Krebstherapie: Neue Lasertechnologie für die Strahlentherapie der Zukunft

Krebstherapie: Neue Lasertechnologie für die Strahlentherapie der Zukunft
Krebstherapie: Neue Lasertechnologie für die Strahlentherapie der Zukunft
Anonim

Derzeit werden weltweit neue Behandlungsanlagen für die Strahlentherapie mit Ionen gebaut. Diese Partikel zerstören Krebszellen und haben eine bessere Fähigkeit, das umgebende gesunde Gewebe zu schonen als andere Techniken. Heute werden beschleunigte Wasserstoff- und Kohlenstoffionen hauptsächlich zur Behandlung von inoperablen Tumoren in Organen wie dem Gehirn und dem Knochenmark eingesetzt, die für eine Strahlentherapie empfindlich sind. Eine neue Technologie für diese Art der Behandlung entwickeln Forscher des Dresdner OncoRay-Zentrums und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD): Bei ihrem Konzept werden die Ionenstrahlen von einem Kompaktlaser beschleunigt und nicht in „normalen“Beschleunigern.

Sie veröffentlichten ihre ersten Ergebnisse der Zellbestrahlung mit Ionen im New Journal of Physics.

Herkömmliche Protonen- und Ionenbeschleuniger sind groß und teuer, weshalb die neue Therapie mit beschleunigten Protonen- und Ionenstrahlen nur in wenigen Kliniken wie dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) eingesetzt werden kann. Dennoch besteht weltweit ein großes Interesse an kompakten und flexiblen Anlagen zur Protonen- und Ionenbeschleunigung für die Therapie, da Experten für die Zukunft den Nachweis der Vorteile der Protonen- und Ionentherapie für eine zunehmende Gruppe verschiedener Krebserkrankungen bis hin zu einer breiten klinischen Anwendung erwarten Anwendung. Dem Dresdner OncoRay-Zentrum, das vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD), dem Universitätsklinikum Dresden und der TU Dresden getragen wird, ist nun ein wichtiger Schritt hin zu kompakten Bestrahlungsanlagen für die Krebsbehandlung gelungen.

Der Hochleistungslaser DRACO am FZD erzeugt Protonen und beschleunigt sie auf einer sehr kurzen Skala von weniger als zehn Mikrometern (das entspricht etwa einem Zehntel der Dicke eines einzelnen menschlichen Haares).Für ihre aktuellen Ergebnisse bestrahlte das Forscherteam um Dr. Ulrich Schramm (FZD) und Dr. Jörg Pawelke (OncoRay) Krebszellen mit Protonen, also Wasserstoffatomen, denen das Elektron fehlt. Die Wissenschaftler untersuchen auch die Wirkung von Strahlung auf Zellen unter kontrollierten Bedingungen, wofür sie ein spezielles Gerät entwickelt haben, mit dem sie die Dosis der bestrahlten Zellen genau messen können. Die Dosis der Bestrahlungen am FZD lag zwischen 1,5 und 4 Gray – ein Bereich, der für die klinische Anwendung von Protonenstrahlen besonders relevant ist. Zudem ist die Energie des laserbeschleunigten Ionenstrahls erstmals hoch genug, um Gewebe, aber auch andere Materialien zu durchdringen und eine exakte Dosisbestimmung zu ermöglichen. In den Experimenten wurden bis zu 20 Megaelektronenvolt erreicht.

60 Prozent der Krebspatienten erh alten eine traditionelle Strahlentherapie

Beschleunigte Ionenstrahlen haben den Vorteil, dass sie ihre stärkste Wirkung im Tumor entf alten und somit gesundes Gewebe besser schonen können.Heute unterziehen sich mehr als 60 Prozent der Krebspatienten einer Strahlentherapie. Während in der traditionellen Therapie ein erheblicher Teil der Energie von Photonenstrahlen, die in modernen klinischen Linearbeschleunigern erzeugt werden, auf ihrem Weg durch gesundes Gewebe emittiert wird, können Ionenstrahlen mit höchster Präzision direkt im Tumor gestoppt werden, wo sich ihre schädigende Wirkung entf altet alle Tumorzellen. Dieses neue Verfahren wurde unter anderem im Projekt Schwerionentherapie bei der GSI, Darmstadt, erfolgreich getestet. Etwa 400 Patienten wurden behandelt und etwa 70 Prozent von ihnen geheilt. FZD-Wissenschaftler haben an diesem Projekt mitgearbeitet und sind auch maßgeblich am Heidelberger HIT-Zentrum beteiligt.

Neue Strahlung gegen Krebs

Bis zu den ersten klinischen Anwendungen von Hochleistungslasern ist noch viel Grundlagenforschung zu leisten. Dresdner Wissenschaftler sind daran stark beteiligt und dürften durch die enge Zusammenarbeit von Medizinern, Physikern, Biologen und Mathematikern in Dresden wesentliche Beiträge zum weltweiten Wettlauf um neue Anwendungen leisten.Das OncoRay-Zentrum bildet ein einzigartiges Cluster für Strahlenforschung in der Onkologie in Dresden und hat sich international einen Namen gemacht. OncoRay-Wissenschaftler an Universitätsklinikum, FZD und TU Dresden konzentrieren sich auf translationale Forschung, das heißt, Ergebnisse aus der Grundlagenforschung sollen so schnell wie möglich in die klinische Anwendung überführt werden. Die erste kompakte Bestrahlungsanlage mit Lasertechnologie könnte in zehn bis fünfzehn Jahren in Krankenhäusern stehen.

Der nächste Schritt in Richtung klinischer Anwendung ist die Durchführung detaillierter Studien, in denen die Wirkung von laserbeschleunigten Ionenstrahlen mit traditionell in der Krebstherapie eingesetzter Strahlung verglichen wird. Darüber hinaus führen Wissenschaftler aus Dresden sowie der Friedrich-Schiller-Universität und des Fraunhofer-Instituts in Jena im Rahmen des Projekts „onCOOPtics“Studien durch, um die Energie der Strahlung zu erhöhen. Die Forscher streben auch die Entwicklung eines Prototyps für eine laserbasierte Strahlentherapie an, der in einem neuen gemeinsamen Zentrum für Strahlentherapie in der Onkologie in Dresden installiert werden soll.

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