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Protonen und Schwerionen in der Strahlentherapie

Teilchenstrahlung (Protonen, Schwerionen) ist der heute in der onkologischen Strahlentherapie weit überwiegend eingesetzten Photonenstrahlung in einiger Hinsicht deutlich überlegen. Mit einer Teilchenbestrahlung ist schon naturgemäß eine erheblich bessere Dosisverteilung im Gewebe zu erzielen als mit einer Photonentherapie. Protonen, die geladenen Kernteilchen der Atome, oder Schwer-ionen, beispielsweise Helium-, Neon- oder Kohlenstoffionen, werden auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Aufgrund ihrer hohen Masse bilden sie ein geradlinig verlaufendes, scharf begrenztes Strahlenbündel mit nur minimaler seitlicher Streuung. Anders bei den Photonen: Aufgrund von Absorption und Streuung wird die Strahlbegrenzung der Photonen mit zunehmender Tiefe immer stärker verwischt, so dass seitlich vom Tumor liegendes Normalgewebe vergleichsweise stärker belastet wird.

Bei Photonen ist die Dosisabgabe in einer Tiefe von ca. drei Zentimetern am größten und fällt dann kontinuierlich weiter ab. Vorteil der Protonen und Schwerionen dagegen ist, dass sie erst am Ende ihrer Reichweite, kurz vor ihrem Stillstand, ihr Dosismaximum entfalten. An diesem Punkt, dem sogenannten Bragg-Peak, absorbiert das Tumorgewebe die höchste Strahlendosis. Danach kommt es zu einem steilen Dosisabfall auf nahezu null. Man kann den Therapiestrahl nun so steuern, dass die maximale Strahlendosis genau den Tumor trifft und hinter dem Tumor liegendes Normalgewebe kaum durch Strahlung belastet wird.

Aufgrund dieser hohen Präzision der Bestrahlung sind unerwünschte Nebenwirkungen, hervorgerufen durch Strahlenschäden am gesunden Gewebe, deutlich seltener und weniger schwerwiegend. Und weil der Strahl so genau trifft, kann auch die dem Tumor verabreichte Strahlendosis deutlich erhöht werden. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die bösartige Geschwulst zerstört und der Patient geheilt wird.

Bei Schwerionen kommt noch ein weiterer Vorteil hinzu: Sie haben eine erhöhte biologische Wirksamkeit. Schwerionenstrahlung führt im Vergleich zur herkömmlichen Strahlentherapie bei wesentlich mehr Tumorzellen zu einer irreparablen Schädigung des Erbguts und damit zum therapeutisch erwünschten Tod der bösartigen Zelle. Außerdem wirken Schwerionen auch auf sauerstoffarme Zellen, die in jedem Tumor vorkommen, sowie auf langsam wachsende Tumoren. Hier ist die Kraft der Photonen sehr begrenzt.

Die Möglichkeit einer Schwerionentherapie besteht derzeit nur in Chiba, Japan, und am Beschleuniger der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes der Radiologischen Universitätsklinik Heidelberg, des DKFZ, der GSI und des Forschungszentrums Rossendorf bei Dresden (FZR) werden an der Darmstädter Anlage seit Ende 1997 Patienten mit Schädelbasistumoren mit Kohlenstoffionen bestrahlt. Die Abteilung für Medizinische Physik in der Strahlentherapie beteiligt sich an diesem Projekt mit der Entwicklung von neuen, dreidimensionalen Therapieplanungsprogrammen, mit deren Hilfe die Schwerionenbehandlung sehr genau vorausberechnet und optimiert werden kann.