在全球癌症治疗领域，如何在精准杀灭肿瘤细胞的同时最大限度保护正常组织，一直是科学界攻关的核心难题。

​       近日，我所胡智民研究团队在国际知名期刊《Applied Physics Letters》发表重要研究成果（https://doi.org/10.1063/5.0272319），提出了一种名为 “质子猫（Proton-CAT）”的新型质子治疗增强策略，为破解这一难题提供了新的思路。

nitrogen-targeting Proton-Carbon-Alpha-Therapy, Proton-CAT

​       这项突破性研究背后，是四川大学多学科团队的协同攻关。胡智民作为研究工作的核心领导者（通讯作者），协同来自四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室、原子核科学与技术研究所、华西基础医学与法医学院、四川省肿瘤医院、华西医院肿瘤中心等多单位的研究人员，组成了一支涵盖核物理、医学、肿瘤学等领域的跨学科团队。

​       “从概念提出到模拟验证，团队历经数年打磨，每一个数据都凝聚着跨学科协作的智慧。” 胡智民表示。正是这种 “物理原理 + 医学应用” 的深度融合，让 Proton-CAT 技术从理论构想走向了科学验证的关键一步。

​       传统质子治疗凭借独特的 “布拉格峰” 物理特性，能将剂量集中在肿瘤区域，但其对部分质子抵抗性肿瘤的疗效仍有提升空间；而碳离子治疗虽对难治性肿瘤效果显著，却因设备要求高、成本昂贵难以普及。胡智民研究团队提出的 Proton-CAT 技术，创造性地架起了两者之间的桥梁。该技术利用质子与肿瘤内富集的氮 - 15（¹⁵N）发生核反应，通过 “p+¹⁵N→¹⁶O*→¹²C+α+5.0 MeV” 的反应路径，在肿瘤区域原位产生具有高杀伤力的碳 - 12 离子（¹²C）和 α 粒子。这些次级粒子兼具高线性能量转移（LET）特性，能诱导肿瘤细胞 DNA 产生更难修复的双链断裂，显著提升杀伤效率。团队通过 Geant4 蒙特卡洛模拟验证：当肿瘤区域 ¹⁵N 浓度提升至 30% 时，碳 - 12 和 α 粒子的剂量贡献分别较纯水环境提升 131 倍和 95 倍，肿瘤区域的最大剂量显著增强，且能量沉积严格局限于肿瘤内，正常组织受照风险大幅降低。

​       更值得关注的是，该技术巧妙利用了肿瘤细胞特有的 “谷氨酰胺成瘾” 特性 —— 肿瘤细胞对谷氨酰胺的摄取量是正常细胞的数倍，且能在细胞内持续留存数小时。研究团队提出，可通过静脉注射 ¹⁵N 标记的谷氨酰胺，让 ¹⁵N 精准富集在肿瘤区域，如同为肿瘤装上 “靶向标记”。“这一设计不仅实现了肿瘤的精准靶向，更重要的是兼容现有质子治疗设备，无需大规模改造即可开展后续研究，为临床转化扫清了重要障碍。” 胡智民教授团队成员、参与研究设计的博士生孙钊介绍。

​       Proton-CAT 技术的突破，不仅为质子治疗效能提升提供了全新策略，更有望让更多患者以更经济的成本享受到类似重离子治疗的效果。下一步，团队将聚焦 ¹⁵N 富集实时监测、能量匹配优化等关键问题，通过理论建模与体外实验深入探索其生物学效应，推动技术从物理验证迈向临床应用。