周永茂

(中國核工業(yè)集團中原對外工程有限公司，北京 100191)

1 前言

科研成為生產力，既需遵循其轉化的客觀規(guī)律，又受社會條件的影響，難以人為設定期限。與一些近代科研領域中的新技術如計算機技術、生物科學技術、電信技術等相比，醫(yī)學科學中的癌癥治療技術發(fā)展相對緩慢。公元前130—200年Galen已定名那種形為螃蟹腿的浸潤性疾患為“癌”，直至20世紀，治愈癌癥才在發(fā)達國家中成為一種實際的期盼，但現(xiàn)行療法對腦膠質瘤等惡性腫瘤仍束手無策。1936年G．Locher提出了鼓舞人心的中子俘獲療法(neutorn capture therapy，NCT)原理。這種二元靶向治癌新技術促使W．Sweet等神經外科醫(yī)師在1951年實踐了人類首例硼中子俘獲療法(boron neutorn capture therapy，BNCT)對腦膠質瘤的臨床試治。斗轉星移，NCT原理創(chuàng)立已70多年，首例臨床試治距今也已60多年。BNCT既是一個陳年的綜合學科，又是一門悠久的高技術，但迄今仍處于臨床試治階段，未能實施“例行”治療，即掛號—看病，未免令人焦慮與氣餒。原由何在?簡言之，從內部規(guī)律而論，這門技術確實尚未完全發(fā)育成熟:

其一，臨床病例數(shù)。BNCT臨床60多年來全球試治各種癌癥病例共約計千人，年均16．7人。而外科手術醫(yī)治腫瘤，中國西京醫(yī)院近年統(tǒng)計年均萬例。精確放療治療乳腺癌，以中國腫瘤醫(yī)院乳腺中心為例，年超4000例。醫(yī)院內可自備放療機與手術臺，但迄今沒有一家醫(yī)院具備BNCT的中子源。醫(yī)師、護士跋涉千里護送病人到核研中心核反應堆的專用孔道，才能實施BNCT照射。中子源問題可能是影響病例數(shù)的首要問題。

其二，摻硼藥物的性能。BNCT要求藥物靶向腫瘤，并能運輸足量的硼進入腫瘤。靶向的指標就是藥物在腫瘤中與正常組織或血液中的濃度比值，即T/N或T/B＞＞3(T代表藥物在腫瘤中的濃度;N代表藥物在正常組織中的濃度;B代表藥物在血液中的濃度)，但現(xiàn)行藥物在腫瘤中與正常組織或血液中的濃度比值都＜2．4。進入每克腫瘤的10B量平均要求為20～30 μg，現(xiàn)用藥物一般還遠達不到此水平，而且在腫瘤中分布不均。

其三，體內硼濃度測量。BNCT臨床處方劑量，主要根據(jù)治療目標區(qū)的中子照射注量與該區(qū)的硼濃度加以確定。中子注量的估計已發(fā)展到±20%以內，而其硼濃度的測量，一般無法實時取樣測量。只能抽取當時的血樣，通過原子光譜儀等化學分析得到血硼濃度值，然后倒推相應腫瘤中的硼濃度。一般治療計劃計算中取用3，即T/B=3。這種間接推測法，一不能反映目標區(qū)中硼濃度分布的差異，二不能估準該區(qū)的實際硼濃度，造成治療劑量的不定性。

其四，腫瘤的復發(fā)。常規(guī)治療中，腫瘤復發(fā)并不罕見，外科手術切除裕度不夠、放療中射野不準或化療藥性不足，均會產生腫瘤的復發(fā)。尤其是放療中展示了一種“難治”腫瘤種群，即腫瘤中那些乏氧細胞群落，它們不像那些憑籍氧的攝取來迅猛擴展的癌種群，可用常規(guī)放療的增強氧壓力來有效殺滅。它們已不靠氧的給養(yǎng)再分裂，而是處于相對“靜止”狀態(tài)，因而呈現(xiàn)抗輻射特性。BNCT治癌與氧合作用無關，乃是靠核裂變能量沉淀在細胞內來殲滅癌細胞。奇怪的是經BNCT治療后癌癥的復發(fā)，禍根竟出自同一種乏氧癌種群，這就迫使BNCT學界專家深入探究原因何在。

除了上述方面需完善、成熟外，BNCT開發(fā)還面臨社會環(huán)境的負面影響。首先，作為NCT領頭羊的美國，既有NCT原理創(chuàng)始者，又有人類首例BNCT臨床施行者，既有強大的綜合國力，又有專注于BNCT的人才，經歷半個世紀開拓后，居然首先放棄了NCT的臨床試治。這無疑是國際NCT開發(fā)的一個嚴重挫折。其次，BNCT的開發(fā)未能獲得社會力挺，反而受到放療、化療學界某些質疑，得不到持續(xù)、有力的資金支撐。再者，缺乏勇往直前、堅忍不拔的開拓性領導人物，能像美國的W．Sweet與日本的H．Hatanaka等前輩一樣領導NCT學界突破困境。

上述NCT的開發(fā)瓶頸與社會層面的不足沒有抑制人們對根治癌癥的不斷追索，精湛深奧的NCT原理，近代飛速發(fā)展的合成化學和中子、電子技術都在默默地助推BNCT的進展。以下各節(jié)扼要敘述新世紀NCT所取得的實際成就。

2 NCT的臨床定位

2008年佛羅倫薩舉行的第13屆國際中子俘獲療法(NCT)治癌大會上，大會主席、意大利外科醫(yī)師Aris Zonta在開幕詞中宣告:“BNCT確實到了一個新階段。今日，BNCT在頭、頸部復發(fā)性癌，皮膚黑素瘤與肝轉移癌的病例中，似乎是(治療的)唯一選擇?！保?］

BNCT經過60余年臨床實踐，在失敗、爭議與堅持中不斷創(chuàng)新。這種臨床地位的估價，是有充分依據(jù)的，就Aris Zonta所指出的病種而論:

1)頭、頸部癌。頭、頸部癌約占全部癌癥的10%，其中90%為鱗狀細胞癌。據(jù)日本統(tǒng)計，常規(guī)姑息性的放療、化療，對進展性/復發(fā)性的頭、頸部腫瘤，有效率為30%，平均存活期6～10個月。

川畸醫(yī)科大學在2003—2005年間用BNCT治療，總響應率(療法的完全響應 +局部響應)達67%，病人無急性與慢性的正常組織副作用，平均存活期14．3個月。

芬蘭赫爾辛基大學醫(yī)學院利用BNCT首次對不可手術、復發(fā)與局部進展頭、頸部癌患者試治，其有效率為83%。

中國臺灣新竹清華大學與榮軍總醫(yī)院在2010—2011年間，利用BNCT試治10名復發(fā)性頭、頸部癌患者，總響應率為70%。

以上病例表明BNCT是一種有希望的正確選擇。

2)皮膚黑素瘤。皮膚黑素瘤是一種更具侵犯性的疾患，既在就地擴散，同時還在遠處轉移。目前對結節(jié)性的黑素瘤尚無可行療法。日本在20世紀和21世紀交替期間，首先用BNCT對付黑素瘤，結果所有治療區(qū)域都有明顯得益，總響應率90%(完全響應達70%)，毒副作用可以接受，能為患者提供較高的生活質量。阿根廷在21世紀初開始實踐，有效率為69．2%，毒性可接受。

3)肝轉移癌。一般從直腸—結腸轉移到肝的二葉各處的癌癥患者，其年死亡率約為原發(fā)性肝癌的50%，不能用外科手術，不響應化療，因錒類肝炎的風險也不推薦放療。至于肝臟移植，術后復發(fā)率高，一年存活率僅約20%，是外科醫(yī)學上一道長期難題。

意大利巴維亞大學經多年研究，于2001年底開創(chuàng)了肝轉移癌自體移植BNCT試治成功的先河，即患者的患癌器官被切下來，經BNCT照射，于10 h內返回到該無肝患者身上。這個創(chuàng)新技術取得突破性效果，術后10天內患者各種機能不全逐步恢復，7個月后作隨診檢查，全部化驗指標正常，腫瘤標記指數(shù)為負，GEC(galactose elimination capacity，半乳糖清除能力)從術前的63%恢復到73%，CT(computed tomography，計算機斷層掃描)與PET(positron emission computed tomography，正電子發(fā)射型計算機斷層顯像)顯影表明肝中無任何轉移性結節(jié)存在。

上述這些進展都是BNCT臨床開發(fā)前50年所難以想象的，正如國際BNCT前輩、美國俄亥俄州立大學病理學教授R．Barth所言:BNCT的未來將可能會填平那些無論是原發(fā)的，還是復發(fā)的惡變癌癥無法有效治療時留下的深坑［2］。

3 腫瘤復發(fā)的探究

腫瘤復發(fā)是常規(guī)治療中并不罕見的癥候，已成為醫(yī)治惡變癌癥的一只攔路虎。復發(fā)的根源在哪里?迄今仍未有完整的理性剖析與充分的實驗佐證，但是經過幾十年來的探究，在大體上有一個說得過去的想象思路，就是存在著一種難治的細胞，即團塊腫瘤在迅速擴展的癌變中往往會不再需要大量血液供給，在某些區(qū)域僅接受比正常組織還要少的氧。這種竭氧的結果，使那里的腫瘤變得更具抵抗常規(guī)光子與電子的低LET(linear energy transfer，傳能線密度)放療的效應。通常把這種血液瞬時(即氧灌注)波動中，由乏氧條件下形成的腫瘤細胞群落稱為乏氧細胞。擴展中的癌細胞具有高度活動性，因而高度依賴氧的供給，也即有較靈敏的放療效應。而乏氧細胞則相反，對放療不敏感。此外，癌細胞的迅猛擴散，起作用的主要在于一部分分裂細胞群落，但在團塊腫瘤的基底上還存在相當份額的非分裂細胞群落，它是在長期氧擴散與營養(yǎng)受限制條件，即慢性乏氧條件下產生的乏氧細胞，通稱靜息細胞，它沒有細胞活性，但仍具細胞無性繁殖能力。這種靜息細胞不僅抵抗籍氧的放射，而且對化學藥物也同樣不敏感。

當放療對這種乏氧—靜息細胞一籌莫展之際，處于開發(fā)初期的BNCT學者們，從療法機理的角度來闡述NCT優(yōu)于常規(guī)治癌方法。美國麻省理工學院與哈佛大學BNCT聯(lián)合團隊在《BNCT的基礎》一文中述及“NCT的α粒子不需籍氧來提高其生物學效應，即便在有限氧供給下，腫瘤對α粒子仍是極其敏感的。再者，對于腫瘤中的分裂細胞與一大部分非分裂細胞，α粒子與Li離子均能照殺不誤。不像常規(guī)放療那樣憑籍氧的助療，而且只能對付分裂細胞”。確實，人們曾寄厚望于NCT來徹底醫(yī)治癌癥。62年的NCT臨床實踐，在不斷證實NCT的獨特功效的同時，在所試治的病例中，無論是腦膠質瘤還是黑色素瘤，都曾出現(xiàn)復發(fā)的病例。最出人意料的是2001年那位曾用BNCT治愈的意大利轉移性肝癌患者，居然也因腫瘤復發(fā)而在BNCT后44個月因肝內外擴散無法再治而死亡。那么，BNCT病例復發(fā)的根源在哪里?意大利相關學者深入探索后，分析了那位轉移肝癌患者的隨診全過程，認為患者在BNCT后20個月所發(fā)現(xiàn)的腹膜部位的癌癥病灶，起因于患者做肝臟移植外科手術時，肝癌細胞不慎被接種到相應腹膜上，及時采取腹膜患處切除手術后，以后并未再現(xiàn)。而BNCT后的第33個月，即歷時2年9個月，疾患在肝臟內外擴展并且已不可能切除，則歸因于該移植肝臟內潛伏著不到一打(即12個)抵抗細胞，躲過了當時的中子照射，并且在其后擴展。這個推論是根據(jù)人的腺癌細胞在9．8±9．3天周期內得以加倍，在2年9個月后，測得約100 g質量的腫瘤，通過這些數(shù)據(jù)加以估計的。它揭示了NCT病例的復發(fā)根源還是那些抗常規(guī)輻射的難治細胞。難道NCT原理有問題嗎?不，原理絲毫沒有含糊之處。實際上BNCT相關學者30多年來一直在摸索復發(fā)的原因。

