一种新的治癌方法正在试验中。“快”中子有可能摧毁某些肿瘤,这最终将冲击传统的癌症放射疗法。

在英国,每年有10万多虽经手术和放疗仍不治身亡的癌症患者。在这种情况下,伦敦的海默斯密斯医院(Hammersmith Hospital)率先进行的一种给人们带来希望的治疗方法即是中子疗法。所谓中子疗法就是用高能的或快速的中子流摧毁癌细胞。医学界对这种疗法的一般评价是:作为一种抗癌疗法,它还有待进一步完善。

通常对付癌瘤的手段是,有规律地运用一种或两种选择性技术(方法的选择视癌瘤的性质和位置而定)进行治疗:外科手术旨在切除癌变组织;化疗是采用特定的药物来灭杀癌细胞;放疗则是借助辐射(如X射线)来杀死癌细胞。一般来说,癌瘤越小,越易对付。此时只要采用上述标准疗法中的任何一项或两项并用都可收到良好的治疗效果。而那些较大的癌瘤,由于它们毗邻于健康组织(骨、血管),所以治疗效果就很差。

就表面情况看来,中子攻癌似乎类同于X射线疗法。这两种治疗方法都是高能电中性辐射束进入人体内,破坏细胞,进而摧毁组织(癌变组织和健康组织同时受损),当然目标是在杀灭癌细胞的同时尽可能少地损伤健康细胞。但是中子与X射线对人体组织发生作用的方式是不同的。正是这种不同使中子疗法具有一些独特的优点。

X射线和中子杀死细胞的方式都取决于放射线的性能和剂量。两种放射疗法中的任何一种,若剂量大都可有效地阻断细胞的代谢进而彻底摧毁细胞;若剂量低虽不足以影响细胞的活性,但也能使其分裂能力受损,众所周知肿瘤细胞就是以繁殖能力快为其特征之一,因此破坏其分裂能力无疑具有重要意义。

细胞分裂的关键是DNA。损伤DNA就破坏了细胞的增殖能力。损伤DNA有两种基本途径:直接断裂原子;间接地通过自由基的化学反应。

X射线是一种电磁放射,这是一种(静态时其质量为零)光子能量束。一个光子在进入人体组织与原子中的电子相撞击后就丧失了本身的能量。正是这种反冲电的带电电子导致了细胞受损。这种电子以撞击电子的方法,轻易地电离了众多的原子,这就搅乱了细胞内部精巧的化学机制。电离过程产生了自由基,自由基能断裂DNA分子链。此外,所释放的高能电子也能通过电离DNA所含的原子直接破坏DNA。

绝大多数细胞均含有约80%的水分。氢氧根(OH)对DNA的损伤可能起着重要作用、譬如,OH能依附于DNA分子,产生一种瞬时自由基,这种自由基又与氧作用生成过氧基,这是问题的关键点:在这一点,不会发生反向作用,不可逆变化的过程随之开始。OH根亦是一种有效的氢结合基,将氢从糖化合物中析出可致DNA链破裂。然而即使化学变化是不可逆的,但损伤本身是可逆的。如用酶切割DNA链上某一段已遭损伤的部分,用一种新材料制成的片断来取代。这种片断是以完整的DNA链为样本制成。大多数这类间接损伤均可由此法修复。

与X射线成强烈对比的是:中子是一种笨重粒子,至少属亚原子级。中子的质量2000倍于电子,中子的大小可测量(尽管其实际精确直径只有10-13厘米)。除氢原子外,中子与质子一起存在于所有原子的核中。

虽然中子本身对细胞不构成威胁,但中子放射所致对人体组织细胞的直接损伤较X射线为甚。中子能与一般有机物组织中的氢原子所独有的质子相撞,并将这些质子朝前推进。中子也可能被重核俘获,这时它就趋于不稳定态,继而放出伽马射线和带正电的重α粒子(氦核)。

正是这些质子、α粒子和反冲核损伤了细胞。由于它们的质量远远大于电了,其运动速度就相应缓慢。这样在很短的区域内就能电离众多的原子——该过程又被称为是“密集离子化”。当α粒子或核子靠近DNA分子,甚至仅当α粒子等经过DNA分子时,都可能电离众多的原子,造成不可逆转的破坏,以致DNA功能丧失,因而也就达到了杀死癌细胞,防止其扩散的目的。

