CN116036317A - 氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮‑15标记化合物在制备质子放射治疗的氮‑15药物中的应用，属于核技术医学应用领域。该氮‑15标记化合物，无毒副作用，肿瘤细胞对其摄取具有特异性，能够在肿瘤细胞内产生区别于肿瘤部位正常细胞内的氮‑15浓度比，从而可以获得更大的质子诱导氮‑15发生细胞水平核反应的截面，对肿瘤细胞的杀伤效率更高，有助于缩短治疗周期，从而缩短正常细胞被质子照射的时长，进一步降低对正常细胞的放射损伤。采用的质子束技术成熟且临床应用广泛，相较BNCT方案中的热中子源，设备建设成本更低，应用场景更广泛。
Description
技术领域
本发明属于核技术医学应用领域，具体涉及一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用。
背景技术
癌症是全球第一大死亡原因，极高的增长人数，大量的患病人群，较高的死亡率，可见癌症对人类生命健康的影响不容小觑，人们亟需高效、副作用小且成本低的治疗药物。目前，大约70％的癌症病人在治疗癌症的过程中需要用放射治疗，约有40％的癌症可以用放疗根治。放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出。
不过随着放射治疗学的发展，因放疗所致的各个系统的并发症也越来越多，放疗的非靶效应引起的放射损伤限制了肿瘤的放疗。因此，在肿瘤放射治疗中也必须考虑对正常组织器官的损伤防护。现有技术中粒子束放疗技术的发展，比如质子治疗和碳离子治疗，由于这些离子在物理性质上的不同优势，它们在生物组织中的分布及生物学效应也不同，它们对目标区域以外的正常组织损伤显著降低。相比碳离子和α粒子，质子的生物学效应仍显不足。
在粒子束放射治疗中，除了使用上述提及的带电粒子，还可以使用不带电的中子。硼中子俘获治疗技术(Boron Neutron Capture Therapy，简称BNCT)是近年来国际肿瘤治疗领域新兴快速发展的精准诊疗技术，已在全球上千例临床上证明有显著可靠的疗效。然而，BNCT研究所需要的中子源需经核反应堆产生，然而反应堆存在核安全、核扩散、高放射废料、造价昂贵、社会成本高昂、体积庞大等无法医疗普及的弊端，导致临床应用受限。尽管加速器驱动中子源的发展使得BNCT技术可以实现医学转化应用，以及对BNCT方案中的中子品质要求不再那么严苛，但是相关装置仍然花费巨大，阻碍了BNCT技术的推广。另一方面，热中子和极热中子的穿透能力较差，没有布拉格峰效应，大大限制了BNCT方案的应用场景。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用，配合该标记化合物应用的质子束成本较低且临床应用广泛，能够避免传统硼中子俘获治疗中需要产生热中子的高成本和复杂过程。
本发明的第二目的在于提供一种质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物，该氮-15药物或氮-15药物组合物是以质子诱导氮-15发生细胞水平核反应显著提升质子放疗效果，对有氮-15聚集的肿瘤细胞实现高效、精准杀伤，与传统的质子放疗相比，能够缩短治疗周期，以降低对正常细胞的放射损伤。
本发明通过以下技术方案实现：
一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用。
一种质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物，包含所述的氮-15标记化合物。
一种治质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物的使用方法，包括：
将氮-15药物或氮-15药物组合物与肿瘤细胞特异性结合后，利用质子束照射肿瘤组织处，以在细胞水平发生质子与氮-15的核反应。
作为优选地，所述细胞水平的质子与氮-15的核反应公式为：
其中，
是入射的质子，
是以药剂形式进入并在肿瘤细胞中聚集的氮-15。
由于肿瘤细胞对氮-15标记化合物摄取具有特异性，质子诱导氮-15发生核反应，释放出5.0MeV的能量。所释放出的能量由12C(碳离子)和4He(α粒子)携带，它们在细胞内沉积能量时，会破坏肿瘤细胞的DNA从而杀死肿瘤细胞。
该氮-15药物或氮-15药物组合物能够实现高效杀伤肿瘤细胞，是通过诱导氮-15发生核反应将质子转换成生物学效应更强的碳离子和α粒子实现的，提高了质子放射治疗对肿瘤细胞的杀伤效率，从而缩短治疗周期。
该氮-15药物或氮-15药物组合物能够实现精准杀伤肿瘤细胞，是通过氮-15在肿瘤细胞聚集而在正常细胞内分布较少实现的，诱导氮-15发生核反应主要在肿瘤细胞中发生，从而降低对正常细胞的放射损伤。
与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：