日本等國的學者，從細胞實驗中，歸納出一個思路，即團塊腫瘤中存在著分裂細胞、乏氧細胞與靜息細胞。BNCT中，分裂細胞活性能力最強，需攝取足夠的營養(yǎng)，就大量吞服了BPA(boron phenyl alanine，硼籠苯基丙氨酸，一種氨基酸類同物)，被NCT效應殺滅得最徹底;乏氧細胞具有少許活性，能夠攝取就近的BPA，若BPA在腫瘤內分布不均，那么并非所有乏氧細胞都能攝取到BPA，因而攝取量不足或未攝取到BPA的乏氧細胞就能躲過中子照射而幸存下來，成為復發(fā)的一個源頭;那種慢性乏氧細胞即靜息細胞基本上沒有活性，不攝取 BPA，可能成為BNCT后復發(fā)的主要根源。由此觀之，NCT理論找不到缺失，但如何對付這些乏氧細胞呢?相關NCT學者就在激活這些乏氧細胞上下了工夫。日本科學家分別采用煙酰胺(niacinamide，NA)注入腫瘤、適溫加熱所研究的腫瘤，以及煙酰胺與適溫加熱的聯(lián)合方法研究鱗狀細胞癌(squamous carcinoma，SCC)細胞的NCT效應，令人鼓舞的跡象出現(xiàn)了。SCC細胞經上述處理后做NCT照射，發(fā)現(xiàn)腫瘤中的大量乏氧細胞在NA處理過后，一定程度上控制了該腫瘤;照射前平穩(wěn)的低溫加熱，則有效地殺滅了大量的靜息細胞;而NA處理與平穩(wěn)加熱的聯(lián)合方法要比單獨一種處理更有效果。這些成果有力地推進了BNCT的基礎研究與臨床試治，是NCT在21世紀進展的一個亮點，指明了NCT繼續(xù)前進的方向，即如何來搜尋團塊腫瘤中的乏氧區(qū)，并定量它、定位它;如何開發(fā)不僅靶向分裂細胞，同時靶向乏氧細胞的攜帶足量10B的藥物;如何激活腫瘤中的乏氧區(qū)等。新挑戰(zhàn)擺在NCT征程上，一旦逾越，NCT將有望大步從選擇性試治邁向例行性治療。

新世紀的曙光不負眾望。阿根廷的BNCT科學家追根求源，把腫瘤中那種尚未成為分裂細胞但具無性增殖力的細胞群落納入干細胞范疇，通過家鼠面額小囊致癌的模型實驗，研究了BNCT對干細胞早期組織學改變的效應。這項研究識別了包括活性的與非活性的所有干細胞群落，并囊括了連續(xù)的組織中與偶發(fā)的組織中所潛在的小囊壁上以及小囊腫瘤基底處的干細胞，用BNCT加以照射。這項研究解釋了干細胞發(fā)展為癌細胞并增加分裂的一種理念，就是一種干細胞小粒再活化作用后釋放出蛋白酶，這種類胰蛋白酶通過激活了的蛋白酶受體－2(PAR－2)對癌細胞質膜上的活化作用誘發(fā)了腫瘤細胞的擴散。研究結果發(fā)現(xiàn)無論是注入BPA的BNCT實驗，還是未注入硼藥、單用中子照射的實驗都誘發(fā)了這種干細胞總數(shù)的降減，這種降減既發(fā)生于活性干細胞中，也發(fā)生于小囊惡變前組織小囊壁內那些非活性干細胞中。因而可想象為BNCT對攝取了硼的干細胞來說，或許是抑制了類胰蛋白酶的分泌物，受到這種破壞效應的干細胞對抑制腫瘤細胞的擴展有貢獻。此外，經歷BPA－BNCT的小囊干細胞或許遭遇了照射場中BNCT的高LET(α與Li)的硼輻射，再加上那些高LET與低LET的本底輻射，是兩者的直接與間接作用的結果。研究展示了BNCT治療腫瘤除(n．α)的主戰(zhàn)作用的同時，也摧毀了部分未曾荷硼的干細胞。研究不僅驗證了NCT理論的正確性，而且開拓了加強其(n．α)核反應效果的種種外界條件。同時期，日本的BNCT學者開展了利用一種化療靶向藥物(TPZ)，即一種引導性還原化物，作為生物學降低乏氧細胞毒性，施予團塊腫瘤的BNCT實驗，結果證實了TPZ的單次施予以及連續(xù)地施予團塊腫瘤的BPA－BNCT均增強了腫瘤細胞(包括靜息細胞)的治療靈敏性。即便未給予硼化物時，TPZ也增強了腫瘤細胞(包括靜息細胞)的治療靈敏性，這種TPZ的加入用于BPA對靜息細胞表明了一種更明確的靈敏性。最近中國臺灣的NCT學者致力于開發(fā)一種靶向乏氧腫瘤的摻硼藥物，選用一種乏氧標記物即氮咪唑，它會在乏氧環(huán)境中通過酶的居先降減反應交換一種在該細胞內的胺群而加以催化。把氮咪唑連接到PLGA(plymenigzed lacti-glycolic acid，羥基乙酸共聚物)的納米粒子上，功能化為一種特異性的靶向硼載體。期待著這種努力將會把納米粒子輸送到并積聚在腫瘤組織周圍的乏氧區(qū)內。