综上所述,可以归结为中子易与单个质子作用,换言之;即中子易与氢核作用。富含氢的物质从中子中获取的能量较其他物质为多。人体的软组织含有大量的水分,因此氢含量也就相当充裕。而人体硬组织(如骨)就缺乏这种条件,这意味着中子可以扎根于癌瘤的空穴处,而不损伤表面骨结构。而X射线更多的是被稠密物质所吸附(这也是X摄片的原理)。

中子也能攻击X射线难以对付的癌细胞。确实,所有的细胞在其休眠阶段(其细胞生命周期中的某一阶段)都对X射线有很高的耐受性。这往往导致了恶性癌细胞幸免生存而最终酿成癌瘤生成。特别是那些生长缓慢的肿瘤,其大部分细胞都处于“休眠”状态,X射线的疗效更不理想。相比较,中子对癌细胞的攻击就更为强烈,使得细胞难以修复。

此外,在许多肿瘤的中心部位有_种“缺氧细胞”。该种细胞能在缺氧的情况下生存、增殖。X射线对“缺氧细胞”的攻击构不成对它的威胁,原因是X射线须与氧一起才能发挥作用。在这方面中子又较X射线为优,中子对缺氧细胞的攻击能力是X射线的两倍。

已有证据表明,中子能有效地治疗某些“耐辐射”肿瘤。譬如,腺癌就对辐射有抗性;肉瘤(骨和软组织肿瘤——如脂肪瘤、肌瘤)也对辐射有抗性。而若采用中子放疗法,则这些耐辐射肿瘤中的70%都能得到局部控制。在这方面中子之所以优于X射线可能是这类肿瘤中的绝大部分细胞均处于休眠状态。

那么,既如上述,中子疗法何以未能发挥其作用呢?首先这要从历史回顾中来分析。X射线用于癌症治疗已有很长的历史,而中子则是1932年才发现。此后不久,加州伯克利的罗伯特 · 斯通(Robert Stone)始用高能中子治疗肿瘤。斯通是回旋加速器的诞生地。通过加速氚核——“重氢”(在其核内、质子与中子结合),再以铍相撞,释放出中子,斯通用这种方法获得了高能中子流,并立即将其用于人体癌症治疗。然而却料不到铸成大错,主要原因是一开始还吃不准用于人体组织的合适的剂量应为多少,给予病人的剂量大大超出了所需的程度,从而使中子疗法声誉大为受损。加之二次大战后,伯克利的科学家转而将中子和回旋加速器用于战争,基本上中断了中子治疗癌症的努力。

直至1950年代,中子疗法才再度受人注息,伦敦的海默斯密斯医院安置了第一台纯粹用于医学研究的回旋加速器。截止1970年,研究人员已经获得了足够多的有关中子对不同组织的效用等方面的资料,并已开始临床应用了。自那时候起,全世界已有20个中子治疗中心相继问世。

就实际情况而言,要成为一种常规而有效的治癌工具,中子疗法还有许多亟待解决的实际问题。其一是中子疗法要配备大型、价格昂贵的加速器以产生辐射流,这对于一般中小医院是难以企及的;其二是,要使中子疗法取得效果,必须使所产生的中子流具有较高的能量。上述的海默斯密斯医院的加速器只能产生能量较低的中子(7.5 MeV)。这种能量的中子只适于治疗体表肿瘤,同时还容易伤及皮肤和正常组织。

针对上述问题,美、英等国已经研制或正在研制新型的医疗用加速器。现今美国已有三台经改进的加速器;英国的Clatterbridge医院的一台加速器可将质子加速到62.5 MeV,用铍靶机撞击可产生30 ~ 40 MeV的中子。这种能量的中子流足以对付体内深部肿瘤。

尽管目前中子用于治疗癌症还处于实验阶段,但作为一种有前途的治疗方法,中子疗法无疑将在肿瘤治疗中发挥重要作用。

[New Scientist,1985年9月19日]