原標(biāo)題：“消滅癌細(xì)胞”的“國之重器”

醫(yī)用重離子加速器-同步加速器 近代物理所供圖

■本報(bào)見習(xí)記者 葉滿山

“我怎么也沒想到癌細(xì)胞很快就消失了，特別感謝重離子治療技術(shù)。”來自甘肅省蘭州市的一名癌癥患者張先生告訴《中國科學(xué)報(bào)》，去年經(jīng)專家介紹，他抱著試試看的心態(tài)參加了重離子治療，經(jīng)過幾次治療后到醫(yī)院復(fù)查，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞已經(jīng)消失。這名患者康復(fù)的背后除了與死神抗?fàn)幍尼t(yī)護(hù)人員外，還有一群來自大西北的科學(xué)家。他們?cè)趪H最尖端的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。

2023年，在第三屆全國創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)表彰名單中，就有來自中國科學(xué)院近代物理研究所（以下簡(jiǎn)稱近代物理所）的醫(yī)用重離子加速器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)。

歷經(jīng)30年，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從大科學(xué)裝置到大型高端醫(yī)療設(shè)備的跨越，研發(fā)并建成了我國首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用重離子加速器并投入臨床應(yīng)用，走出了一條從基礎(chǔ)研究到技術(shù)研發(fā)再到產(chǎn)品示范，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣的全鏈條自主創(chuàng)新之路。

從“零”開始，造國產(chǎn)“大飛機(jī)”

1993年，在甘肅省天水市舉行的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，科研人員提出開展重離子治癌技術(shù)基礎(chǔ)研究方面的設(shè)想。

重離子治癌最早由美國人提出并實(shí)施，并于1975年在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室用氖離子治療了第一個(gè)病人。

1994年，日本國立放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所基于美國的重離子治癌研究，開始將千葉醫(yī)用重離子加速器產(chǎn)生的碳離子用于臨床。這是世界上第一個(gè)醫(yī)療專用的重離子加速器設(shè)備。德國也緊隨其后開始重離子治癌的相關(guān)研究，并于1997年開始臨床試驗(yàn)研究。

為何各國都如此重視重離子治癌的相關(guān)研究？因?yàn)橹仉x子治療設(shè)備被稱為“癌癥殺手”。

重離子經(jīng)過加速器加速后會(huì)直抵病灶，然后集中釋放能量，從而達(dá)到消滅癌細(xì)胞的目的。此外，重離子輻射導(dǎo)致癌細(xì)胞DNA雙鏈斷裂的概率更高，更能防止癌細(xì)胞殘留和復(fù)發(fā)，且對(duì)正常組織的毒副作用小，可有效緩解患者放療的痛苦。因此，重離子放療是目前國際上公認(rèn)的先進(jìn)放療方法之一。

如何從“零”快速追趕國外研究進(jìn)展并實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，這對(duì)近代物理所的科研人員來說是極大的挑戰(zhàn)。

“我們那時(shí)已經(jīng)知道重離子治癌是很有用的，但是在1993年，作為科研單位研發(fā)大型醫(yī)療器械是從來沒想過也沒做過的事，相當(dāng)于我們要從‘零’開始造一架國產(chǎn)化的‘大飛機(jī)’?！苯锢硭L、醫(yī)用重離子加速器產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人肖國青告訴《中國科學(xué)報(bào)》，再難啃的“硬骨頭”也要啃下去，因?yàn)樗锌蒲腥藛T為了實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)“零”的突破，都憋著一口氣。

“1995年，重離子治癌項(xiàng)目被納入了國家基礎(chǔ)性研究重大項(xiàng)目——攀登計(jì)劃（B）項(xiàng)目，從國家層面做重離子治療的一些基礎(chǔ)研究，給我們的研究工作帶來了極大的便利?！苯锢硭镝t(yī)學(xué)中心醫(yī)學(xué)物理研究室主任李強(qiáng)告訴記者。

隨即，近代物理所基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL）提供的中能重離子束，開展了放射物理、放射生物學(xué)以及重離子治療技術(shù)的研究和探索。

從1993年啟動(dòng)重離子治療生物醫(yī)學(xué)研究和臨床治療的前期技術(shù)研究后，歷經(jīng)13年，他們終于獲得突破。

2006年，在攻克所有關(guān)鍵技術(shù)以及安全性問題后，中國科學(xué)院院士、近代物理所原所長詹文龍決定率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)前期臨床試驗(yàn)研究。

“我們基于HIRFL提供的中能碳離子束治療了一些淺表腫瘤，以觀察療效如何。”李強(qiáng)表示，這對(duì)于接下來的研究意義重大。

同年，團(tuán)隊(duì)利用重離子治療技術(shù)對(duì)4例癌癥患者進(jìn)行了國內(nèi)首次前期臨床試驗(yàn)研究，使中國成為世界上第四個(gè)成功進(jìn)行重離子臨床治療的國家。

