KR20200032200A - 외과적으로 위치된 중성자 플럭스 활성화된 고에너지 치료성 하전 입자 생성 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필수적으로 일정 부피의 종양만을 조사하도록 성형될 수 있는 고도로 이온성이되 저도로 투과성인 방사선의 치료 공급원을 정밀하게 위치시킴을 제공하는 고도로 국소화된 암종 세포의 치료 방법에 관한 것이다. 상기 공급원에 의해 생성되는 방사선의 강도 및 지속시간은 치료되는 체외에 위치된 전기적으로 제어되는 중성자 발생장치의 배열에 의해 생성되는 중성자 속을 제어함으로써 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 공급원 요소와 상호작용하는 중성자의 에너지는 상기 중성자 발생장치 배열과 신체 사이의 중성자 감속재를 이용함으로써 이온화된 방사선 생성의 반응 속도를 최적화하는데 사용될 수 있다. 공급 장치는 치료들 사이의 임의의 추가적인 방사선에 환자가 노출됨 없이 종양이 제거됨을 확보하도록 필요에 따라 그 자리에 방치되고 비활성화될 수 있다. 상기 공급 장치는 치료의 완료시 제거될 수 있다.

Description

외과적으로 위치된 중성자 플럭스 활성화된 고에너지 치료성 하전 입자 생성 시스템

관련 출원에 대한 교차 참조

본원은 전통적인 출원이고, 2017년 8월 15일에 출원된 US 62/545,522를 우선권 주장한다.

기술분야

일반적으로, 본 발명은 암 치료, 보다 특히 고도로 국소화된 암종 세포의 치료에 관한 것이다.

이온화 방사선을 사용하는 인체 내의 고도로 국소화된 암종 세포, 예컨대 종양의 치료는 매우 효과적인 것으로 입증되어 있다. 그러나, 전형적으로, 신체에 이온화 방사선을 적용하는 것은 사용되는 방사선이 의도되는 표적 부위에 도달하기 전에 건강한 조직을 통과함을 수반한다. 이는 건강한 조직에 손상을 야기한다. 이는 1회에 이뤄질 수 있는 종양 손상의 양을 한정함으로써, 다중 치료의 필요성, 및 유해한 잠재성의 생물학적 결과 및 치료의 경제적 비용의 축적을 야기한다. 건강한 세포의 손상 보수가 충분한 치료를 가능하게 하는 종양 성장 속도 및/또는 전이 속도에 뒤쳐지는 경우, 희생자는 암종으로 인해 사망할 수 있다.

본 발명은 소정 활성 미만의 중성자 공급원에 노출되지 않을 때에는 실질적으로 비방사성이지만 소정 활성 이상의 중성자 장에 노출시 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 공급원이 되는 치료 공급원을 암종 세포의 주변의 체내에 위치시키는 단계를 포함하는 국소 암종 세포의 치료 방법을 제공함으로써 방사선 항암 치료의 유해한 효과를 극복한다.

바람직하게는, 상기 위치시키는 단계는 암종 세포에 치료 공급원 물질을 외과적으로 이식한다. 상기 치료 공급원은 처방된 시간 동안 체외로부터 소정 활성 이상의 중성자 장에 의해 조사되고, 상기 조사 단계는 처방된 간격으로 반복된다. 바람직하게는, 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 치료 공급원은 상당한 고에너지 알파 또는 베타 입자, 및 무에너지 또는 고에너지 감마 방사선을 생성하는 B₄C, P-31 및 기타 물질을 포함한다. 치료 공급원은 물에 불용성이고, 신체에 비독성이고, 짧은 반감기를 가질 수 있다. 바람직하게는, B₄C가 사용되는 경우, B₄C는 B-10 함량이 높다.

하나의 바람직한 양태에서, 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 치료 공급원은 실질적으로 암종 세포만을 조사하도록 구성된다. 상기 목적을 성취하기 위해, 방사선 차폐물을 암종 세포를 대향하지 않는 치료 공급원 쪽에 형성하여야 한다. 바람직하게는, 치료 공급원의 조사 단계는 전자 중성자 발생장치, 예컨대 뉴트리스터(Neutristor)를 사용하여 치료 공급원을 조사하는 단계를 포함한다. 하나의 이러한 양태는 신체 주변부에 위치되어 상이한 각도로부터 치료 공급원을 조사하는 복수개의 전자 중성자 발생장치를 사용한다.

