2020年3月,日本厚生劳动省批准了全球首个硼中子俘获治疗(BNCT)系统——住友重工的NeuCure®设备,以及配套药物Stella Pharma的Borofalan。
这意味着,从1936年美国物理学家Gordon Locher首次提出BNCT理论构想,到真正走进医院,这条路走了近90年。
获批同年,日本火速将BNCT纳入国民健康保险,患者自费部分降至10%-30%(约41万~123万日元),此后该疗法得以快速推广。到2024年,全球BNCT治疗量已达数千例,日本、芬兰、美国市场贡献了主要份额。
多国将BNCT视作有望替代传统放疗的精准治疗方案,目前它针对部分难治性、复发性肿瘤已展现出明确的临床应用潜力。然而,几个关键问题尚未被充分回答:BNCT技术产业化的卡点在哪?在设备、药物两大核心板块中,谁是决定未来赛道天花板的变量?而当一家中国企业选择同时布局全链条BNCT医疗服务,这一新技术的竞争逻辑逐渐浮出水面。
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近日,在接受医药魔方《前沿π》栏目采访时,华硼中子创始人、首席科学家王盛教授指出,与单一药物或单一器械的竞争不同,BNCT的答案指向一个更复杂的逻辑:BNCT是一个高度耦合的“药械联合”系统,当前产业化依赖于加速器中子源小型化,更长远要看药物精准度和靶向性迭代,配合治疗计划软件精度和智能化的提升,三大技术路线逐步突破。全球各国监管框架的成熟,更是BNCT落地的关键门槛。
百年BNCT产业化卡点:加速器中子源小型化
BNCT的物理原理并不复杂:将含硼-10(10B)的药物注入人体,其在肿瘤细胞中选择性富集。然后用热中子或超热中子照射,10B俘获中子后发生核反应,释放高传能线密度(LET)的α粒子和7Li粒子,在微米级范围内精准杀伤癌细胞。理论上,BNCT结合了“生物靶向”(药物富集)和“物理靶向”(中子与10B产生核反应),可在最大限度保护正常组织的前提下杀死肿瘤。
然而,这个理论的产业化长期受困于一个核心装置瓶颈——中子源。
早期的BNCT完全依赖核反应堆。2003年,王盛在日本京都大学的“京大炉(KUR)”(京都大学反应堆)项目中学习时,亲眼目睹了反应堆BNCT的治疗效果——打着点滴的患者在反应堆堆芯旁的治疗室中接受照射,仅半小时就完成了治疗,效率极高。
这一画面给王盛心里埋下了一颗种子,他希望有一天能将BNCT应用于临床。但反应堆作为核设施,很难部署在城市医院内部。这意味着BNCT长期被限制在少数拥有研究堆的机构中,无法规模化。
真正的技术转折点是加速器中子源路线的成熟。王盛在日本理化研究所和同事一起克服了关键技术难题,开发完成了国际范围内标志性的稳定长寿命加速中子源RANS。
加速器将质子加速至特定能量,轰击金属靶材产生中子。与反应堆不同,加速器属于II类射线装置,更可控,更安全,体积更小,社会接受度更高,其审批和监管路径按三类大型医疗器械路径审批,无需核设施路条资质,使BNCT首次具备了进入城市医院的可行性。
然而,基于加速器的BNCT系统如何进一步提升可及性?与靶材技术息息相关。王盛介绍,自己在日本理化研究所开发的加速器中子源,采用铍靶方案,如果要满足临床治疗所需的中子产额,需要加速器将质子能量加速至较高的能量水平。但高能量要求意味着感生放射性更高,会导致每次治疗后,治疗室辐射本底下降慢,设备周转率低。
回国后,王盛组建团队对技术进行迭代更新,选择锂靶作为更优解。锂靶的核反应能量阈值低,仅需约2-3MeV即可实现高额中子,这意味着可以用体积更小、结构更紧凑的RFQ(射频四极场)直线加速器替代回旋加速器。
锂靶方案的感生放射性远低于铍靶,患者治疗后,治疗室可更快恢复使用,设备周转率显著提升。这对一个需要高频次使用的医疗设备来说,后期将是决定性的商业参数。
但锂靶的工程化难度极高。锂的化学活性极强,在空气中迅速氧化,熔点仅180°C左右。在极小的靶面上承受高功率质子束流轰击时,既要发生剧烈核反应,又要保证不融化、不烧蚀、不氢脆——这是一个典型的工程化难题,涉及材料科学、热工水力、真空技术、精密制造等多学科交叉,远非实验室论文所能解决。