從2006年到2009年，團(tuán)隊(duì)和當(dāng)?shù)蒯t(yī)院合作，共做了103例淺表腫瘤患者的前期臨床試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)療效不錯(cuò)。但重離子治癌的最終目標(biāo)是將重離子按照既定尺寸打進(jìn)身體里，治療深部腫瘤。

2009年基于新建的蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)（HIRFL-CSR），利用其提供的高能碳離子，團(tuán)隊(duì)決定進(jìn)行深部腫瘤前期臨床試驗(yàn)研究。

“從2009年至2013年，共有110例深部腫瘤患者接受了前期臨床試驗(yàn)研究。與此同時(shí)，我們已經(jīng)在做產(chǎn)業(yè)化工作了，打算做一臺(tái)真正意義上的醫(yī)用重離子加速器大型醫(yī)療器械?！毙嗾f。

科研裝置和臨床應(yīng)用的大型醫(yī)療器械完全是兩回事，而首臺(tái)設(shè)備的建設(shè)驗(yàn)證需要在一個(gè)資金、人才都充裕的地區(qū)開展。為此，團(tuán)隊(duì)在北上廣尋找有意向建設(shè)醫(yī)用重離子加速器的單位，但最后都因種種原因沒能落地。

艱難探索，終破繭成蝶

“大型醫(yī)療設(shè)備需要國家衛(wèi)生健康委給醫(yī)院配置許可，需要考量醫(yī)院的資質(zhì)等，而且大型醫(yī)療設(shè)備需要獲得國家藥監(jiān)局的醫(yī)療器械注冊(cè)證，才能應(yīng)用于臨床治療。這就要求科研人員轉(zhuǎn)變思想，從原來的科研設(shè)備研發(fā)轉(zhuǎn)為醫(yī)療器械的研發(fā)與制造?！崩顝?qiáng)說。

重離子治療設(shè)備要求非常嚴(yán)格，再加上此前并無同等體量的國產(chǎn)醫(yī)療器械報(bào)批，因此，從樣機(jī)調(diào)試、設(shè)備檢測(cè)到臨床試驗(yàn)和審批注冊(cè)，幾乎每項(xiàng)工作都在探索中艱難前進(jìn)。

與多家醫(yī)院失之交臂后，作為團(tuán)隊(duì)發(fā)源地的甘肅遞來了橄欖枝。為了讓首臺(tái)國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器成功落地，研究團(tuán)隊(duì)決定將重心移向武威市。

時(shí)間回到2012年，一座大樓孤零零地矗立在一片不毛之地上，這就是武威重離子中心的前身。放眼望去，周圍除了荒漠再無其他，這是近代物理所加速器技術(shù)中心主任楊建成對(duì)這里的第一印象。

“最初工作的地方很艱苦，大家只能睡在泡沫板上。”作為主加速器同步環(huán)總負(fù)責(zé)人，楊建成更多關(guān)注的是如何將基于蘭州重離子加速器的小型化裝置——醫(yī)用重離子加速器裝置在甘肅武威腫瘤醫(yī)院投入臨床應(yīng)用。

電源是否穩(wěn)定、如何糾正指標(biāo)錯(cuò)誤……在安裝調(diào)試階段，問題層出不窮。

以磁場(chǎng)精度為例，磁鐵的參數(shù)要達(dá)到萬分之二均勻度，而當(dāng)時(shí)只能達(dá)到萬分之三。離子在一秒內(nèi)大約會(huì)跑300萬圈，如果精度不合適，每走一圈都偏離一點(diǎn)，300萬圈之后離子早已不知所終。

在武威醫(yī)用重離子加速器項(xiàng)目開工前，日本、德國、美國在醫(yī)用重離子加速器方面已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的布局，所以我國首先要做的就是突破知識(shí)產(chǎn)權(quán)的限制，創(chuàng)造屬于自己的國產(chǎn)化治療裝置。

在團(tuán)隊(duì)成員夜以繼日的努力下，武威醫(yī)用重離子加速器于2015年調(diào)試完成，這標(biāo)志著我國第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用重離子加速器裝置正式落地。

“我們避開了國外設(shè)備的技術(shù)壟斷，設(shè)計(jì)了一套回旋加速器與同步加速器組合的結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)恰好可以縮短整個(gè)加速器周長，達(dá)到56米，而同一級(jí)別的歐洲醫(yī)用加速器周長是75米，日本的周長是62米?！睏罱ǔ筛嬖V記者，細(xì)節(jié)決定成敗，大型醫(yī)療器械建造更是如此。

