Tumortherapie mit Laser-Protonen

  • 21. September 2016

Laserbeschleunigte Protonenpulse zeigen sehr positive Eigenschaften für Bestrahlungstherapien.

Die Tumorbestrahlung mit Protonen hat den großen Vorteil, dass man in einem eng umrissenen Tumorgewebe hohe Energie­dosen deponieren kann, ohne das umliegende Gewebe stark zu schädigen. Allerdings benötigt man komplexe und teure Teilchen­beschleuniger, um die Protonen mit den notwendigen Energien zu erzeugen. Damit kann die Protonentherapie nur an wenigen Zentren wie dem West­deutschen Protonen­therapie­zentrum Essen angeboten werden und steht nicht allen Tumorpatienten zur Verfügung.

Abb.: Der hochenergetische und ultrakurze Laserstrahl trifft von links auf die Targetfolie aus Titan. Nur Protonen mit der passenden Energie gelangen schließlich in die rechts oben abgebildete Bestrahlungskammer mit der Zellprobe. (Bild: O. Willi)

Abb.: Der hochenergetische und ultrakurze Laserstrahl trifft von links auf die Targetfolie aus Titan. Nur Protonen mit der passenden Energie gelangen schließlich in die rechts oben abgebildete Bestrahlungskammer mit der Zellprobe. (Bild: O. Willi)

Als mögliche zukünftige Alternative zu klassischen Teilchen­beschleunigern testen Forscher den Einsatz von Laser­beschleunigern. Hierbei wird ein extrem starker Laserstrahl auf eine Folie geschossen. Der Laserstrahl verdampft die Folie und ionisiert die atomaren Bauteile. Dadurch entsteht auf sehr kleinem Raum ein extrem hohes elektrisches Feld, welches etwa Protonen beschleunigen kann. Diese Anlagen sind erheblich kleiner, einfacher aufgebaut und können deshalb auch an kleineren Einrichtungen betrieben werden.

Wissenschaftler der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf um Oswald Willi (Institut für Laser- und Plasmaphysik) und Friedrich Boege (Institut für Klinische Chemie und Labor­diagnostik) haben zusammen mit Kollegen der Universität Duisburg-Essen und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig die Eignung von Laser-beschleunigten Protonen für die Protonen­strahl­therapie untersucht. An Zellproben stellten sie fest, dass Laser-beschleunigte Protonen bei gleicher Strahlen­dosis die gleiche Zahl an DNA-Schäden verursachen wie Protonen aus konventionellen Beschleunigern. Sie zerstören damit genauso effizient Krebszellen.

Die Laser-beschleunigten Protonen bieten möglicherweise sogar einen therapeutischen Vorteil. Sie erzeugen deutlich weniger Sauerstoff­radikale, die wiederum zu unerwünschten Neben­wirkungen führen können. Eine mögliche Ursache: Die Protonen­pulse aus dem Laser-Beschleuniger sind nur Pikosekunden lang; zu kurz, um Moleküle wie Sauerstoff­radikale bilden zu können. Allerdings ist noch viele Jahre Grundlagen­forschung zu leisten, bis die Laser-beschleunigten Protonen tatsächlich in den klinischen Einsatz am Patienten kommen können.

HHU / DE

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