還有可喜之事是2－氮咪唑已被廣泛應用于高端影像顯示腫瘤乏氧區(qū)域技術的PET試樣中。它可作NCT選擇病人、預估療效的臨床前研究以及臨床照射定位患部、估計劑量之用。

4 硼濃度的定量探測

輻射劑量測定學是單元放射醫(yī)療的關鍵所在，更是二元放療NCT的一個核心技術。NCT根據(jù)CT、MRI(magnetic resonance imaging，磁共振成像術)影像顯示的病灶，來編制對患者的治療計劃，以期設定處方輻射劑量，在治療中以及治療后還需評估實際的治療劑量，便于在隨診中估計治療的預后。

處方劑量主要是設定施予目標組織的中子注量率以及腫瘤組織中的10B濃度。長期的臨床實踐表明，中子注量率的估計，不僅有精細的分隔網格與準確的三維計算方法，更有直接與間接的測量加以佐證，一般誤差可在人為控估之中。而腫瘤組織中硼濃度的定量測量，在臨床治療中是治療計劃軟件必須要輸入的參數(shù)。輸注人體中的摻硼藥物要被腫瘤所攝取，必須通過腫瘤生長中藥物與其生化代謝行程，因此進入細胞的部位、進入的數(shù)量，以及在細胞中的滯留能力都是一個時間的動態(tài)過程，外科醫(yī)師無法在NCT中子照射中，直接提取腫瘤樣品，從速化驗，取得數(shù)據(jù)，只能根據(jù)一定范圍動物實驗，人體中對某種腫瘤、某種藥物所作的體內硼濃度分布的研究與測定歸納出在一定時程內腫瘤對正常組織以及腫瘤對血液中硼濃度比值的變化曲線，在照射治療前、中、后分別抽取患者血液作快速分析，一般以2∶1～3∶1推斷設定該患者的腫瘤對血液(或正常組織)硼濃度比值，以測出的血硼濃度為依據(jù)來推定腫瘤中的硼濃度，并推算其輻射劑量。由于摻硼藥物在組織內的代謝過程是隨腫瘤種類不同、藥物種類不同，以及患者個體的不同而變，現(xiàn)行硼濃度推測方法在臨床造成輻射劑量估計的不定性就可想而知了。以美國麻省理工學院組織的一個國際權威性的BNCT劑量測量學交流組織對施行BNCT臨床試治的7個國家中8個臨床中心的測量狀況統(tǒng)計為例［3］，用標準化歸一基準對各個中心的數(shù)據(jù)做了仔細的分析，發(fā)現(xiàn)各家自行制定的技術規(guī)格書，對大腦最大容許劑量都設定為10 Gy(權重)，而臨床治療中的實際值估計，若以美國勃洛克海汶中心設定為1，則美國哈佛/麻省醫(yī)療隊中心為1．32，芬蘭 VTT醫(yī)療中心為1．43，荷蘭 Petten聯(lián)合治療中心為1．49，瑞典 Studsvik治療中心為1．74，其差異之大，表明BNCT的劑量測定學急需改進，并予歸一。

在估計體內硼濃度分布的測量方法上，進展也是明顯的?；A研究中，常用經跡刻觸技術的物理測量法，即取樣含硼的組織、血液經中子照射產生10B(n．α)7Li，反應后，用明膠制成切片，用顯微鏡直接觀察核反應產物α粒子在組織內遷移的經跡。用同一切片上單是組織結構的顯微照片做精準的重疊，就能確定α粒子對組織結構的關聯(lián)，反推算出反應的強度與10B的數(shù)量。這種方法用0．5 mg液滴就能探測ng量級的天然硼含量，其靈敏度是可用的，但操作工序繁多，從切樣到探測耗時個把小時，不適合臨床治療之需。

臨床較廣泛采用的是等離子體原子光譜分析法，如 ICP－AES(inductively coupled plasma －atomic emission spectroscopy，電感耦合等離子體—原子發(fā)射光譜儀)，即取樣含硼的組織與血液，經硝化等處理，測量樣品的等離子體火焰中與硼元素相對應的光譜發(fā)射線強度，推算出樣品中的硼含量。如荷蘭Petten核研中心BNCT臨床應用的ICP－AES，約花20 min時間，就能在1 mg樣品中獲得≤1 ppm10B的探測極限。

類似的方法中，也有采用ICP－MS(inductively coupled plasma-mass spectroscopy，電感耦合等離子體一質譜儀)法，探測血液中BPA的濃度時，測量容積要求比ICP－AES更少。此外美國俄亥俄州立大學使用DCP－AES(direct current plasma－atomic emission spectroscopy，直流等離子體—原子發(fā)射光譜儀)法，可探測許多具有不同化學結構的化合物，制樣不需要高溫、高壓等易爆設備，還避免硝化過程操作的復雜性，大量樣品能在短時間內方便地制備。在濃度達到每mL中25 μg硼的肌肉、血液與腫瘤組織等樣品中，均可測得μg量級的硼。

種種化學測量方法，一般都會破壞樣品，測量程序多重，耗時幾十分鐘，難以在臨床測量中使用。

效能更高的核測量法因臨床之需產生了，它可直接抽取微量組織或體液樣品裝入小罐內，用氣動傳輸系統(tǒng)快速到達核反應堆內照射，利用(n．α)核反應所瞬發(fā)的470 keV能級的γ射線，把樣品打回到高純鍺γ譜議上，分辨其能量、探測其強度，就能推算樣品中硼濃度的數(shù)量。例如美國MITR－II研究堆，建立了一套瞬發(fā)γ中子活化分析系統(tǒng)，提供了一條能域為0．06±0．01 eV相對純的中子束，樣品注量率為 3．5 ×106cm－2·s－1，使用 3 ～5 mL 樣品，就可獲得＜0．5 ppm的10B濃度。

