Strahlentherapiestudien an Tumormodellen in Mäusen

Üblicherweise benutzen Mediziner für die Strahlentherapie von Tumoren Röntgen- oder Gammastrahlen. Bessere Ergebnisse erzielt die Bestrahlung mit Hadronen, also geladenen Teilchen, vor allem Kohlenstoffionen oder Protonen. Diese Strahlen hinterlassen geringere Schäden am gesunden Gewebe bei gleichzeitig besserer Vernichtung des Tumorgewebes, sie lassen sich besser steuern und sind auch wirksam bei sauerstoffarmen Tumoren, die mit Röntgenstrahlen nur schwierig zu behandeln sind. Allerdings erfordert die Tumortherapie mit Protonen oder Schwerionen einen hohen technischen Aufwand und große Anlagen und ist deshalb sehr teuer.

Im MAP-Cluster wollen die Wissenschaftler die notwendigen Protonen oder Kohlenstoffionen per Laserbeschleunigung erzeugen, um eine Kostenreduktion zu erreichen. Der Hauptunterschied zu bisherigen Beschleunigeranlagen liegt daran, dass die Strahlen in sehr kurzen (Nanosekunden) Pulsen erzeugt werden. Ob durch die sehr kurzen Bestrahlungszeiten die Wirkung der Strahlung auf Zellen und Gewebe verändert wird, ist jedoch noch unklar. Um also den klinischen Einsatz vorzubereiten, muss zunächst die biologische Auswirkung von nanosekundenlanger Bestrahlung im Vergleich zur kontinuierlichen in der bisherigen Strahlentherapie untersucht werden. Dazu beginnen die Wissenschaftler zunächst mit Zellexperimenten, gehen dann auf Gewebeproben und am Schluss auf im Labor erzeugte Tumoren an Tieren über.  

Da die laserbeschleunigten Strahlen noch nicht zur Verfügung stehen, haben die Mediziner und Strahlenbiologen während der letzten drei Jahre die biologische Wirksamkeit von gepulster und kontinuierlicher Strahlung in Experimenten am Ionenmikrostrahl SNAKE (Superconducting Nanoprobe for Applied nuclear [Kern] physics Experiments) des Münchener Tandembeschleuniger verglichen. Sie konnten in diesen Experimenten keinen signifikanten Unterschied zwischen der Bestrahlung mit kurzen Pulsen oder der kontinuierlichen Bestrahlung feststellen, was auch bedeutet, dass für den Patienten trotz der kurzen Pulse aus den laserbeschleunigten Strahlen keine Nachteile entstehen.

Im Februar 2010 behandelten die Forscher erstmals Tumoren an Mäusen  und benutzten dabei einen gepulsten Protonenstrahl aus dem Tandembeschleuniger (23 MeV mit einer Eindringtiefe von 4 mm). Das erste Experiment bezweckte eine Wachstumsverzögerung des Tumors und verglich die gepulsten mit den kontinuierlichen Strahlen. Sie arbeiteten dabei eng mit den Projekten von D.3.1. und der Junior Research Gruppe "Advanced Technologies in Radiation Therapy" zusammen, um die richtige Dosis zu finden. Diese ersten in vivo-Experimente waren nötig, um zu klären, ob sich die beiden Strahlenarten eventuell in ihrer Wirksamkeit im lebenden Organismus unterscheiden.

Sobald die laserbeschleunigten Protonenstrahlen zur Verfügung stehen, werden sie diese Experimente damit wiederholen und weitere Tumorarten einbeziehen. Vor dem klinischen Einsatz muss auch die Reaktion von normalem Gewebe wie Haut auf diese Strahlen untersucht werden. Da generell nur wenige Erkenntnisse über die Wirksamkeit von Kohlenstoffstrahlen vorliegen, werden die Wissenschaftler in weiteren SNAKE-Experimenten auch die strahlenbiologischen Eigenschaften von Kohlenstoff- und Protonenstrahlen vergleichen.