がん治療用の重イオン加速器も完備！丨大国の技術力

監査専門家：羅慧謙

中国科学院物理研究所研究員、科学ライター

最近、重粒子加速器と呼ばれる国産の医療機器が徐々に注目を集め、がん治療の分野で活躍しています。

出典: ヘルスタイムズ

この装置の処理システムは甘粛省武威市に設置され、電磁両立性、性能試験、安全規制、電気安全など1,300以上の部品検査を完了した。加速器、核検出、医療診断・治療などの関連技術を統合し、悪性固形腫瘍の治療に炭素イオンビームを提供しており、現在800人以上の患者に治療を提供しています。では、重イオン加速器とは何でしょうか?このデバイスの国内研究開発の道筋はどのようなものですか?将来、がん患者にどんな朗報がもたらされるのでしょうか？

1重イオン加速技術の起源

がん細胞と戦う場合、誰もがよく知っている治療法は放射線療法や化学療法であるはずですが、従来の放射線療法の光線は目隠しをした「殺人者」のようなもので、正常細胞とがん細胞を積極的に区別できず、人体に入った後無差別に殺してしまいます。したがって、治療効果は、ある程度、実際には「ギャンブル」であり、良い細胞と癌細胞のどちらが先に崩壊するかに賭けることになります。

最も恐ろしいのは、がん細胞が特に粘り強いのに対し、善玉細胞が先に死んでしまうことがよくあることです。しかし、「重イオンビーム」は従来の放射線よりも「賢い」のです。いわゆる「重イオン」とは、原子番号が 2 より大きい原子 (つまり、周期表でヘリウムより重い元素) が電子の一部またはすべてを失ったときに形成される荷電粒子を指します。 「イオンビーム」とは、ほぼ均一な方向と速度で移動するイオンのグループです。

出典: 広東工科大学-イスラエル工科大学

1903年には早くもイギリスの物理学者ウィリアム・ヘンリー・ブラッグとクリーマンが放射能実験中に、荷電イオンビームが物質の奥深くまで浸透した後、その範囲の終わり近くでエネルギーのほとんどを放出し、線量のピークを形成することを発見しました。科学界では、このエネルギー放出のピーク値を「ブラッグピーク」と呼んでおり、中国語では「ブラッグピーク」と翻訳されています（注：これは、X線が結晶によって散乱した後に形成される回折ブラッグピークとは異なります）。

出典：北京西中医院

20 世紀、アメリカのウィルソンは、ブラッグピーク特性を持つ荷電粒子ビームを癌治療に使用できる、つまり放出されるエネルギーを利用して癌細胞を標的的に破壊できると信じていました。そこで1975年から、アメリカのバークレー国立研究所はウィルソンの理論を基礎として、当時のより先進的な加速装置を使ってさらなる臨床検証を行い、大きな進歩を遂げました。

2.国産重イオン加速器への道

20世紀末、海外では重イオン加速器が急速に発展しました。多くの国々による研究の躍進のニュースが、中国の科学者グループの注目を集めている。その一人が、中国科学院現代物理研究所に勤務する肖国清氏だ。インタビューの中で、彼は自分と同僚たちが海外での重イオン加速技術の発展について知り興奮しており、この技術が臨床現場で癌患者の役に立つ可能性が大きく高まったと語った。

出典：人民日報

しかし、上記の結果を達成するにはまだ長い道のりが残っています。重粒子線がん治療プロジェクトは国家の主要基礎研究プロジェクトに含まれていますが、我が国がこの分野に関してほとんど知識がないという事実は変わりません。基礎理論から主要技術、実現可能性の検証や安全性試験に至るまで、研究所の科学者たちは長年を費やし、ついに中国独自の重イオン加速への道を切り開いてきました。

出典: Guangming.com

最も典型的なのはサイクロトロンとシンクロトロンの組み合わせです。この構造は外国の技術的封鎖を完全に回避しており、その円周の短さも世界でも他に類を見ないものです。同じレベルの装置の場合、ヨーロッパの円周は 75 メートル、日本は 62 メートル、我が国はわずか 56 メートルです。現在の研究データによれば、重イオンの相対的な生物学的効果は、従来の光子線の約 3 倍です。そのため、重粒子線はがん細胞に対してより致死的となり、治療回数も減り、治療サイクルも短くなります。

出典：海外医療

従来の光子（X 線およびガンマ線）放射線療法とは異なり、重粒子線は腫瘍細胞を殺すために酸素の存在に依存しません。重イオンは主に高密度の二次電子を電離させてDNAの二重結合を破壊することで癌細胞を殺すため、酸素獲得率が小さく、血液供給が不十分な低酸素性腫瘍の治療に使用できます。

出典：人民日報

3.重イオン加速器のその他の用途

蘭州の重イオン加速器は、がん治療以外にも、さまざまな分野で幅広い市場展望と応用価値を実証しています。このプロジェクトは、国家の主要な科学技術インフラとして、国際的なプロジェクトと比べて決して劣っていません。これは我が国の重イオン物理学と学際的課題の研究にとって大きな意義があり、新しい核種の合成や原子核質量の精密測定において実りある成果を達成しました。

さらに、プロジェクトを推進する過程で、研究者らは超伝導、低温、真空、マイクロ波、精密磁石製造など多くの分野で技術革新を達成し、核医学機器、非破壊検査、環境保護、食品照射処理などの良好な発展の見通しを切り開きました。

実際、多くのハイテク産業の発展は地域に多大な利益をもたらすでしょう。重イオン加速器を例にとると、このプロジェクトの建設は、蘭州に大量の雇用を提供し、地元の人材の就職を助けると同時に、国内外の人材を誘致し、人的資源を蓄積し、蘭州の他の産業にフィードバックすることができます。このプロジェクトは、医療サービスなどの下流産業を牽引し、将来の診断、治療、看護のための人材を提供し、重粒子技術の理論的研究を深めることに貢献します。 21 世紀は科学技術の時代であり、変化の時代であり、そしてさらに重要なことに、私たちの時代です。多くの科学研究者が何十年も黙々と研究を続け、ついにこの国の科学技術事業は繁栄した。将来的には、より多くの分野で技術革新が達成され、人々はより幸せな生活を送れるようになると信じています。