這種核分析方法可與患者在堆上作BNCT照射時的中子注量同步測量，時間上、精確度上都滿足了臨床需求。

歸根結底，上述物理測量法、化學測量法以及核測量法只能提供一個時間點、一處取樣點上的硼濃度數(shù)值，不能完全解決BNCT治療腫瘤時估算輻射劑量的四維問題，即腫瘤組織代謝過程不同區(qū)域內的硼濃度定量值，以及不同區(qū)域內腫瘤對正常組織、腫瘤對血液中的硼濃度定量比值。只有完全掌握這些信息，治療計劃軟件才能有效地設定處方劑量，同時可以預測患者的治療預后效果。得益于計算機斷層掃描影像醫(yī)學的興起，這種近乎理想的探測要求在20世紀后期漸見端倪。

首先是CT與MRI的問世。它們避免了X光透視在內部組織分辨率低、成像模糊、對一些腫瘤難以確切判斷等缺點，提供具有高分辨率的斷層切面圖像，并可繞過厚厚的顱骨，清晰展示腦組織的結構。對MRI技術而言，它是一種非侵襲性的檢查，不斷加大儀器的磁場強度就可用于探測包括腦疾、主動脈瘤、主動脈瘤夾層動脈瘤、動脈閉塞、周圍血管疾患等癥。在BNCT應用上，它們解決了腫瘤擴展形態(tài)、分布范圍等三維度量問題，但還不能提供根本的藥物在組織內代謝的信息。

SPECT(single photon emission computed tomography，單光子發(fā)射計算機斷層掃描儀)技術的出現(xiàn)帶來了希望。這種單光子發(fā)射計算機斷層掃描技術，是用諸如放射性藥物99m43TC輸入人體，在其所親和的組織或臟器上，通過發(fā)射的高能－β粒子，與其所附著的機體產生核反應，即同核異能遷躍，激發(fā)出γ光子。這些藥物或聚集在器官內，或參與體內某種代謝過程，再對器官組織中放射性物質的濃度分布和代謝活動進行成像，不僅可獲得解剖圖像，還可取得生理、生化、病理過程以及功能改變的圖像。這種放射性藥物在體內的全身吸收劑量僅為0．03 mGy，比體外 X－CT的每一斷面劑量為1～4 mGy少兩個數(shù)量級。雖然SPECT技術在探測腫瘤的靈敏度與特異性上比CT、MRI更優(yōu)越，但其空間的分辨率低，單光子記錄易受環(huán)境干擾，仍不宜在BNCT中使用，直至PET技術成功實施才達到完美程度。

PET技術，即正電子發(fā)射斷層掃描技術。它發(fā)射正電子的放射性同位素，一般為18F，所標記的藥物通過靜脈注入人體后，發(fā)射的正電子與鄰近組織的負電子相結合，隨即放出能量相同、方向相反的2個γ光子，即所謂正電子湮沒過程。利用符合電路同時探測這兩個γ光子，以獲得真實的信號。環(huán)境本底等干擾不可能正好產生2個方向相反、能量相同的光子，因而這種技術降低了噪聲、提高了圖像品質，其分辨率可達3 mm。利用PET檢查腫瘤，可以分辨CT、MRI難以辨認的病灶，還能判定那些被治療殺滅的組織、復發(fā)或是新生的癌組織，判別的準確度＞90%。用于PET探測的18F量也是極低的，一般為10－9～10－12mol的數(shù)量，一次檢查的輻射吸收劑量與一次X光胸透相當。這正是NCT輻射劑量測量等所迫切期盼的。

20世紀末，首先由日本學者Fukuda H提出了應用BPA藥物的PET掃描觀察藥物在腫瘤中的作用及其定量。接著，日本學者IShiwata K等研究了18F對BPA的氟化作用。最終由日本學者Imahori Y建立了18F－BPA－PET的臨床應用技術體系［4］。

進入21世紀時，BNCT已能把18F－BPA－PET技術，說得確切些就是18F－L－BPA－f－PET技術，即把18F標記在BPA的對映異構體的正位，左映并作葡萄糖處理的P－L－BPA－f上，較多地應用在腦膠質瘤、皮膚黑素瘤、頭頸部腫瘤以及其他一些腫瘤的臨床試治上，無疑是BNCT技術的一大躍進。這項技術對BNCT的貢獻如下:

1)使BNCT試治邁向個體化治療，逐步避免個體患者在輻射劑量測量上取用通用輸入數(shù)據(jù)的弊端。

2)能準確辨認諸如惡性腦瘤等CT、MRI難以判斷的腫瘤病灶，并能顯現(xiàn)其惡變程度。

3)定量顯示(不需要組織取樣)人體組織、體液中的10B濃度，并能給定研究時段腫瘤對正常組織的10B濃度比值。

4)對就診的患者，在BNCT前每人做一次微量18F－BPA－PET研究，用于:a．判斷患者是否適合NCT治療，作科學刪選，并合理利用醫(yī)療資源;b．凡適合NCT的患者，可預告治療功效及治療預后;c．納入治療的患者，根據(jù)PET研究資料編制個人治療計劃的種種輸入數(shù)據(jù)，包括設定照射光圈尺度，照射場與病灶距離、方位，照射場強度與照射場照射次數(shù)，照射時間，以及治療效果評估;d．利用專門藥劑，顯示腫瘤乏氧區(qū)的狀態(tài)。

5 靶向藥物的開發(fā)

迄今，作為BNCT二元療法中重要的一元——摻硼藥物，在臨床應用中表現(xiàn)尚不盡人意。臨床試治中的輻射壞死或腫瘤復發(fā)等問題無不與注入的硼藥物相關。BNCT對摻硼藥物的基本要求包括:

