Cỗ máy "làm tan" khối u ung thư ở Nhật Bản: Sử dụng năng lượng nguyên tử, giá 2.000 tỷ VNĐ, nhưng bệnh nhân chỉ tốn 25 triệu đồng để điều trị

Trong căn phòng tại Trung tâm Y tế Kansai, Osaka, Nhật Bản, một cỗ máy khổng lồ đang đều đặn bắn ra những chùm tia neutron - hạt hạ nguyên tử không mang điện tích mà bạn có thể tìm thấy bên trong bất cứ hạt nhân của nguyên tử nào - tất nhiên, ngoại trừ hạt nhân của Hydro (H), nguyên tử đơn giản nhất chỉ gồm có một proton và một electron ở trạng thái bền vững.

Thông thường, neutron nhân tạo chỉ được sinh ra trong các lò phản ứng hạt nhân. Nó phục vụ các phản ứng phân hạch, tạo ra năng lượng, đốt nóng và làm quay máy phát điện. Trong trường hợp cực đoan, neutron là thứ mà bạn sẽ tìm thấy trong vòng 15 phút sau một vụ nổ bom nguyên tử.

Nhưng ở đây, trong căn phòng ở Trung tâm Y tế Kansai, dòng neutron được tạo ra và kiểm soát bên trong một cỗ máy gia tốc hạt. 

Gọi là máy gia tốc hạt bởi các bác sĩ đã sử dụng trường điện từ để kéo và hút các ion mang điện chạy vòng vòng với tốc độ tăng dần lên tới 1.000.000.000 km/h.

Sau đó, họ cố tình tạo ra một vụ "tai nạn giao thông" trong đường ống, nơi hạt mang điện bị cho đâm vào một mảnh bia làm bằng berili (Be). Dưới tốc độ 1 tỷ km/h, vụ va chạm này có đủ năng lượng để khiến mảnh Be vỡ ra tung tóe, tới mức độ phá tan cấu trúc hạt nhân nguyên tử của nó.

Những gì xảy ra tương tự như phản ứng phân hạch giải phóng proton, neutron và electron. Nhưng bởi cả proton và electron đều mang điện, chúng sẽ bị hút về hai phía của điện cực. Chỉ còn dòng neutron trơ trơ ở lại.

Các bác sĩ thu lấy chùm hạt này, hướng nó vào đầu của một bệnh nhân ung thư, tại vị trí khối u mà họ vừa tìm thấy. Dòng neutron sau đó sẽ làm tan khối u - trong một phiên điều trị kéo dài khoảng 60 phút.

Neutron: Liệu pháp điều trị ung thư thứ năm tại Nhật Bản

Điều kỳ diệu mà bạn vừa chứng kiến được gọi là liệu pháp Neutron, một phương pháp điều trị ung thư tiên tiến mà Nhật Bản là quốc gia tiên phong phát triển và phê duyệt từ năm 2020.

Neutron được mệnh danh là biện pháp điều trị ung thư thứ năm, bởi nó thường được sử dụng sau khi bốn phương pháp điều trị ung thư còn lại đã thất bại, bao gồm phẫu thuật, hóa trị, xạ trị và liệu pháp miễn dịch.

Các bệnh nhân ung thư có khối u trên não bộ thường rơi vào tình trạng éo le này nhất, nơi phẫu thuật bị hạn chế bởi không có đường cho dao mổ tiếp cận. Trong khi đó, thuốc hóa trị và liệu pháp miễn dịch bị cản lại bởi hàng rào máu.

Xạ trị có tác dụng thu nhỏ khối u, nhưng nếu sử dụng xạ trị xuyên qua não bộ, tia X cũng có thể phá hủy các cấu trúc não khỏe mạnh khác trên đường đi của nó. Phương án này không khả thi và không đem lại hiệu quả trong một số trường hợp kháng xạ trị.

Bệnh nhân sau đó chỉ còn có thể trông đợi vào liệu pháp Neutron.

