Neue Wege in der Bestrahlungstherapie von Tumoren

Bisher arbeiten Mediziner mit Bestrahlungsmethoden, mittels hochenergetischen Photonen. Diese, im Prinzip masselosen Teilchen, haben die Eigenschaft die höchste Strahlendosis in den obersten Gewebeschichten zu deponieren. Ein in der Tiefe liegende Tumor bekommt daher nur eine geringere Strahlendosis ab, als das darüber liegende, gesunde Gewebe. Das ist nicht optimal, denn dadurch entstehen erhebliche Nebenwirkungen und eigentlich möchte man ja nur den Tumor schädigen und gesundes Gewebe erhalten.

Schon seit etwa 50 Jahren ist bekannt, dass, wenn man die Masse der für die Bestrahlung benutzten Teilchen erhöht, die deponierte Strahlungsdosis in das Gewebeinnere verlagert werden kann. Das klingt nach Magie, ist aber reine Physik. So lag es auch nahe, dass sich Physiker Gedanken machten mit dieser Methode zuerst Gehirntumore zu bestrahlen, die eben nun mal mit konventioneller Chirurgie oder Bestrahlung schlecht oder gar nicht zu erreichen sind. Schon in den 90er Jahren war ein Giessener Kernphysiker an der Entwicklung dieser neuen Bestrahlungsmethode, als Forschungsdirektor an der GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt) beteiligt. In spannenden Vorträgen zum Thema erklärte der Wissenschaftler in den 90er Jahren seinen Studenten, wie die Methode funktioniert. Die Angelegenheit ist sehr komplex und damit auch teuer. Eine solche Anlage kann man nicht einfach auf einen Lastwagen laden und zu seinem Einsatzort fahren. Der Beschleuniger, den man benötigt, um Kohlenstoffionen auf mehr als die halbe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, kann nur direkt am Einsatzort aufgebaut werden, ähnlich wie ein Kraftwerk. Somit war noch in den 90er Jahren unklar, ob aus dem Forschungsprojekt an der GSI, welches zusammen mit einer anderen Großforschungseinrichtung, dem Forschungszentrum Dresden Rossendorf betrieben wird, jemals tatsächlich ein medizinisches Routinebehandlungszentrum entstehen könnte. Schon vorher scheiterten ähnlich Konzepte in den USA und Japan an den Kosten.

Jedoch jetzt, 10 Jahre nach den öffentlichen Vorträgen des Giessener Physikers, entstehen plötzlich an mehreren Orten solche Behandlungszentren. Eines entsteht gerade am Klinikum in Marburg und soll dort in Kürze einsetzbar sein. Das ist ein schöner Erfolg für alle beteiligten Forscher. Aber auch in München, Essen, in der Schweiz und anderen Ländern, entstehen die für die Bestrahlung nötigen Beschleuniger für Ionen.

Wie aber funktioniert diese Bestrahlungsmethode genau? Nachdem z.B. Kohlenstoffionen in dem Beschleuniger auf eine ausreichende Energie beschleunigt wurden, können diese aus dem Beschleuniger ausgekoppelt werden und mittels elektrischer Felder in den Kopf des Patienten auf den Tumor gelenkt werden. Die Ionen treffen auf den Kopf und geben nur dabei nur einen kleinen Teil ihrer Energie ab. Mit zunehmender Eindringtiefe wird die Geschwindigkeit zunehmend verzögert. Bei dieser Verzögerung geben die Ionen nun langsam Energie an das umliegende Gewebe ab. Aber plötzlich, in Abhängigkeit der Anfangsgeschwindigkeit, wird eine große Menge Energie in einem sehr kleinen Bereich, in Bruchteilen eines Millimeters, abgegeben. Die Behandlung, also der Partikelionenstrahl (daher auch der Name Partikeltherapie), wird dabei so eingestellt, dass die größte Energieabgabe im Tumorgewebe stattfindet. Zellstrukturen, wie die DNA der Zellen, werden dabei so stark geschädigt, dass die Tumorzellen sterben. Die DNA (Erbinformation von Zellen) ist nicht ohne Grund in vielen anderen Bereichen ein intensiv bearbeiteter Forschungsgegenstand. DNA wird z.B. auch im Rahmen des Vaterschaftstest untersucht, dort, um Fragen der genetischen Abstammung zu klären.

Die plötzliche Abgabe von Energie von Ionen durch Abbremsung bezeichnen die Fachleute als Bragg Peak. Die Abbremsung und plötzliche Energieabgabe kann man sich auch bildlich darstellen. Man stelle sich ein Auto vor, welches mit ca. 30 km/h durch eine 5 m dicke Wand aus Pappkartons auf eine Wand zufährt. Die Geschwindigkeit des Autos wird dabei durch die Pappkartons zwar reduziert, die meiste Energie wird aber frei, wenn das Auto auf die Wand trifft. Dieser Vorgang, wie auch die Energieabgabe von Ionen in einem Tumor, können mit einfachen physikalischen Formeln, wie man sie noch aus der Schule kennt, berechnet werden.

Bei der Partikelbestrahlungstherapie handelt es sich um ein hochspannendes Thema, welches wir durch weitere Texte begleiten werden, schauen Sie also wieder vorbei.

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