1)治療量要足夠，即每克腫瘤組織至少攝取10～30 μg10B，并對應于一個腫瘤細胞至少含有109個10B原子。

2)靶向性要強，即腫瘤對正常組織的硼濃度比值(T/N)以及腫瘤對血液的硼濃度比值(T/B)＞＞3。

3)藥物(在腫瘤內分布應均勻)進入腫瘤細胞應能滯留在胞質、胞核內，而在正常組織與血液內循環(huán)的硼應盡快從體內清除。

4)藥物不僅在分裂的腫瘤細胞內高攝取，更能被種種乏氧腫瘤細胞所攝取。

5)無全身毒性。

現(xiàn)行臨床應用藥物主要有2種，而且已由美國FDA(Food and Drug Administration，食物與藥物管理局)批準為NCT臨床試治藥物。

一種為BSH，一種巰基多面體硼籠化物。日本較長時間將其用于腦瘤的熱中子照射臨床試治。由于陰離子多面體硼烷籠對腫瘤細胞的膜與質無生物活性可言，一方面，這種硼烷籠化物被認為是無機材料，其三維構造并不具有任何生物相容性，其T/B＜1，平均為0．6。另一方面它能強制地進入腫瘤細胞并滯留其中是通過其硫化物群的活性像“空間梭子”那樣打進去的。這個巰基鍵重要的作用在于這種毒性以及無一腫瘤特異性。BSH是水溶性的，目前僅用于治療腦瘤，仍與BPA一起聯(lián)合使用，因為它能適應腦的“血腦屏障”作用，保護正常組織。

另一種為BPA，一種二羧硼基苯丙氨酸，現(xiàn)被廣泛用于NCT的腦膠瘤、黑素瘤、頭與頸部腫瘤，以及肺、肝等臟器癌癥的試治。由于它是一種氨基酸的類同物，靶向性較強，但僅是其對映異構體中P－(對位)，L(左映)的 P－L－BPA比起 m －(中介)、O－(正原)的異構體及D－(右映)對映異物體m－D－BPA或O－D－BPA，才更具生物活性。因為P－L－BPA去除了消旋產物，獲得癌細胞選擇性更強的純BPA。BPA的T/B一般不大于2．4，它不能傳輸足量的硼到腫瘤。多巴是一種用于黑素合成的物質，研究發(fā)現(xiàn)BPA的一種可貴特性，即在治療黑素瘤上，具有L－多巴的P－BPA在黑素瘤細胞周圍就能參與黑素的代謝路線，使P－BPA特異性的聚集在腫瘤細胞內，形成NCT治療黑素瘤的較理想藥物。

那么，如何開發(fā)新的靶向藥物呢?就好比說，想把高爆力的彈頭瞄向目標(腫瘤細胞)，就需要高效的運載工具(摻硼藥物)，才能把高爆彈頭準確無誤地靶向目標內引爆。腫瘤細胞攝取硼化物存在兩種不同的機理，一種為生物物理攝取，另一種為生物化學攝取。人腦存在的血腦屏障生理現(xiàn)象就是生物物理攝取的典型例子。水性物質受腦抵制，進不到腦組織中，腫瘤組織為了迅猛擴展，急需補充營養(yǎng)，弱化了這種屏障作用。人們據(jù)此制備具水性摻硼藥物，輸入腦瘤組織的同時保護了正常腦。BSH就是遵循這種生物物理攝取機理而開發(fā)的一種藥物。生物化學攝取機理是一個較為復雜的過程，摻硼藥物要在腫瘤組織形成與擴張中參與其蛋白質的合成，在其生理代謝進程中被攝取。據(jù)此，人們開發(fā)了各種硼載荷的靶向藥劑(見圖1)，它們包括如BSH與BPA那樣的低分子量硼化物、摻硼的肽、抗體碎片與各種蛋白質、完整的抗體與基于抗體的結合物以及脂質體。由圖1可知不同藥劑的分子量差別達到好幾個量級。

對超越現(xiàn)行BPA與BSH藥物的研究與開發(fā)歷史已有20余年之久，值得一提的是美國俄亥俄州立大學病理學系的R．Barth教授領導的NCT團隊［5］。他們分析了一種藥物可能靶向的靶體——EGFR(epidermal growth factor receptor，上皮生長因子受器)。它存在于腫瘤細胞外面，由糖基化區(qū)所組成，并扎接在細胞外的配位體上，負責原生的與調整中的細胞內信號的發(fā)出，對細胞生長、復制與分化具有調整功能。

人體不同臟器的腫瘤組織中不同程度地存在著這種上皮生長因子受器的表達。例如，頭與頸有EGFR表達的腫瘤百分比為80% ～100%;結腸為25% ～77%;胰腺為30% ～50%;肺為24% ～89%;食管為 43% ～89%;腎細胞為 50% ～90%;前列腺為65%;膀胱為31% ～48%;宮頸/子宮為90%;卵巢為35% ～70%;乳房為14% ～91%;GBM(腦膠質細胞瘤多型體)為60%。

在人腦膠質瘤中的原型EGFR是超表達的，但正常腦中的表達頗低。在人腦膠質瘤中的變異型EGFR(EGFRⅧ)的表達為60%，而正常腦中則無此表達。

據(jù)此，他們研究合成了3項靶向腦膠質瘤的EGF(epidermal growth factor，上皮生長因子)傳輸硼的新藥劑:靶向EGFR的單克隆抗體摻硼生物聯(lián)接劑，它能同時靶向原型的以及變異型的EGFR抗體，C225－G5－B1100;靶向EGFRⅧ的單克隆抗體摻硼生物聯(lián)接劑——L8A4－BD;靶向 EGFR的與 EGF配位的摻硼生物聯(lián)接劑——EGF－BD。在傳輸方式上也改變了過去的靜脈內和動脈內的施注，采用生物液體滲透泵直接注入腦內的循環(huán)增強施輸(convection enhanced delivery，CED)技術。它的優(yōu)點在于旁路了血—腦屏障與血—瘤屏障，允許較高的腫瘤藥物濃度，以及降低藥物的全身毒性。