在武威建成的首臺(tái)醫(yī)用重離子加速器裝置，95%以上的零部件設(shè)備都是國產(chǎn)的，任何方面都不遜色于同類進(jìn)口設(shè)備，而且裝置的報(bào)價(jià)大約只有國外同類設(shè)備的1/3，也不用每年支付高昂的維護(hù)費(fèi)用，因此病人的治療成本將大大降低。

繼往開來，做引領(lǐng)國際的產(chǎn)品

“2006年11月6日，我按下了第一例前期臨床試驗(yàn)研究患者治療的按鈕。2018年11月6日，首臺(tái)國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置開始了第一例患者的臨床治療試驗(yàn)?！崩顝?qiáng)告訴記者，按下按鈕的感覺就像按下火箭發(fā)射鈕一樣。

2019年9月29日，我國首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置——“碳離子治療系統(tǒng)”獲批第三類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)，并于2020年3月26日正式投入運(yùn)營。

截至2023年6月底，武威重離子中心已完成超750例患者的治療，療效顯著。跟蹤統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，46例臨床試驗(yàn)受試者的3年局部控制率達(dá)到84%。

與進(jìn)口設(shè)備相比，國產(chǎn)重離子治療設(shè)備不但具備技術(shù)保障好、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，而且可以提供持續(xù)的技術(shù)升級(jí)服務(wù)。

李強(qiáng)告訴記者，當(dāng)下復(fù)雜的國際形勢(shì)讓他更加明白了實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的重要性。他們不僅要把醫(yī)用重離子加速器做出來，還要做得更好，領(lǐng)先國際。

“目前，醫(yī)用重離子加速器已在莆田、杭州、武漢、南京、長春等地進(jìn)行建設(shè)。其中，莆田項(xiàng)目裝置整機(jī)調(diào)試滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，正在開展設(shè)備注冊(cè)檢測(cè)。武漢項(xiàng)目裝置主設(shè)備已安裝完畢，準(zhǔn)備調(diào)試。杭州項(xiàng)目裝置主設(shè)備已入場(chǎng)安裝?！毙喔嬖V記者，打破國外的壟斷，將醫(yī)用重離子加速器價(jià)格降下來，離不開科研團(tuán)隊(duì)中每一個(gè)人的努力。

“我們團(tuán)隊(duì)目前正在開發(fā)第二代醫(yī)用重離子加速器，從占地面積到耗電量都會(huì)全新升級(jí)，而且價(jià)格會(huì)更低?！睏罱ǔ杀硎荆诙a(chǎn)品的技術(shù)在努力引領(lǐng)國際的同時(shí)，在綠色節(jié)能環(huán)保上也要出彩，其占地面積將是第一代產(chǎn)品的1/3、耗電量是第一代的1/4、國產(chǎn)關(guān)鍵專利技術(shù)達(dá)到23項(xiàng)。這些數(shù)據(jù)的背后是科研人員的付出。

據(jù)悉，目前重離子治療對(duì)大部分實(shí)體腫瘤都有較好的療效，適合不宜手術(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)體腫瘤的治療，如中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、頭頸部和顱底腫瘤、胸腹部腫瘤等。隨著技術(shù)不斷成熟和研究不斷深入，相關(guān)適應(yīng)癥范圍也會(huì)隨之?dāng)U大。

但是，現(xiàn)有設(shè)備還無法滿足我國龐大的癌癥患者群體的需求。因此，由大變小將是未來醫(yī)用重離子加速器發(fā)展方向。只有將價(jià)格降下來，才能真正實(shí)現(xiàn)普惠性醫(yī)療。

“未來會(huì)考慮采用超導(dǎo)的方案，將國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器放置到一個(gè)幾百平方米的房間內(nèi)，讓每一所醫(yī)院都能安置重離子加速器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備造價(jià)和患者治療費(fèi)用‘雙低’。這是我們追求的目標(biāo)?！毙啾硎荆瑥南嚓P(guān)專業(yè)人員的培訓(xùn)，再到將國產(chǎn)重離子加速器推向國際市場(chǎng)，未來還有很長的路要走。

“我希望我國能成為國際上除日本、德國外的第3個(gè)重離子治療技術(shù)研發(fā)中心，在重離子治療技術(shù)上提出更多的國際標(biāo)準(zhǔn)。”李強(qiáng)說。

“我們的目標(biāo)是讓國產(chǎn)大裝置走出國門，實(shí)現(xiàn)國際盈利。將所有的核心技術(shù)都掌握在自己手里，這樣走在路上才踏實(shí)。”楊建成告訴記者。

（中國科學(xué)報(bào)）