(一)本发明提供了一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用，其是在对患者的肿瘤部位进行质子放射治疗时，首先将肿瘤细胞特异性摄取的氮-15标记化合物注入患者体内，从而实现氮-15聚集在所述部位的肿瘤细胞内，而在所述部位的正常细胞内分布较少。接着利用质子束对患者的肿瘤部位进行放射治疗。在质子放射治疗时，质子诱导氮-15发生细胞水平核反应，在肿瘤细胞内释放出高传能线密度的碳离子和α粒子，它们将能量沉积在肿瘤细胞内，从而达到杀伤肿瘤细胞的效果；而氮-15在周围正常细胞内分布较少，相应质子诱导氮-15发生核反应的截面也较小，从而对周围正常细胞的损伤很少。
(二)上述采用的氮-15标记化合物，无毒副作用，肿瘤细胞对其摄取具有特异性，能够在肿瘤细胞内产生区别于肿瘤部位正常细胞内的氮-15浓度比，从而可以获得更大的质子诱导氮-15发生细胞水平核反应的截面。
(三)上述利用质子诱导氮-15发生细胞水平核反应，将质子转换成生物学效应更强的碳离子和α粒子，相较传统的质子放疗技术，对肿瘤细胞的杀伤效率更高，有助于缩短治疗周期，从而缩短正常细胞被质子照射的时长，进一步降低对正常细胞的放射损伤。
(四)本发明采用的质子束技术成熟且临床应用广泛，相较BNCT方案中的热中子源，设备建设成本更低，应用场景更广泛。
附图说明
图1为在肿瘤细胞中质子诱导氮-15发生细胞水平核反应的示意图；
图2为在肿瘤组织中，质子诱导氮-15发生细胞水平核反应精准杀伤肿瘤细胞的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用。
氮-15标记化合物的分子式及化学结构式：
以氮-15标记的L-谷氨酰胺为例，其分子式为C5H10 15N2O3，化学结构式如下式所示：
氮-15药物或氮-15药物组合物包括但不限于氮-15标记的L-谷氨酰胺。
一种质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物，包含所述的氮-15标记化合物。
一种治质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物的使用方法，包括：
将氮-15药物或氮-15药物组合物与肿瘤细胞特异性结合后，利用质子束照射肿瘤组织处，以在细胞水平发生质子与氮-15的核反应，杀伤肿瘤细胞。
所述细胞水平的质子与氮-15的核反应公式为：
其中，
是入射的质子，
是以药剂形式进入并在肿瘤细胞中聚集的氮-15。
由于肿瘤细胞对氮-15标记化合物摄取具有特异性，质子诱导氮-15发生核反应，释放出5.0MeV的能量。所释放出的能量由12C(碳离子)和4He(α粒子)携带，它们在细胞内沉积能量时，会破坏肿瘤细胞的DNA从而杀死肿瘤细胞。
该氮-15药物或氮-15药物组合物能够实现高效杀伤肿瘤细胞，是通过诱导氮-15发生核反应将质子转换成生物学效应更强的碳离子和α粒子实现的，提高了质子放射治疗对肿瘤细胞的杀伤效率，从而缩短治疗周期。
该氮-15药物或氮-15药物组合物能够实现精准杀伤肿瘤细胞，是通过氮-15在肿瘤细胞聚集而在正常细胞内分布较少实现的，诱导氮-15发生核反应主要在肿瘤细胞中发生，从而降低对正常细胞的放射损伤。
如图1所示，为在肿瘤细胞中质子诱导氮-15发生细胞水平核反应的示意图。
如图2所示，为在肿瘤组织中，质子诱导氮-15发生细胞水平核反应精准杀伤肿瘤细胞的流程示意图。
图2中的(a)肿瘤细胞特异性摄取氮-15药物或氮-15药物组合物示意图。
图2中的(b)为质子束照射肿瘤组织示意图。
图2中的(c)为质子与氮-15药物或氮-15药物组合物在肿瘤细胞内发生核反应，并释放携带能量的碳离子和α粒子示意图。
图2中的(d)为肿瘤组织中的肿瘤细胞被杀伤后消亡，正常细胞完好示意图。
上述图2中，所有的实线圆圈表示正常细胞N，虚线圆圈表示肿瘤细胞T。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种氮-15标记化合物在制备质子放射治疗的氮-15药物中的应用。
2.一种质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物，其特征在于，包含如权利要求1所述的氮-15标记化合物。
3.一种如权利要求2所述的质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物的使用方法，其特征在于，包括：
将氮-15药物或氮-15药物组合物与肿瘤细胞特异性结合后，利用质子束照射肿瘤组织处，以在细胞水平发生质子与氮-15的核反应。
4.根据权利要求3所述的质子放射治疗的氮-15药物或氮-15药物组合物的使用方法，其特征在于，所述细胞水平的质子与氮-15的核反应公式为：
其中，
是入射的质子，
是以药剂形式进入并在肿瘤细胞中聚集的氮-15。
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