新藥物對實驗鼠的效果是極其明顯的，不同藥劑與不同施輸方式下情況具體見表1和表2。

表1 硼濃度的體內分布Table 1 Boron concentrations and physical radiation doses delivery

表2 存活時間Table 2 Survival times

經過動物實驗長期研究，這些NCT腦瘤新藥物效果卓著。但由于種種原因，迄今尚不能應用于臨床，可能在人腦的直接施輸上尚有諸多難題有待一一克服。

另一種新型高效硼藥劑是瑞典等國研究開發(fā)的脂質體。靶向腫瘤細胞上葉酸鹽或是上皮生長因子受器配位體的配位脂質體可攜帶大量的硼原子。脂質體是指直徑為20～30 nm有膜包覆的泡或囊體，它是人工制成的，將水溶液加在磷脂凝膠中，構成雙層球體，囊與細胞相似，可嵌入活細胞內。脂質體早已被嘗試用作化療藥劑的傳輸運載工具。在全身施注時，這種首型脂質體迅速被體內免疫系統(tǒng)與網狀內皮系統(tǒng)所攝取，為避免這種干擾，已開發(fā)出實體穩(wěn)定的脂質體，即采用聚乙烯二醇一鏈黏聯(lián)在脂質體表面實現(xiàn)實體穩(wěn)定化。21世紀初首次報導了用葉酸鹽或上皮生長因子作為配位體的摻硼栓入性配位脂質體的研究。迄今，研究的可能是配位脂質體的一些靶向膠質瘤等相關的受器以及腫瘤抗原［6］。它們可表述如下:

1)由癌基因編碼的超一表達受器，例如，膠質瘤、膀胱癌以及某些鱗狀細胞癌中超表達的EGFR(ErbB1)。

2)少數(shù)與腦膠質瘤相關的變異性受器(EGFRⅧ)，諸如抗體分子的免疫體(整個抗體或其碎片)等被截短了的受器。

3)一種可能的關于膜表達的癌基因產物——HER2(ErbB2)。

4)一些人腫瘤中被放大的葉酸鹽受器(folate receptor，F(xiàn)R)。

5)在膠質瘤中集中的血小板—衍生物生長因子受器(platelet derivation growing factor receptor，PDGFR)。

6)在膠質瘤中諸如腱生蛋白表達腫瘤特異的抗原決定部位——細胞外面的基體成分。

7)在神經內分泌腫瘤中高度表達的促生成素抑制劑受器。

8)淋巴瘤中簇群決定素抗原。

9)諸如癌胚胎性抗原(cancen embryo antigen，CEA)的幾種細胞表面腫瘤抗原。

10)一旦惡變的肽暴露于細胞表面而通過主要的組織相容性復合物(major histocompatibility complex，MHC)類別I與類別II抗原。

日本德島大學的學者開發(fā)了包埋BSH的脂質體硼運載系統(tǒng)。根據(jù)BSH毒性低、具水溶性等特性，合成了封閉的、具有B12H11S組成部分脂類的脂質體，直徑為100 nm的單層粒子(DSBL(1C)－25%)。它能在注入組織后3周內消除掉，不會集積在肝、脾上。對家鼠的實驗表明，中子照射2周后，用此藥物的鼠其腫瘤容積僅為控制鼠的約20%。

各種配位脂質體摻硼藥劑也被期待早日用于人的臨床試治。

更令人期待的途徑可能來自納米技術，即必須使用作為“知能”藥劑運載系統(tǒng)加以開發(fā)的靶向與特制的納米粒子。例如同時載有抗癌藥劑與一種對照劑的納米粒子已經表明改進了治療腦癌的靶向性及其影像顯示。更值得關注的是意大利學者Mortensen等在2006年發(fā)布的一項最近研究，提出了一種假設，即碳化硼納米粒子的特定表面的修飾會允許它們使用于并開發(fā)為引導T－細胞的BNCT［7］。這就點到了問題的核心所在，一旦BNCT對腫瘤的干細胞有效，人類根治腫瘤的奢望就會在BNCT上見到曙光。

2006年美國的一些有識之士在米蘇里大學設立了國際納米與分子醫(yī)學研究所，舉起“振興美國BNCT研究”的旗幟，集合各路相關人才，利用該大學醫(yī)學院、核工程系、MURR研究堆(10 MW)、獸醫(yī)學院以及愛達荷國家實驗室的協(xié)作，制定了一項強力化學研究大綱，包括納米科學、化學、藥物學、影像學、化學生物學、輻射生物學、計算機化學等。通過各種納米候選藥劑的生物分布研究，對結果理想的新型摻硼藥劑進行小動物試治。凡評估研究中功效卓著者，將在別處做大動物實驗，最終進入人的臨床試治。

盡管迄今尚無一種新的靶向藥劑可用，但從發(fā)展趨勢估計為期不會過久。

6 中國的狀況

中國臺灣新竹清華大學配備了一支專業(yè)齊全、敬業(yè)的BNCT團隊，1999年在其開式游泳池研究堆上建立了首條超熱中子束裝置，從事細胞與小動物的NCT基礎研究。2004年提高了堆功率(2 MW)，改造成新的超熱中子束裝置，開辟了較寬敞的治療人的照射室，并與臺北榮軍醫(yī)院(協(xié)同)于2010年8月11日至2011年8月8日期間，對10名復發(fā)性頭與頸部癌患者作了BNCT臨床試治。在進行療后隨診評估中，經歷10年開發(fā)、自行編著的18FBPA－PET基的治療計劃THORplan同時應用于臨床，并指導著臨床試治的全過程。這是國際上繼美國(2家)、日本(2家)、瑞典(1家)、歐盟 －荷蘭(1家)、芬蘭(1家)、捷克(1家)、意大利(1家)和阿根廷(1家)共10家之后第11家BNCT治療中心。該團隊還嘗試開發(fā)了一些靶向腦癌、肝癌等的摻硼化物藥劑，近期他們正選用氮咪唑作為乏氧標記物，開發(fā)針對腫瘤乏氧區(qū)的親水性PLGA納米粒子摻硼藥劑。