Neutron hoạt động theo một cách tương tự như xạ trị, nhưng nó là một phương pháp bảo tồn cao hơn, bởi các dòng neutron được định hướng chỉ phá hủy khối u mà không gây ảnh hưởng tới các tế bào não khỏe mạnh.

Các bác sĩ làm được điều này bằng cách tiêm một loại thuốc chứa đồng vị của Boron (B-10) vào cơ thể bệnh nhân. Để nó có thể lẻn qua hàng rào máu não, Bo-10 sẽ được cải trang bằng cách gắn vào một phân tử giống với phenylalanine, một chất chuyển hóa cơ bản mà tế bào não cần sử dụng.

Vì các tế bào ung thư tăng sinh và chuyển hóa nhanh hơn tế bào thường, chúng sẽ cần một lượng phenylalanine cao gấp 3,5 lần. Do đó, tế bào ung thư sẽ ngay lập tức ngậm vào phân tử Bo-10 giả dạng phenylalanine này. Trong khi đó, tế bào khỏe mạnh thì chỉ hấp thụ lượng nhỏ vật chất.

Điều kỳ diệu bây giờ mới diễn ra. Khi các bác sĩ chiếu chùm neutron vào vị trí của khối u, bởi các tế bào khối u đang ngậm một lượng lớn Bo-10 (đồng vị bị khuyết thiếu trong hạt nhân), nó sẽ "bắt" lấy neutron và phân rã thành một hạt nhân lithium và một hạt alpha.

Hạt alpha chính là bức xạ alpha. Bức xạ này có khả năng phá hủy DNA và ty thể của tế bào ung thư, từ đó giết chết chúng. Do đó, về bản chất, phương pháp Neutron đã tạo ra phóng xạ ngay trong tế bào ung thư và làm "tan" chúng từ bên trong.

Ngược lại, xạ trị bằng tia X là sử dụng phóng xạ từ bên ngoài. Một chùm tia X thường có bán kính 2-3mm. Nó có thể giết chết hàng loạt tế bào khỏe mạnh trong bán kính chiếu xạ này, suốt dọc đường đi của nó, xuyên từ bên này sang bên kia não bộ.

Trong khi đó, một tia alpha phát ra từ tế bào ung thư ngậm Bo-10 chỉ có bán kính 10 micromet, và nó chỉ đủ năng lượng để giết chết chính tế bào ung thư đó, đồng thời bảo tồn các tế bào khỏe mạnh xung quanh.

Ngoài ra, bởi dòng neutron không mang điện tích và có năng lượng thấp, nó sẽ không phá hủy các tế bào khỏe mạnh trên đường chùm tia đi qua. Neutron vì vậy là một phương án điều trị ung thư tối ưu hơn so với xạ trị.

Phương pháp này dành cho những bệnh ung thư nào?

Như đã nói, liệu pháp Neutron đặc biệt có tác dụng với các loại ung thư vùng đầu cổ. Phương pháp này đã được thử nghiệm nhiều nhất đối với khối u não ác tính dạng Glioblastoma, hay u thần kinh đệm.

Có thể nói Glioblastoma là loại ung thư ác tính nhất trong tất cả các loại ung thư não, thậm chí tất cả các loại ung thư nói chung trên cơ thể. Khối u mà nó tạo ra bắt nguồn từ tế bào hình sao trong não bộ, loại u này to lên rất nhanh chóng, xâm lấn các khu vực xung quanh não khiến toàn bộ chức năng của cơ thể nhanh chóng bị suy sụp.

Trung bình, một bệnh nhân mắc Glioblastoma chỉ có thể sống được 8 tháng sau chẩn đoán. Ngay cả sau khi đã được điều trị bằng tất cả các biện pháp có thể như phẫu thuật, hóa trị và xạ trị, thời gian sống sót trung bình cũng chỉ tăng lên được 14 tháng.

Tỷ lệ sống sót sau 1 năm của bệnh nhân Glioblastoma là 40%, sau 2 năm là 17%.

