重离子束：打败癌细胞的新一代“杀手”

　　重离子束：打败癌细胞的新一代“杀手”

　　【科技前沿】

　　编者按

　　近日，国家原子能机构联合科技部、公安部、生态环境部、交通运输部、国家卫生健康委、国家医疗保障局、国家药品监督管理局7部门在京发布《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》，这是我国首个针对核技术在医疗卫生应用领域发布的政策性文件。  

　　去年以来，在我国科技工作者的努力下，核技术在抗疫中大显身手，产业化的应用越来越多，在打破国外技术垄断，保障老百姓的生命安全中发挥了重要作用。更难得的是，我国核技术产业链完全自主可控，涌现出了一批从基础研究到产业化应用的典型。本期一起了解一下中国科学院近代物理研究所研发的国内首台拥有自主知识产权的碳离子治疗系统。

　　近年来，中科院近代物理所发布的拥有自主知识产权的碳离子治疗系统成功应用，受到社会的广泛好评。国产碳离子治疗系统凝聚了几代中国科研人员的心血，走出了一条“基础研究→技术研发→产品示范→产业化应用”的全产业链自主创新之路，打破了我国高端放疗市场被国外产品垄断的局面。这条从基础研究到产业化成功“晋级”之路，在当前具有一定的示范和借鉴意义。

　　核技术是对付癌细胞的“杀手”

　　碳离子治疗系统是技术先进的大型医疗系统，融合了加速器、核探测、医学诊疗等相关技术。提供碳离子束用于癌症的治疗，它是如何做到的？

　　细胞是人体结构和生理功能的基本单位。每个人体内都有数十万亿计的细胞，它们每天有序“工作”，人体才能正常运转。

　　但如果人体的正常细胞发生了病变，这个“生了病”的细胞就会变成另一副面孔。它不再有计划地正常分裂，而是变得极具掠夺性，疯狂抢占营养、恶性繁殖、生长失控，这就是癌细胞。所以，一旦人类遭遇细胞癌变，往往会陷入一发不可收拾的局面。

　　面对癌细胞的“肆意妄为”，人类并非束手无策。药物治疗、手术切除和放射治疗就成了人类消灭“肿瘤君”的3大手段。

　　放射治疗是最常用的。作为一种物理治疗手段，放射治疗已有100多年历史。在放疗“1.0时代”，最常使用的射线是X射线，此外还有我们熟悉的伽马射线，它们都被称为传统放疗射线（光子放疗）。

　　在对抗癌细胞时，传统射线就像是一个蒙着眼睛的“杀手”，无法主动辨别正常细胞和癌细胞，在进入人体后实施无差别杀伤。

　　传统射线这种自带的属性，对于患者而言，随之而来的就是难以避免的副作用，甚至容易造成更为严重的并发症。所以某种程度上，治疗效果其实就是在“赌”，赌的是好细胞和癌细胞谁先扛不住。最可怕的是，经常出现好细胞先死亡、癌细胞的生命力却特别顽强的结果。

　　而随着科技的发展，放射技术也在进步，科研人员不断寻找、创造、改良着可以利用的新手段，最终找到了比传统射线这个“蒙眼杀手”更有智慧和本事的新一代“杀手”，它的名字叫“重离子束”。

　　中科院近代物理所这台拥有自主知识产权的碳离子治疗系统的出现，意味着在抗击癌症的放疗之路上，中国正式迈入了全面升级并且拥有自主知识产权的放疗“2.0时代”。

　　重离子束的原理和未来应用前景

　　重离子是指原子序数大于2的原子失去电子的离子。

　　1903年，英国物理学家威廉·亨利·布拉格（William·Henry Bragg）与克里曼（Kleeman）在实验中观测到带电粒子束进入物质后，会在某个深度形成一个剂量高峰，科学界称之为“Bragg峰”，中文译为“布拉格峰”。

　　这个“神奇”的现象引起了科学家的注意。1946年，美国人威尔逊首次提出用布拉格峰进行肿瘤放疗，他认为，带电粒子束进入人体后不会像传统射线那样在沿途不断地释放能量，而会在某一特定深度（即肿瘤部位）释放几乎全部的能量。

　　这就意味着，带电粒子束比传统放疗所使用的X射线、伽马射线更具优势。同样在美国，1975年劳伦斯伯克利实验室 (LBNL)实践了首例使用重离子束对肿瘤放疗的案例。

　　此后，日本、德国、中国相继开展重离子束治疗肿瘤的研究。

　　那么，这个叫重离子束的新一代“杀手”，在面对肿瘤时都升级了哪些技能？

　　精确区分敌我。这个技能叫作独特的深度剂量分布。重离子束在穿越生物组织的过程中，沉积的剂量较小（坪区），也就是说在穿透过程中，重离子束只是路过并不施加伤害，这样的话，正常细胞终于可以不再躺枪，有利于保护正常组织和关键器官；当它到达癌细胞时，才开始放大招杀敌，就是所谓的剂量主要沉积在射程末端（峰区），这个现象就是前文提到的“布拉格峰”。