또 다른 양태에서, 상기 방법은 전자 중성자 발생장치와 치료 공급원 사이에 중성자 감속재를 사용하여 중성자 에너지를 조정함으로써 상기 치료 공급원에 의해 생성되는 고도로 이온성이되 저도로 투과성인 방사선을 최적화하는 단계를 포함한다. 중성자 감속재는 D₂0, C 또는 유사한 감속 특성을 갖는 기타 물질일 수 있다. 중성자 감속재는 전기 중성자 발생장치와 신체 사이의 체외에 위치된다.

이러한 하나의 양태에서, 치료 공급원은 국소 암종 세포의 치료의 처리들 간에 방치되되, 상기 처리들의 완료시 신체로부터 제거된다. 치료 공급원은 하나 이상의 매우 얇은 디스크 또는 플레이트를 국소 암종 세포 주변부에 설치하고 중성자 장으로 조사할 때, 상기 국소 암종 세포의 전체 부피가 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 영향을 확실히 받게 하기에 충분한 표면적 합을 갖는 μm 두께의 상기 하나 이상의 매우 얇은 디스크 또는 플레이트를 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 상기 방법은 중성자 조사가 수행되는 동안, 감마 분광계를 사용하여 치료 공급원 물질의 중성자 방사선의 생성물에 의해 방출되는 감마 방사선의 강도를 감시하는 한편, 하전 입자를 감시하는 단계를 포함한다. 감시된 감마 방사선의 강도 및 중성자 장의 중성자 활성을 신체에 적용된 방사선량을 측정하는데 사용할 수 있다. 또한, 감시된 감마 강도 및 방사선량을 기반으로 상기 방법을 제어할 수 있다.

하기 바람직한 양태의 설명을 첨부된 도면과 연관시켜 판독할 때, 본 발명이 더욱 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시하는데 사용될 수 있는 장치의 개략도를 도시한 것이다.

본 발명에 따라, 고도로 국소화된 암종 세포의 치료를 위해, 하나 이상의 장치를 환자의 체내 종양 주변에, 바람직하게는 인접하게 이식할 때, 상기 국소 암종 세포의 전체 부피가 방출되는 방사선에 영향을 받음을 확보하기에 충분한 표면적 합을 갖는 치료 공급원의 하나 이상의 매우 얇은(예를 들어 μm 두께의) 디스크 또는 플레이트가 제공된다. 본원에 사용된 용어 "환자"는 동물, 예컨대 인간을 의미한다. 사용되는 치료 공급원 물질은 고에너지 알파 또는 베타 입자, 및 무에너지 또는 저에너지 감마 방사선을 생성하는 것이어야 한다. 상기 물질은 물에 불용성이고 비독성이어야 한다. 상기 물질의 중성자 반응 생성물도 대상에게 비독성이어야 하고 매우 짧은 반감기를 가져야 한다. B₄C를 공급원 물질로 사용하는 것은 이러한 기준을 갖는 물질의 예이고, ?은 반감기, 고에너지 알파 또는 베타 입자, 및 무에너지 또는 저에너지 감마 입자에 대한 기준은 B₄C 대략 이하의 반감기, B₄C 이상의 알파 또는 베타 입자 에너지 범위, 및 B₄C와 대략 동일한 무에너지 또는 저에너지 감마 방사선이다. 상기 물질의 바람직한 양태는 B-10 함량이 높은 B₄C를 사용한다. 고농도의 P-31을 함유하는 화합물의 사용이 또 다른 허용가능한 선택지이다. 조사를 위해 삽입되는 치료 공급원 물질은 다수의 시중 제작 기법을 사용하여 성형될 수 있고, 바람직하게는 중성자에 실질적으로 투과성인 암종을 대향하지 않는 공급원 물질 쪽에 걸쳐 차폐를 갖되, 이는 고도 이온화 입자의 적어도 일부를 암종 주변의 건강한 조직으로부터 차폐하고, 예컨대 경금속, 예컨대 알루미늄이다.

