия 90, который активно излучает радиацию, период полураспада составляет 64 часа. При этом он распадается на стабильный изотоп цирконий 90.

Характеристики такого изотопа иттрия 90 очень терапевтически выгодны, так как мощность - нейтральный пробег в тканях - позволяет использовать его как раз для лечения рака, чтобы не затрагивались здоровые клетки и ткани.

Теперь у нас есть микросферы из стекла - очень хорошего, мы его сварили, получили, внутри этих микросфер алюминий, кремний и иттрий. Мы берем микросферы, облучаем их в реакторе, они превращаются в Халка - и в течение какого-то времени они будут излучать. Собственно, принцип понятен, давайте посмотрим, как это действительно работает.

Смысл в том, что больному через катетер вводятся микросферы и доставляются по току крови непосредственно к раковым клеткам. Как я и говорил, они накапливаются в раковых клетках, эмболизируют сосуд, то есть не дают доступа питательных веществ, и облучают изнутри раковые клетки. Раковые клетки отмирают, и на этом процесс заканчивается. Излучение полностью прекращается где-то через неделю-две, то есть больному могут сделать операцию, и практически через день он может уйти из больницы, а через две недели никаких действий от препарата не остается.

Я хочу отметить, что при помощи микросфер именно российского производства была проведена операция в московской больнице, и у больного с раком печени рак отступил. И я очень надеюсь, что, если удастся создать в России такую линию по производству и применению стеклянных микросфер для лечения рака, мы сможем облегчить жизнь тысячам наших сограждан. Спасибо.

- Спасибо, Георгий. Есть вопрос? Давайте.

Фото: m24.ru/Михаил Сипко

- Здравствуйте, я Ольга. Возможно, я прослушала, но как обеспечивается доступ именно к клеткам опухоли, а не к клеткам самой печени? Спасибо.

- Это достигается путем доставки катетером непосредственно к клеткам печени. А клетки печени находятся за счет методов наблюдения за поведением клеток. Вся операция проводится под контролем не только ультразвука, но и многочисленных методов наблюдения.

- Не наугад – и то хорошо.

- Здравствуйте, меня Виталий зовут. Как эти микросферы понимают, что надо прийти именно в раковую часть? Вы их направляете самостоятельно?

- Да, их туда заводят непосредственно катетером. Сначала организм изучают при помощи различных методов анализа – уже врачи этим занимаются, не стекольщики. Изучают, где конкретно нужно ввести, и с помощью катетера направляют туда эти микросферы.

- А как они потом выводятся?

- Они никак не выводятся. Смысл в том, что их количество настолько мало, что никоим образом не влияет на жизнь и работоспособность печени. Главное, что эти микросферы убивают раковые клетки. Они просто осаждаются там. То есть доза практически 80-100 миллиграмм.

- Не совсем понятно, на самом деле. То есть вы вкалываете микросферы в печеночную артерию, почему они закупоривают именно сосуды в опухоли, но не закупоривают какие-то другие мелкие капилляры печени? В чем здесь избирательность?

- Естественно, они не привязаны к клеткам печени, потому что там нет, скажем так, GPS-навигаторов. То есть смысл в том, что вводятся как можно ближе к клеткам печени - и все равно при сравнении классической радиотерапии и вот такой внутренней радиотерапии разница налицо как с точки зрения эффективности лечения, так и с точки зрения влияния на весь организм.

- А те микросферы, которые попали в какие-нибудь другие капилляры, как-то могут быть выведены из организма? Или они там навсегда останутся?

- Они остаются, потому что стекло не растворяется. Но опять же, количество микросфер очень мало, и период полураспада 64 часа. Конечный период, может быть, порядка двух недель - полностью прекращается любое излучение, и они полностью инертные становятся.

- Можно вопрос? Эта методика привязана исключительно к раку печени или может быть применена при любом раке и в любом органе человека?