在工程化能力极强的中国,这些想法更有可能快速落地。王盛决定将自己研究的前沿BNCT技术带回祖国,进一步开发迭代,以期打造出世界最先进的BNCT治疗系统。2015-2023年期间,他在西安交通大学带领团队逐步攻克加速器中子源技术难题,等技术、产品和团队逐渐完备之后,在杭州成立了华硼中子。
只是换成锂靶还不够。王盛把锂靶路线中普遍使用的旋转靶方案(转速1000RPM以上)作为备选方案,因为他认为,放射性环境中长期高速旋转的部件,可靠性风险可能更高。如果能做成固定式锂靶则更优。
这一构想最终也得以实现。当前华硼中子使用的固定式锂靶,寿命达到1500毫安时,约300个患者更换一次,成本完全可控。
在加速器小型化的路径上,华硼中子还在不断迭代。第一代治疗系统占地约1000平方米,第二代已压缩至300-400平方米。质子束流功率达到35-40kW,中子束流超热通量达到1.2×10⁹n/s/cm²。更高的中子通量直接转化为更短的治疗时间。
这是直接影响治疗中心运营效率的商业参数,一个治疗中心每天能接待多少患者,取决于单次照射时长和治疗室周转率。
设备小型化是BNCT产业化的必要条件。在具备工程师红利的中国,目前做BNCT设备的企业和机构已有不下10家。然而,王盛认为,BNCT的科学机制还在不停探索中,真实治疗情况也非常复杂,未来竞争远不止卷设备这么简单。
设备和硼药,谁决定BNCT的未来?
日本PMDA首次批准BNCT的适应症是无法切除的局部晚期或复发性头颈部癌。在JHN002关键临床试验中,使用第二代硼药BPA(硼苯丙氨酸衍生物Borofalan)的头颈癌患者,客观缓解率(ORR)超过70%,复发性鳞状细胞癌的完全缓解率(CR)达50%,获批后的真实世界研究进一步验证了该疗法实际效果。
这些数据令人振奋,BNCT已在胶质母细胞瘤、脑膜瘤、黑色素瘤、食道癌、肺癌、乳腺癌等多癌肿展开研究,行业对于该疗法在更多癌种中发挥作用抱有极高的期待。
2025年《Nature Communications》发表的一项研究表明,BNCT可能诱导强效抗肿瘤免疫应答,甚至产生“远隔效应”——局部照射激活全身免疫系统,间接杀伤未照射区域的转移灶。如果这一机制在临床中得到验证,BNCT将从局部治疗向系统治疗延伸,其适应症空间也将被大幅打开。
适应症的拓展将是BNCT未来竞争方向之一,而硼药将会成为主要决胜点。其迭代围绕提高肿瘤/正常组织硼浓度比(T/N比)和延长药物在肿瘤中的停留时间两大方向。
王盛指出,适应症拓展直接依赖于硼药迭代。比如深部肿瘤(如胰腺癌、肝癌)的BNCT治疗受限,部分原因是现有硼药难以有效富集到这些病灶中,而且当前BPA的T/N比仅为2.5-3.5,同时临床主流超热中子的有效治疗深度约11厘米,二者共同限制了深部肿瘤的BNCT应用,如果研发出T/N比更高的新药,可能从根本上改变这一局面。
另一方面,从实际治疗场景来看,目前使用的BPA代谢速度极快,临床通常需2小时输注达血药峰浓度,有效治疗窗口仅1小时,需在血药浓度下降前完成照射,否则药物浓度迅速下降,疗效大打折扣。所以患者需要一边输液一边照射。
这也意味着治疗流程高度紧张。放疗物理师需提前计算详细的治疗计划方案;医护团队负责输液和采血测浓度;放疗技师比对实测数据与模拟结果;最后执行照射。三者紧密配合才能顺利治疗一个患者。
如果能让药物在肿瘤中的高浓度富集时间延长至24小时以上,整个临床流程将被重构——患者前一天注射药物,第二天在有效时间内接受照射,无需在治疗过程中持续输液。医生的工作压力、设备的使用效率、患者的治疗体验,都将发生质变。
正因此,在现有硼药产品外,华硼中子的药物管线正在朝上述两大方向布局。其策略涵盖三类:第一,BPA类似物——通过改善氨基酸或糖类小分子硼药的结构,提升T/N比;第二,被动载药体系,利用肿瘤组织的增强渗透与滞留(EPR)效应延长药物在肿瘤中的滞留时间;第三,主动载药体系,利用抗体靶向性提高肿瘤选择性。
其中,新药方案有望在人体中将T/N比提升至5以上,王盛表示,“药物机制复杂、路线很多,百花齐放,非常希望国内外化学家、药物学家参与进来一起改良硼药。”国内硼药相关产业链还在完善中,华硼中子搭建了一套动物实验专用的小型加速器中子源,作为面向全国的硼药筛选和动物实验CRO平台,用于硼药研发测试。
全链条重投入,中国BNCT产业如何引领全球?