산디아 내셔널 래버러토리(Sandia National Laboratory)에 의해 개발되고 문헌[Snowmass 2013 White Paper etitled Novel Compact Accelerator Based Neuron and Gamma Source for Future Detector Calibration, G. Jennings, C. Sanzeni, D.R. Winn, Fairfield University, Fairfield CT 06824]에 기재되어 있는 "뉴트리스터"와 구성상 유사한 소형 전동 고속 중성자 발생장치의 배열이 공급원 물질이 환자에게 이식시 상기 치료 공급원 물질을 중성자 장으로 조사하는데 사용될 수 있다. 이상적으로는, 상기 배열은 공급원 위치에서 대상의 신체의 다른 부분에 지나치게 많은 중성자 노출을 가함 없이 중성자 반응 속도를 최대화하기에 충분한 강도를 제공하도록 필요에 따라 구성된다. 이상적으로는, 상기 배열은 표적 위치에 도달하도록 각각의 발생장치로부터 충분히 열중성자화된 중성자의 최대 개수를 제공하도록 암종에 상이한 각도로 입사하는 중성자를 제공하도록 기하적으로 구성된다. 최적 조건을 성립하는데 요하는 계산은 다수의 상이한 시판 중성자 전달 계산 제품, 예컨대 로스 알라모스 내셔널 래버러토리(Los Alamos National Laboratory)로부터 이용가능한 MCNP을 사용하여 당업자에 의해 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 특정 방법을 실시하기 위한 장치를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 치료 공급원(10)은 환자(12)의 체내에 이식된다. 전기 중성자 발생장치(14)의 배열은 환자(12) 내의 치료 공급원을 중성자 장으로 조사하도록 구성된다. 중성자 감속재(16)는 각각의 전기 중성자 발생장치(14)와 치료 공급원(10) 표적 사이에 구성되고 위치된다. 중성자 감속재(16)는 충분량의 D₂O 또는 C와 같은 물질을 포함하고 표적 치료 공급원 물질과의 중성자 반응에 의한 하전 입자 생성에 필요한 최적의 에너지를 최대 개수의 중성자에 제공하는 목적을 성취하도록 독립적으로 조정된다.

감마 분광계(18)가 제공되고, 이는 중성자 반응에서 생성된 표적 동위원소에 의해 방출되는 감마 방사선의 강도를 측정함으로써 중성자 복사가 수행되는 동안 하전 입자 생성 속도가 감시될 수 있다. 이는 다수의 시판되는 기기를 사용하여 성취될 수 있다.

컴퓨터 제어 시스템(20)은 측정되는 감마 활성 및 중성자 발생장치의 활성 상태를 측정함으로써 표적 투여량을 기준으로 환자에게 적용된 방사선량을 측정한다. 상기 제어 시스템(20)은 감마 강도 및 측정되는 선량 측정치를 기반으로 상기 배열에서 중성자 발생장치 중 임의의 것 또는 모두에 의해 제공되는 중성자의 강도를 증가 또는 감소시키는 기능을 갖는다.

본원에 기재된 암종 치료를 위한 접근법 및 시스템은 목적되는 영역에서 한정량의 치료적 처리를 제공하는 화합물의 주입과는 다르게 종양 내부 또는 주변부에 비방사성 표적을 생성하고 이식함에 의존한다는 점에 있어서 다른 유형의 방사선 치료와는 상이하다. 상기 시스템이 병동 환경에서 초기의 비방사성 물질의 중성자 활성화를 수행함을 제공하는 기능은 하전 입자 암 치료의 이점을 최대화하고 원치않는 손해 및 환자와 간병인들에 대한 노출을 최소화한다. 이러한 접근법은 매우 정밀하고 효율적인 암 사살이 수행됨을 가능하게 한다. 또한, 표적 공급원은 환자에 대한 전체적인 신체 방사선량을 증가시킴 없이 종양이 완전히 사멸할 때까지 그 위치에서 방치될 수 있다. 다수의 조사가 비교적 용이하게 수행될 수 있다. 전기 중성자 발생장치, 예를 들어 뉴트리스터의 사용은 반응기 또는 매우 대형의 중성자 공급원 위치 대신 병동 수준에서 치료가 수행되는 기능을 제공한다. 이는 기존의 방사선 치료법에 비해 치료 비용을 크게 감소시킨다(또는 치료 이윤성을 크게 증가시킴).

본 발명의 구체적인 양태들이 상세히 기재되었지만, 이러한 상세 사항들에 대한 다양한 변형 및 변경이 본 개시의 전체적인 교시에 비추어 발전될 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다. 따라서, 개시된 특정한 양태들은 단지 설명을 위한 것이고, 첨부된 청구범위 전체, 및 이의 임의 및 전부의 등가물에 제시되는 본 발명의 범주를 한정하지 않도록 의도된 것이다.