中國大陸涉足NCT將近20個年頭，其發(fā)展歷程亦反映了當前經濟社會發(fā)展的一些特色。在較長時期中，國家僅在有限環(huán)節(jié)作了疏通，并無實際資金投入，這無疑成為了BNCT這門多學科交叉、多技術集成的高科技的開發(fā)瓶頸。在改革開放的大環(huán)境中，在建設科技創(chuàng)新國家的號召下，公立科研院所的技術與民營資金相結合，2010年初，在北京建成了世界首座BNCT專用核反應堆中子源裝置(IHNI－1)，功率僅30 kW。這套裝置以相當于一套高檔醫(yī)療影像診斷(治療)儀的價格，花約2年時間，就能在醫(yī)療中心(或醫(yī)院)建成，并可由醫(yī)師自行操控與運作，就地接治病人。它配備了2條不同能域的照射束裝置，既可進行細胞小動物實驗，也可對人體淺表部腫瘤患者以及較深臟器病灶患者同時照射。

IHNI－1的建成，拓展了 BNCT的治療場所。除了可以設置在現(xiàn)今為數(shù)寥寥的、僻遠的國家核研究中心外，也可在較發(fā)達的省、市醫(yī)院內設置，能夠極大地擴展BNCT的治療病例。一旦正在國際上開發(fā)的加速器基中子源能夠應用于臨床，則更可在地區(qū)和縣城醫(yī)院加以配設。此時，只要其他條件具備，就中子源而言，能在較廣范圍實現(xiàn)個性化與例行性的BNCT治療。

在開發(fā)IHNI－1的同時，還編成了MCDB－II治療計劃軟件系統(tǒng)。用 CT片同樣網格對比，MCDB－II與通用MCNP－5的計算結果吻合得好，而計算速度則提高了2．8～4．3倍。

位于中國西部的西京醫(yī)院與西北核技術研究所BNCT團隊擅長NCT照射束的原理設計，并在較長時間內開展了對87U，251U和44SnG的BNCT細胞響應研究，目前正計劃著手BNCT的膠質瘤干細胞響應研究，以及BNCT與其他模式聯(lián)合的抗血管治療的動物研究。

中國東南部的蘇州醫(yī)學院BNCT團隊有完善的生物細胞實驗研究資源，其長期目標是高度惡性腦膠質瘤的BNCT，尤其關注膠質瘤的干細胞。腦膠質瘤學的前輩杜子威教授尚擬對NG2為標志物的干細胞群落，采用單克隆抗體+BPA+上皮生長因子構成一個結合體的藥劑進行BNCT的功效研究。此外，蘇州醫(yī)學院團隊還籌劃進行BPA的黑素瘤NCT臨床實踐。

北京的BNCT群體，包括中國核工業(yè)集團的中原對外工程有限公司與中國原子能科學研究院、北京凱佰特科技有限責任公司(含IHNI－1)、北京應用物理與計算數(shù)學研究所(含MCDB－II)以及北京友誼醫(yī)院、北京天壇醫(yī)院、北京協(xié)和醫(yī)院、核工業(yè)北京401醫(yī)院等。在北京市科學技術委員會專項基金支持下，友誼醫(yī)院開展了采用葉酸包覆的硼化物脂質體對乳腺癌細胞BNCT效應的臨床前研究，取得初步結果;天壇醫(yī)院獲得同樣支持，計劃用BPA對小鼠、裸大鼠以及比格犬作藥物體內分布和NCT影響的臨床前研究。此外，申請國家自然科學基金資助的項目有北京協(xié)和醫(yī)院用葉酸包覆的硼鈷納米粒子等藥劑對無功能腦垂體腺瘤作NCT臨床前的相關研究，還有核工業(yè)北京401醫(yī)院采用BPA對黑素瘤細胞與小動物的響應實驗研究。

為佐證并核驗臨床前的動物研究與人的臨床治療功效，中國原子能科學研究院的物理學家用串列加速器引出的7Li離子模擬(n．α)核反應對細胞的能量沉淀效應，開展了一系列機理性試驗研究。

上述努力僅是起步性的，還不是很穩(wěn)定，但它們填補了中國大陸B(tài)NCT實踐的空白，并指向臨床目標。可予期盼的，整個過程或許會因BNCT專項納入國家科技發(fā)展規(guī)劃才能穩(wěn)步前進，才會有所發(fā)明，有所創(chuàng)造，并對國際BNCT的進展作出貢獻。

［1］Aris Z．BNCT:a new option against cancer(president’s address)［C］//Proceeding of 13th ICNCT．Florence，Italy，2008:5 －6．

［2］Barth R F．What is the future for BNCT［C］//Proceeding of 13th ICNCT．Florence，Italy，2008:133－137．

［3］Kent J R．Collective analysis of clinical outcomes:globally advancing BNCT［C］//Proceeding of 13th ICNCT．Florence，Italy，2008:132．

［4］Hiroshi F，Jun-i H．BNCT for malignant melanoma and head and neck cancer:from developmental stage to clinical trial［C］//Proceeding of 13th ICNCT．Florence，Italy，2008:68－70．

［5］Yang W，Barth B F，Wu G，et al．Molecular targeting of the epidermal growth factor receptor for BNCT of brain gliomas［R］．Ohio，USA:The Ohio State University，2011．

［6］Carlsson J，Erika B K，Jacek C，et al．Ligand liposomes and BNCT［J］．Journal of Neuro-Oncology，2003，62(1/2):47 －59．

［7］Luigi M，Anna F C，Teresa C，et al．Boron carriers for BNCT:state of the art new perspectives deriving from nanotechnology［C］//Proceeding of 13th ICNCT．Florence，Italy，2008:233．