Самый редкий элемент на Земле способен перевернуть подходы к лечению рака

Редкий, быстро исчезающий элемент может стать самым точным оружием медицины в борьбе с раком.

Астат-211, один из самых редких и нестабильных элементов в мире, становится изотопом «идеального» уровня для таргетной терапии рака благодаря своему мощному, но точному альфа-излучению. Фото: Shutterstock

Астат — самый редкий элемент, встречающийся в природе на Земле, и один из наименее изученных в периодической таблице. Как и следует из его греческого названия, означающего «нестабильный», в природе он существует лишь недолго. Однако учёные из Техасского университета A&M нашли способ использовать его потенциал. Используя циклотронные лучи и передовые химические технологии, они создали метод получения, выделения и доставки астатина-211 (At-211), изотопа, который, несмотря на его нестабильность и короткий 7,2-часовой период полураспада, является многообещающим в целенаправленном лечении рака.

Изотоп «Златовласка» для лечения рака

Изотоп астат-211 часто называют «идеальным» или «золотым» изотопом, потому что он может излучать ровно столько радиации, сколько нужно для уничтожения раковых клеток, при этом не повреждая окружающие ткани. Этот инновационный изотоп продемонстрировал высокую эффективность в борьбе с раком крови, опухолями яичников и некоторыми видами рака мозга. В Институте циклотронов Техасского университета A&M учёные производят At-211 с помощью циклотрона K150 при поддержке Программы изотопов Министерства энергетики США (DOE). С 2023 года Техасский университет A&M является одним из двух национальных поставщиков астата для таргетной терапии рака через Национальный центр разработки изотопов (NIDC) и его университетскую сеть изотопов.

«Таргетная альфа-терапия — это потенциально революционный метод лечения рака, представляющий большой интерес благодаря своей способности наносить значительный ущерб опухолевым клеткам, не затрагивая при этом здоровые окружающие ткани и органы», — говорит доктор Шерри Дж. Йеннелло, заслуженный профессор Техасского университета A&M и профессор химии, директор Циклотронного института. «Мы — один из немногих центров в США, способных регулярно производить астат в медицинских количествах и доставлять его в близлежащие учреждения».

Использование энергии альфа-частиц

При распаде астата высвобождаются альфа-частицы — крошечные кластеры, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, — которые могут вызывать мощные локальные выбросы энергии. Эти альфа-частицы очень эффективно уничтожают раковые клетки, поскольку, прежде чем высвободить свою энергию, они преодолевают лишь небольшое расстояние, что сводит к минимуму повреждение здоровых тканей. Когда At-211 находится внутри опухоли или рядом с ней, его альфа-излучение проникает достаточно глубоко, чтобы уничтожить раковые клетки, не повреждая при этом окружающие органы.

Короткий период полураспада At-211 также означает, что он быстро теряет свою радиоактивность, что делает его менее токсичным по сравнению с долгоживущими радиофармацевтическими препаратами. В отличие от многих других изотопов, At-211 не вызывает вредного вторичного альфа-распада, что позволяет эффективно использовать его энергию для терапии. Такое сочетание точности и безопасности привлекло внимание исследователей и разработчиков фармацевтических препаратов по всему миру. Он уже проходит клинические испытания для лечения рака крови и изучается на предмет потенциального применения для лечения болезни Альцгеймера.

«Доступность астата-211 остается самым большим препятствием на пути к использованию его потенциала для преобразования ядерной медицины в будущем, — сказал Йеннелло. — К счастью, достижения, которых мы добиваемся здесь, в Техасском университете A&M, помогут решить эту проблему».

Прорыв в производстве и транспортировке изотопов

Одним из главных достижений Техасского университета A&M стало создание автоматизированной системы для отделения и транспортировки At-211. Эта запатентованная технология позволяет очищать изотоп, извлекая его из висмутовой мишени, а затем загружать его в транспортировочную колонну для последующего использования в препаратах для таргетной альфа-терапии. По словам Йеннелло, новая технология улавливания с помощью колонки со смолой позволяет ускорить процесс и отправлять большее количество At-211 с минимальным распадом и меньшим риском по сравнению с традиционными методами. Это усовершенствование подтверждает эффективность At-211 как перспективного препарата для лечения рака нового поколения.

Техасский университет A&M уже поставил значительные партии At-211 своим партнёрам, в том числе Университету Алабамы в Бирмингеме и Онкологическому центру имени М. Д. Андерсона, которые получили более двух десятков партий. Эти партнёрские отношения помогают исследователям совершенствовать радиофармацевтические препараты на основе At-211 и углублять понимание его химических свойств.

Сотрудничество и глобальный Прогресс

Йеннелло и доктор Федерика Пизанески, бывший радиохимик из Онкологического центра имени М. Д. Андерсона, а ныне сотрудник Центра медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне, планируют представить свои выводы на Всемирном собрании сообщества по астатину в 2025 году в Новом Орлеане. В их докладе под названием «Техасский двухэтапный процесс» будет представлен их совместный опыт производства, транспортировки и применения At-211 в терапевтических целях. На этой первой встрече в США соберутся исследователи и представители коммерческих групп, заинтересованные в расширении применения At-211 для лечения рака по всему миру.

Недавно Йеннелло рассказала о достижениях Техасского университета A&M на другом крупном мероприятии — 26-м Международном симпозиуме по радиофармацевтическим наукам, который проходил в Квинсленде. Она подчеркнула растущий международный интерес к исследованиям At-211.

«Хотя клинические испытания на людях находятся на ранней стадии, в настоящее время в Японии, нескольких европейских странах и США реализуются инициативы, направленные на изучение потенциала астата-211, — сказал Йеннелло. — Я с нетерпением жду возможности рассказать об успехах Техасского университета A&M в производстве и поставках астата-211, а также узнать больше о глобальном прогрессе в наших общих усилиях по изучению его химических свойств и возможных терапевтических достижений в области онкологии».

Это новаторское исследование проводится при поддержке Управления науки Министерства энергетики США в рамках Изотопной программы Министерства энергетики США, Техасского университета A&M в рамках программы Bright Chair в области ядерной науки, а также Управления ядерной безопасности Техасского университета A&M в партнёрстве с Лос-Аламосской национальной лабораторией.