Tuy nhiên, trong một thử nghiệm với liệu pháp neutron tại Nhật Bản, các bệnh nhân Glioblastoma đã có thể kéo dài thời gian sống của họ lên 27,1 tháng, tỷ lệ sống sót sau 1 năm tăng lên 87,5 %, sau 2 năm là 62,5 %.

Liệu pháp neutron có thể là lựa chọn cuối cùng đối với các trường hợp bệnh nhân Glioblastoma đã phẫu thuật nhưng khối u tái phát trở lại, không đáp ứng với cả hóa và xạ trị.

Nhóm bệnh nhân thứ hai thường được điều trị bằng liệu pháp neutron là những bệnh nhân có khối u tái phát ở đầu cổ ngoài não bộ. Họ đã trải qua phẫu thuật, hóa trị và xạ trị với liều đạt ngưỡng dung nạp của mô lành tính, nhưng ung thư vẫn tái phát trở lại.

Ung thư đầu và cổ chiếm khoảng 10% các loại ung thư và khoảng 90% trong số đó là ung thư biểu mô tế bào vảy (SCC). Một thử nghiệm của các nhà khoa học trên 30 bệnh nhân mắc ung thư dạng này cho thấy 13 bệnh nhân cuối cùng đã thuyên giảm hoàn toàn, 9 bệnh nhân thuyên giảm một phần.

Mặc dù số lượng bệnh nhân có khối u tái phát ở đầu và cổ được điều trị bằng liệu pháp neutron còn tương đối ít, nhưng hiệu quả lâm sàng thu được lại rất cao. Thời gian sống thêm trung bình của họ là 33,6 tháng với tỷ lệ đáp ứng lên đến 85%.

Nhóm thứ ba được hưởng lợi ích lớn từ liệu pháp neutron hiện tại là những bệnh nhân ung thư da tế bào hắc tố. Mặc dù phẫu thuật cắt bỏ vùng da ung thư thường có thể giúp căn bệnh được điều trị. Nhưng trong nhiều trường hợp, vùng da ung thư quá lớn dẫn đến việc phẫu thuật là bất khả thi hoặc cắt bỏ da sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của bệnh nhân.

Các nhà khoa học Nhật Bản vì vậy đã thử nghiệm liệu pháp Neutron với bệnh nhân ung thư da và nhận thấy tổn thương của họ thường thuyên giảm trong vòng 1 năm. Tỷ lệ đáp ứng hoàn toàn và không có biến chứng lên tới 78%, chứng minh liệu pháp Neutron có thể là phương thức điều trị đầy tiềm năng đối với các khối u ung thư da hắc tố.

Ngoài ra, nhiều thử nghiệm liệu pháp Neutron đang được thực hiện và bước đầu chứng minh được tác dụng đối với bệnh ung thư phổi, ung thư vú, ung thư đại trực tràng và ung thư xương…

Rào cản chi phí: Mức đầu tư lên tới hơn 2.000 tỷ

Với tất cả ưu điểm vượt trội so với xạ trị tia X, năm 2020, liệu pháp Neutron đã được Bộ Y tế Nhật Bản phê duyệt và đưa vào sử dụng cho mục đích điều trị ung thư. Hệ thống bảo hiểm y tế quốc gia của họ cũng tuyên bố sẽ hoàn trả chi phí cho các bệnh nhân điều trị theo phương pháp này.

Nhật Bản hiện là quốc gia sở hữu nhiều máy Neutron nhất thế giới, với ít nhất 7 cơ sở có khả năng điều trị ung thư theo phương pháp này bao gồm : Trung tâm Y tế Kansai, Đại học Tokyo, Bệnh viện Đa khoa Tohoku, Trung tâm Ung thư Quốc gia, Bệnh viện Edogawa, Bệnh viện Đa khoa Shonan Kamakura và Đại học Tsukaba.

Ngoài ra, Nhật Bản cũng có riêng cho mình một nhà máy làm giàu Boron-10, Stella Pharma và hãng máy công nghiệp Sumitomo Heavy Industries có khả năng chế tạo máy gia tốc hạt.