Claims (20)

1. 소정 활성 미만의 중성자 공급원에 노출되지 않을 때에는 실질적으로 비방사성이지만 소정 활성 이상의 중성자 장에 노출시 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 공급원이 되는 치료 공급원(10)을 암종 세포의 주변의 체내에 위치시키는 단계;
   체외로부터의 치료 공급원(10)을 소정 활성 이상의 중성자 장으로 처방된 시간 동안 조사하는 단계; 및
   상기 조사 단계를 처방된 간격으로 반복하는 단계
   를 포함하는 동물(12)의 체내의 국소 암종 세포의 치료 방법.
2. 제1항에 있어서,
   고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 치료 공급원(10)이 B₄C 또는 P-31을 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
3. 제2항에 있어서,
   B₄C의 B-10 함량이 높은, 국소 암종 세포의 치료 방법.
4. 제1항에 있어서,
   실질적으로 암종 세포만을 조사하도록 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 치료 공급원(10)을 구성하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
5. 제4항에 있어서,
   고도로 이온화성인 방사선의 적어도 일부를 차폐하되 중성자에는 실질적으로 투과성인 방사선 차폐물을 암종 세포를 대향하지 않는 치료 공급원(10) 쪽에 형성하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
6. 제1항에 있어서,
   위치시키는 단계가 치료 공급원(10)을 암종 세포에 인접하게 외과적으로 이식하는 단계를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
7. 제1항에 있어서,
   치료 공급원(10)의 조사 단계가 전기 중성자 발생장치(14)를 치료 공급원(10)을 조사하는데 사용하는 단계를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
8. 제7항에 있어서,
   전기 중성자 발생장치(14)가 뉴트리스터(Neutristor)인, 국소 암종 세포의 치료 방법.
9. 제7항에 있어서,
   전기 중성자 발생장치(14)가 상이한 각도로부터 치료 공급원(10)을 조사하는 신체 주변부에 위치된 복수개의 전기 중성자 발생장치를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
10. 제7항에 있어서,
    전기 중성자 발생장치(14)와 치료 공급원(10) 사이에 중성자 감속재(16)를 사용하여 치료 공급원(10)에 의해 생성되는 중성자 에너지를 조정하여 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선이 되도록 최적화하는 단계를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
11. 제10항에 있어서,
    중성자 감속재(16)가 D₂O 또는 C를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
12. 제10항에 있어서,
    중성자 감속재(16)를 사용하는 단계가 상기 중성자 감속재(16)를 체외에 위치시키는 단계를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
13. 제1항에 있어서,
    국소 암종 세포를 치료하는 처리들 간에 치료 공급원(10)을 체내에 방치하는 단계를 포함하는 국소 암종 세포의 치료 방법.
14. 제13항에 있어서,
    국소 암종 세포의 치료의 완료시 치료 공급원(10)을 제거하는 단계를 포함하는 국소 암종 세포의 치료 방법.
15. 제1항에 있어서,
    치료 공급원(10)이, 하나 이상의 매우 얇은 디스크 또는 플레이트를 국소 암종 세포 주변부에 설치하고 중성자 장으로 조사할 때 상기 국소 암종 세포의 전체 부피가 고도로 이온화성이되 저도로 투과성인 방사선의 영향을 확실히 받게 하기에 충분한 표면적 합을 갖는 μm 두께의 상기 하나 이상의 매우 얇은 디스크 또는 플레이트를 포함하는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
16. 제1항에 있어서,
    치료 공급원(10)이 고에너지 알파 또는 베타 입자, 및 무에너지 또는 저에너지 감마 방사선을 생성하는 물질로부터 구성되는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
17. 제16항에 있어서,
    치료 공급원 물질이 물에 불용성이고, 신체에 비독성이고, 짧은 반감기를 갖는, 국소 암종 세포의 치료 방법.
18. 제1항에 있어서,
    중성자 조사를 수행하는 동안, 감마 분광계(18)를 사용하여 치료 공급원 물질의 중성자 방사선의 생성물에 의해 방출되는 감마 방사선의 강도를 감시하는 한편, 하전 입자 생성 속도를 감시하는 단계를 포함하는 국소 암종 세포의 치료 방법.
19. 제18항에 있어서,
    감시되는 감마 방사선의 강도 및 중성자 장의 중성자 활성을 측정하여 신체에 적용된 방사선량을 측정하는 국소 암종 세포의 치료 방법.
20. 제19항에 있어서,
    감시되는 감마 강도 및 방사선량을 기반으로 중성자 장의 강도를 제어하는 국소 암종 세포의 치료 방법.

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