武威碳離子治療系統(tǒng)同步加速器。中科院近代物理所供圖

學(xué)物理的肖國(guó)青沒(méi)想到，自己會(huì)走上一條治病救人的路。

10月10日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布消息稱，肖國(guó)青所在的中科院近代物理研究所及其控股公司蘭州科近泰基新技術(shù)有限責(zé)任公司研制的“碳離子治療系統(tǒng)”日前已獲批第三類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)。

這臺(tái)安裝于甘肅省武威腫瘤醫(yī)院的醫(yī)用重離子加速器，是國(guó)內(nèi)首臺(tái)由國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)注冊(cè)的國(guó)產(chǎn)碳離子治療系統(tǒng)。它的上市，將為中國(guó)部分難治腫瘤患者帶去生的希望。

“腫瘤殺手” ——布拉格峰

重離子是指元素周期表中比氦重的原子，失去部分或全部電子后形成的帶電粒子。重離子束擁有獨(dú)特的物理和生物學(xué)特性，被認(rèn)為是理想的放療用射線。

重離子射線具有獨(dú)特的深度劑量分布，在穿越生物組織的過(guò)程中，重離子束沉積的劑量較小，劑量主要沉積在其射程的末端，形成一個(gè)尖銳的峰，科學(xué)上稱這個(gè)峰為布拉格峰。

“根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們就可以通過(guò)調(diào)節(jié)重離子的能量，讓布拉格峰剛好落在腫瘤的位置，在保護(hù)正常組織和關(guān)鍵器官的同時(shí)，精準(zhǔn)殺滅腫瘤細(xì)胞。”國(guó)產(chǎn)碳離子治療系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院近代物理所研究員肖國(guó)青說(shuō)。

常規(guī)光子放療打斷的是腫瘤細(xì)胞的DNA單鏈，腫瘤細(xì)胞可以很快修復(fù)；而重離子主要是通過(guò)電離形成的高密度二次電子的電離作用導(dǎo)致DNA雙鍵斷裂來(lái)殺滅腫瘤細(xì)胞，生物學(xué)效應(yīng)約比常規(guī)放療高3倍。此外，重離子對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷不依賴于氧的存在，可用于治療一些供血不足的乏氧腫瘤。

“這意味著，重離子對(duì)腫瘤細(xì)胞的‘殺傷力’更大，治療周期更短。”甘肅省腫瘤醫(yī)院副院長(zhǎng)王小虎說(shuō)， “它特別適合于不宜手術(shù)、對(duì)常規(guī)射線不敏感、常規(guī)射線治療后復(fù)發(fā)的部分實(shí)體腫瘤。”

2014年發(fā)表在《放射腫瘤學(xué)》（Radiation Oncology）雜志上的一篇論文指出，碳離子治療對(duì)多種腫瘤的5年局部控制率遠(yuǎn)高于常規(guī)放療。以有著“癌王”之稱的胰腺癌為例，常規(guī)手段的5年局部控制率僅有10~20%，但采用碳離子手段治療時(shí)，這一數(shù)字攀升至66~100%。

由于副作用小，療程短、療效好等優(yōu)勢(shì)，重離子治療能夠?yàn)椴糠蛛y治腫瘤提供新的治療手段，也成為全球放療領(lǐng)域競(jìng)相追逐的前沿和熱點(diǎn)。

醫(yī)療重器的“中國(guó)方案”

1975年，美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用其已有的科研加速器裝置率先開展重離子治療腫瘤研究。上世紀(jì)90年代，德國(guó)和日本相繼開展重離子治療腫瘤技術(shù)和臨床研究，并逐步推廣應(yīng)用。目前，國(guó)際上共有11臺(tái)醫(yī)用重離子加速器在運(yùn)營(yíng)，主要分布在亞洲和歐洲；有5臺(tái)在建設(shè)。全球已累計(jì)治療腫瘤患者約3萬(wàn)人。

2008年，復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院引進(jìn)了1臺(tái)德國(guó)西門子公司的醫(yī)用質(zhì)子/重離子加速器商業(yè)裝置，并于2015年5月投入使用，已累計(jì)治療腫瘤患者約2000人。目前，國(guó)外大型醫(yī)療企業(yè)正在我國(guó)推銷醫(yī)用重離子和質(zhì)子加速器，試圖搶占中國(guó)市場(chǎng)。