BNCT的产业化窗口已经打开,但竞争规则与单一药物或单一器械并不完全相同。
作为高度绑定设备、药物、软件的药械一体化疗法,单一布局设备或硼药的企业天然存在协同短板,王盛认为,全链条自主研发将成为中国企业在本土站稳、进军全球BNCT市场的核心路线。
华硼中子选择同步自研加速器设备、靶向硼药与TPS软件,实现三大核心板块原生适配。团队将AI算法融入TPS系统,针对不同肿瘤、不同患者的硼药富集特征输出个体化照射方案,从底层降低多团队耦合研发带来的协调成本。
软件层面的自主化更是突破海外技术封锁的关键。目前全球行业通用的MCNP中子输运程序由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发,受出口管制限制国内企业无法合规商用。华硼中子自主研发国内首套商业化TPS,自研核心中子输运求解器,在兼顾计算精度与运行效率的前提下,摆脱海外程序依赖。
硬件设备的技术指标长期来看会趋于同质化,而自主可控的治疗计划系统(TPS)、沉淀海量临床数据生成的智能算法、配套一站式医疗服务体系,将构筑企业难以复制的长期竞争壁垒。
从商业逻辑来看,设备属于一次性投入型医疗器械,后期运维收入增长空间有限。硼药则是临床刚需耗材,能够为企业带来持续稳定现金流,二者搭配可缓解企业营收波动。
但全链条布局的投入门槛极高,横跨核物理、精密器械、制药、软件工程等多领域,对复合型研发人才、跨赛道合规能力提出严苛要求。王盛对此总结,器械研发追求快速落地迭代,药物研发则需要多轮临床试验长线推进,二者的知识领域和研发逻辑截然不同,人才和团队的要求,拦住了绝大多数想做全链条BNCT的企业。
与此同时,国内监管体系的创新突破,正逐步为BNCT扫清产业化障碍。由于BNCT药械联合属性特殊,过去器械、药品分属两大审评体系,落地推进难度较大。现在,华硼中子的BNCT系统纳入国药监审评前置的政策通道,得到了来自监管方的不少解惑和助力。
今年4月,国内打响了BNCT全球监管指导第一枪。国家药品监督管理局药品审评中心(CDE)发布全球首个《硼中子俘获治疗药物临床研发技术指导原则(征求意见稿)》,进一步规范、指导硼中子俘获治疗药物的临床研发工作,这也意味着中国在BNCT监管层已经走在世界前列。
依托技术与产业链优势,华硼中子制定了务实的全球化出海路径。目前企业已与国际头部BNCT厂家签署合作,对方计划将部分治疗中心原有设备替换为华硼自研加速器,借助合作方成熟临床渠道,同步开拓东南亚市场。这套“借船出海”模式,能够在国内产品完成注册取证前,先实现国产中子源技术海外落地,针对更广阔的国际市场,华硼中子也将采取类似的合作模式。
百年BNCT产业化临界点已然到来。王盛判断,中国BNCT产业有望在2-3年内成为全球引领者,同时,他也期待BNCT重塑难治性肿瘤临床治疗格局的那一天。
参考资料:
[1]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10122211/
[2]https://www.industryresearch.biz/market-reports/boron-neu tron-capture-therapy-bnct-market-114210
[3]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5296588/
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