Tất cả những lợi thế này đang biến họ trở thành một cường quốc neutron.

Ngoài Nhật Bản, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) cho biết trên thế giới hiện chỉ có khoảng 26 cơ sở khác sở hữu máy gia tốc hạt có thể được sử dụng hoặc cải tạo thành máy Neutron để điều trị ung thư.

Các cơ sở này được đặt lẻ tẻ ở các quốc gia Châu Âu như Phần Lan, Ý, Vương quốc Anh, Tây Ban Nha, Ba Lan và Đức. Hoa Kỳ và Trung Quốc cũng sở hữu nhiều máy gia tốc hạt có thể phục vụ điều trị ung thư. Ngoài ra, một số hệ thống khác đang được lắp đặt tại Nga, Argentina, Israel, Dubai và Thái Lan.

IAEA cho biết trên thế giới hiện tại chỉ có 33 máy gia tốc hạt Neutron tất cả, trong so sánh với hơn 12.000 máy xạ trị truyền thống. Rào cản ngăn cản neutron trở thành một liệu pháp điều trị ung thư phổ cập chính là giá của chúng.

Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Applied Radiation and Isotopes ước tính để xây dựng được một hệ máy gia tốc hạt, người Nhật cần phải chi ra 12 tỷ Yên, tương đương gần 2.000 tỷ VNĐ.

Các hệ máy gia tốc rẻ hơn cũng có giá từ 500 đến 800 tỷ VNĐ. Đó còn là chưa tính chi phí vận hành trung tâm điều trị, sẽ tốn khoảng hơn 25 tỷ VNĐ/năm.

Tại Mỹ, quốc gia còn chưa phê duyệt liệu pháp Neutron, Cosylab, nhà cung cấp thiết bị y tế trong đó có máy gia tốc hạt, cho biết cần phải mất 4 năm mới có thể xây dựng và đưa một cơ sở Neutron đi vào hoạt động.

Chi phí ban đầu để xây dựng một trung tâm như vậy tốn từ 40-50 triệu USD (tương đương 1.250 tỷ VNĐ). Chi phí duy trì hoạt động hàng năm vào khoảng 9-12 triệu USD, khoảng 300 tỷ VNĐ.

Trong khi đó, một đợt điều trị neutron cơ bản với khoảng 12 lần xạ kéo dài trong 3-4 tuần hiện có giá khoảng 40.000 USD, tương đương 1 tỷ VNĐ ngoài Nhật Bản. Tại quốc gia sở hữu công nghệ và Boron-10 tự làm giàu, giá thành điều trị giảm xuống còn khoảng 20.000 USD, tương đương 500 triệu VNĐ.

Nhưng bởi bảo hiểm y tế đã chi trả phần lớn số tiền, mỗi bệnh nhân ung thư tại Nhật Bản điều trị với neutron bây giờ chỉ phải chi khoảng 1.000 USD, tương đương 25 triệu VNĐ, theo ước tính của Cosylab.

Các nhà khoa học Nhật Bản cho biết họ vẫn đang tiếp tục cải tiến kỹ thuật, để làm máy gia tốc hạt trở nên nhỏ gọn hơn, tạo ra dòng neutron ổn định hơn và đặc biệt, làm giàu Boron-10 và tạo ra được các loại thuốc phóng xạ có tác dụng với nhiều loại khối u khác ngoài ung thư vùng đầu cổ.

Cosylab dự đoán, với khoảng trống thị trường còn đang để lại, liệu pháp Neutron sẽ phát triển mạnh trong vòng hai thập niên tới. 

Ước tính sẽ có khoảng 1.800 máy gia tốc hạt bắt neutron sẽ được lắp đặt trên toàn thế giới từ nay đến năm 2045, đem lại lợi ích cho khoảng 20% bệnh nhân ung thư, những bệnh nhân có thể xạ trị bằng phương pháp tiên tiến này với giá cả phải chăng hơn hiện tại.

Tham khảo Nature, NCBI, Jsnct