- Изначально она была заточена под рак печени, потому что удобно вводить, и это уже применяется. В принципе, уже пробуют применять при раке предстательной железы. Но конечно, применимость именно этого метода ограничена каким-то конкретным раком, но смысл в том, что для каждого направления стараются находить наиболее эффективный путь решения проблемы. Чтобы решать все не чем-то широким, а конкретно для каждой проблемы мы находим решение и решаем ее на 100%, а не на 20-30%, как при других методах.

- Спасибо за очень интересную лекцию. Мне кажется, главный вопрос в том, как долго он действует, то есть его полураспад продолжающийся, и каков риск возникновения метастазов, то есть реактивации рака в том же месте?

- А вопрос в чем, я не понял.

- Наблюдали ли вы пациента?

- Нет.

- То есть рак отступил – и все? Нет пока никаких данных о перспективах внедрения, наблюдения?

- Нет, позитивная динамика наблюдается.

- Это понятно. Но допустим, сейчас все хорошо, а какова гарантия, что через пять лет она вновь не появится?

- Тут ситуация какая: это паллиативная терапия, если вы знакомы с термином. То есть смысл в том, что когда у человека критическая ситуация, либо он применяет эти микросферы, либо ничего, то, конечно, лучше, если он проживет еще пять лет, чем он не проживет эти пять лет. В данном случае вот так идет - при критических стадиях рака, когда другие методы не помогают.

Фото: M24.ru

- Здравствуйте, меня зовут Марина. Поскольку я вообще ничего не понимаю ни в физике, ни в химии, я хотела бы задать вопрос касающийся, скажем, социальной подоплеки вашего доклада, поскольку, скорее всего, популярность его во многом будет связана именно с этим. Применяются ли эти стеклянные микросферы на Западе как метод лечения, и поскольку я подозреваю, что да, а вы в данном случае не новатор, то какова их распространенность? А также, если они применяются, то какова их стоимость? Можно ли таким образом вылечить достаточно большое количество людей, не слишком ли они дорогие?

- Спасибо, очень хороший вопрос. Постепенно отвечу. По поводу новаторства. Микросферы на Западе применяются, они применяются и изготавливаются канадской фирмой Nordion и применяются успешно повсеместно. Мало того, даже в России можно заказать такие микросферы, и они придут сюда, здесь будет операция стоить порядка 950 тысяч рублей.

Что касается нашей разработки, мы взяли такие микросферы за прообраз, модифицировали их, то есть у нас на кафедре в институте были разработаны микросферы с повышенным содержанием иттрия, тем самым мы еще больше снижаем количество шариков, которые нужно использовать. Плюс была проведена модификация поверхности.

Что касается социальной подоплеки, то, конечно, если производить их в России, стоимость снизится процентов на 40, а то и больше. Соответственно, они станут более доступными, и можно будет использовать их для лечения, потому что во всех развитых странах - в Америке, в Канаде, в странах Западной Европы, Израиле - они применяются. Даже если забить в Интернете, допустим "лечение рака печени микросферами", вам выдадут кучу сайтов, где предлагают поехать в Израиль и вылечить там, хотя ничего сложного в том, чтобы производить их в России, нет, мы это умеем и можем. Главное – наладить линию по их производству и применению, в этом самая главная проблема.

- Спасибо, Георгий.

- Если мы говорим о печени, то есть первичный рак печени, и есть метастазы. Если мы говорим о первичном раке печени, то можно обойтись пересадкой, и это будет в три раза дешевле, чем ваши микросферы, в три раза дешевле!

- Вопрос: а где взять столько печени – у вас какая-то фабрика, что ли?

- Безусловно.

- Я просто не знал.

- Безусловно, в России применяются методы пересадки печени, и на самом деле, если мы говорим о печени, то достаточно всего лишь одной десятой печени, чтобы она преобразовалась в полную печень, если мы говорим именно о печени.

- Да, конечно, спасибо.

- Понятно, не нужны твои микросферы никому, короче. Слава богу, в России все в порядке с печенью, вам ее будут пересаживать. Давайте аплодисменты Георгию. Нормально – 107,4. Спасибо тебе.