Ознакомительная версия. Доступно 18 страниц из 95
быть, испытывал, зная, что перед ним открывался целый мир радиоэлементов. Могут быть обнаружены десятки, если не сотни, новых радиоактивных веществ. В разгар этого волнения ему пришло в голову, что, возможно, эти новые радиоактивные элементы могут оказаться полезными для общества.
Лоуренс написал своему младшему брату Джону, врачу-гематологу. Летом 1935 года Джон Лоуренс приехал в Радиационную лабораторию на каникулы из Йеля, воодушевленный тем, что могут сделать новые радиоизотопы в области медицины.
Уже было известно, что рентгеновские лучи способны убивать человеческие клетки – потенциальное будущее лечение рака. Но никто еще не пробовал использовать радиоизотопы. Поскольку новые изотопы обладали теми же химическими свойствами, что и их нерадиоактивные аналоги, Джон понял, что системы организма могут отнестись к радиоактивным элементам так же, как и к обычным. Соль, изготовленная из радиоактивного натрия, будет усвиваться так же, как, например, обычная соль. Затем он мог бы использовать радиоактивные свойства для взаимодействия с телом или, возможно, даже для визуализации внутренних процессов организма, не делая при этом ни одного разреза на коже.
Джон начал с радиоактивного фосфора-32, производимого циклотроном, исследуя метаболизм животных. Фосфор – второй по распространенности элемент в организме после кальция, он составляет 1 % массы тела и, помимо всего прочего, участвует в формировании костей и зубов. Джон подготовил группу мышей с лейкемией и ввел им радиоактивный фосфор, а затем отправился к местной реке ловить рыбу. Две недели спустя он вернулся и обнаружил, что группа мышей, которым он сделал инъекцию, была жива и, по-видимому, здорова, в то время как все мыши «контрольной» группы, которым не делали инъекцию, были мертвы. В течение нескольких месяцев Джон Лоуренс испытывал радиоактивный фосфор на пациентах-людях и пришел к впечатляющим результатам: фосфор способствовал ремиссии их болезни.
Чуть позже Джон и Эрнест решили проверить, что случится с крысой, если подвергнуть ее внешнему облучению. Они поместили крысу в циклотрон в лучевой камере, между верхним и нижним полюсами магнита рядом с бериллиевой мишенью, и включили луч, обеспечив очень низкую дозу радиации. Примерно через минуту Джон попросил выключить циклотрон, чтобы проверить, как дела у крысы. Она была мертва. Это привело в ужас всю команду, которая испугалась, что биологические последствия радиации намного хуже, чем они думали. Они взялись за дополнительное экранирование циклотрона. Позже Джон понял, что крыса умерла не от радиации, а от недостатка кислорода: она была помещена в вакуумный сосуд, а весь воздух выкачали. Несмотря на это, внезапно возник большой интерес к воздействию радиации на людей, как положительному, так и отрицательному[152]. Эксперименты были настолько многообещающими, что на следующий год Джон отправился в Калифорнийский университет, основал собственную лабораторию и собрал команду. Два брата проработали вместе много лет.
Если бы вы в те дни прошли через Радиационную лабораторию, то отметили бы, насколько она многолюдна. В одном помещении были и клетки с мышами, и «мокрые» лаборатории для химического разделения, и электрические приборы для физиков, не говоря уже о циклотроне и его экранировании. Вас окружали бы не только физики, но и эксперты из прочих областей, включая инженеров, химиков и биомедиков. Лоуренс не всегда мог позволить себе платить им – многие присоединялись к работе исключительно из энтузиазма. Возможность использовать свое открытие в медицине очень помогла ему с финансами, что было особенно важно во времена Великой депрессии. Радионатрий удалось получить с помощью 69-сантиметрового циклотрона, производящего дейтроны с энергией 6 МэВ при относительно скромном токе, но в 1937 году циклотрон был модернизирован и превращен в 94-сантиметрову машину с удвоенным током и энергией пучка в 8 Мэ В. Благодаря этому у исследователей было достаточно радионатрия и радиофосфора для работы, а у физиков – достаточно энергичный луч, чтобы лучше узнать ядерную физику.
Обычно циклотрон обстреливал цель, которая затем передавалась кому-нибудь с химического факультета, проводившему химическое разделение. Обычно это требовало растворения мишени и последующей перегонки для разделения химических веществ с помощью разницы в температурах их кипения. Иногда для разделения растворенных элементов требовались другие методы – например, добавление дополнительных химических веществ, чтобы элемент преобразовался в твердое вещество, или отделение элементов с помощью хроматографии. Как только все было сделано, физик снова брался за дело, используя электроскоп или другой инструмент для измерения активности и периодов полураспада продукта. Используя этот метод, химик Гленн Сиборг в 1937 г. обнаружил новый радиоактивный изотоп железа, железо-59, который сразу же нашел применение в изучении заболеваний крови.
Джон и Эрнест увидели наибольший потенциал в непосредственном применении радиации для лечения рака. Их эксперименты с использованием нейтронов показались перспективными. Они также изучали высокоэнергетические рентгеновские лучи, полученные с помощью линейного ускорителя, построенного коллегой Лоуренса Дэвидом Слоаном. В 1937 году Джон и Эрнест получили известие о том, что у их матери рак матки и ей осталось всего несколько месяцев. Клиника, в которой она находилась, – клиника Мейо – не хотела лечить ее облучением, но братья попросили одного из врачей, работавших с Джоном, попробовать применить рентгеновские лучи. Позже Джон Лоуренс сказал в одном интервью: «Короче говоря, огромная опухоль просто начала испаряться». На момент обнаружения болезни их матери было около 67 лет, она прожила до 83. Мы вернемся к лучевой терапии гораздо подробнее в главе 10.
В 1938 году Сиборг открыл кобальт-60 – интенсивный источник гамма-излучения с периодом полураспада 5,3 года, который позже нашел широкое применение, на пике своего использования обеспечивая 4 миллиона терапевтических облучений в год только в Соединенных Штатах. Он по-прежнему широко используется в медицине и промышленности в качестве хорошо регулируемого источника излучения[153]. В том же году в беседе с врачом Сиборг узнал об исследованиях метаболизма в щитовидной железе с использованием йода-128, период полураспада которого составлял 25 минут и был настолько коротким, что препятствовал исследованиям. Доктор сказал, что он бы предпочел такой изотоп, у которого период полураспада составляет хотя бы неделю. Сиборг и его коллеги быстро нашли йод131, период полураспада которого, как и желал врач, составлял около восьми дней. Циклотрон дал такую богатую почву для открытий, что казалось, будто ученые могут изобретать новые изотопы по первому требованию. Йод-131 в настоящее время используется миллионы раз в год для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы, диагностики заболеваний почек и печени, а также для функционального тестирования органов. Мать Сиборга лечили йодом-131, в результате чего ее жизнь была продлена на годы.
По мере роста все новых применений радиоактивных элементов в медицине физики продолжали расширять границы, ища новые изотопы и собирая воедино все то, что
Ознакомительная версия. Доступно 18 страниц из 95