但是，進(jìn)口設(shè)備造價(jià)高昂，治療費(fèi)居高不下，更重要的是，中國(guó)高端醫(yī)療器械市場(chǎng)幾乎全被國(guó)外企業(yè)壟斷，這樣的現(xiàn)狀，令中國(guó)科技界感到不安。

“我國(guó)處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，科技服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，打造新產(chǎn)業(yè)是中科院責(zé)無(wú)旁貸的使命。”中科院副院長(zhǎng)張亞平說(shuō)。

自1993年以來(lái)，中科院近代物理所通過(guò)先進(jìn)加速器技術(shù)和核探測(cè)技術(shù)的研發(fā)、重離子束治療相關(guān)生物學(xué)基礎(chǔ)研究以及與相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的臨床前期研究積累，培養(yǎng)了一支高水平的重離子治療技術(shù)人才隊(duì)伍，掌握了相關(guān)核心技術(shù)。

而后歷經(jīng)26年研發(fā)，國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用重離子加速器——“碳離子治療系統(tǒng)”終于問(wèn)世。與國(guó)際上流行的治療系統(tǒng)相比，中科院研發(fā)的碳離子治療系統(tǒng)采用了回旋注入與同步主加速相結(jié)合的技術(shù)路線、電荷剝離注入、緊湊型同步加速器、多治療模式和個(gè)性化治療室布局等獨(dú)特設(shè)計(jì)，突破了國(guó)外產(chǎn)品的專利壁壘，提高了性價(jià)比、降低了運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)重離子治療設(shè)備零的突破。

基礎(chǔ)研究向醫(yī)療器械的跨越

“創(chuàng)新本身就是一個(gè)不確定的過(guò)程，也要承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)。”中科院院士詹文龍?zhí)寡裕敖锢硭亲龊宋锢淼模叩脚R床上去，不是一件容易事。”

如他所言，26年路漫且艱，苦樂(lè)參半。肖國(guó)青等人對(duì)建造大科學(xué)裝置很熟悉，可這次他們要建的裝置關(guān)乎人命，不是普通的科研裝置，裝置建完調(diào)出束流，并不能算任務(wù)完成，還需要按照醫(yī)療器械的要求進(jìn)行檢測(cè)、臨床和審評(píng)審批。碳離子治療系統(tǒng)是核技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展，涉及核物理、加速器、生物、醫(yī)學(xué)、影像學(xué)、電子學(xué)和人工智能等諸多學(xué)科，為此科研人員花了大量時(shí)間去學(xué)習(xí)醫(yī)療器械相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，并貫徹實(shí)施，碳離子治療系統(tǒng)才得以獲批上市。

張亞平認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)碳離子治療系統(tǒng)探索出了一條“基礎(chǔ)研究→技術(shù)研發(fā)→產(chǎn)品示范→產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”的全產(chǎn)業(yè)鏈自主創(chuàng)新之路。而此次獲批醫(yī)療器械注冊(cè)標(biāo)志著我國(guó)有了自主品牌的重離子治療設(shè)備，使我國(guó)高端醫(yī)療器械裝備國(guó)產(chǎn)化邁出了新的步伐。

2016年，中科院設(shè)立“科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化重點(diǎn)專項(xiàng)”（簡(jiǎn)稱“弘光專項(xiàng)”）， 碳離子加速器及產(chǎn)業(yè)化作為首個(gè)項(xiàng)目獲得立項(xiàng)資助，打通了成果最終走出實(shí)驗(yàn)室的“最后一公里”。

“國(guó)產(chǎn)碳離子治療系統(tǒng)的獲批上市，是大科學(xué)裝置回報(bào)社會(huì)的典范，也是基礎(chǔ)研究促進(jìn)科技發(fā)展的典范。”正如肖國(guó)青所說(shuō)的那樣，在高端醫(yī)療器械國(guó)產(chǎn)化的道路上，中國(guó)科學(xué)家還將繼續(xù)前行。

作者：丁佳 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)