Gezielte Strahlenschäden gegen Krebs

  • 06. September 2018

Vor 20 Jahren gab es am GSI Helmholtzzentrum die ersten klinischen Studien zur Tumortherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen.

Vor 20 Jahren starteten am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung die klinischen Studien für eine neuartige Krebstherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen. Im August und September 1998 wurden die ersten Patienten über einen Zeitraum von insgesamt drei Wochen mit einer kompletten Kohlenstofftherapie behandelt. Das war der Startpunkt einer Erfolgsgeschichte, die von der Grundlagenforschung in die breite medizinische Anwendung führte.

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An diesem Behandlungsplatz am Beschleuniger der GSI werden die klinischen Studien zur Tumortherapie mit schweren Ionen durchgeführt. Um den Tumor exakt bestrahlen zu können, muss der Kopf des Patienten mit einer individuellen Maske fixiert werden. (Foto: A. Zschau/GSI)

Initiator und entscheidender Wegbereiter der Tumortherapie ist der Kernphysiker Gerhard Kraft. Erste Ideen, die Möglichkeiten von schweren Ionen für die Tumortherapie zu erforschen, gehen bis ins Jahr 1975 zurück. Sieben Jahre später nahm die Arbeitsgruppe Biophysik, die Kraft bis 2008 geleitetet hat, ihre Arbeit auf. Schwerpunkt der ersten zehn Jahre waren zunächst die umfangreichen strahlenbiologischen und technischen Vorarbeiten. Ab 1988 stand dann bei der GSI ein Beschleuniger mit klinisch relevanten Energien zur Verfügung.

„Die meisten haben es damals kaum für möglich gehalten, die hervorragenden biologisch-medizinischen Eigenschaften von Ionenstrahlen technisch für die Therapie nutzbar zu machen“, erinnert sich Kraft. „Dies war nur möglich durch das Zusammenwirken vieler Disziplinen wie Kern- und Atomphysik, Strahlenbiologie und -medizin, Beschleunigerphysik, Informatik und noch vielen mehr.“ Auch gab es Vorbehalte zu überwinden, denn das Thema Krebs wurde im Bereich der physikalischen Grundlagenforschung von einigen als belastend empfunden, wie Kraft 2007 in einem Artikel im Physik Journal schrieb.

An die Grundlagenforschung schlossen sich gemeinsame Entwicklungen der GSI mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschem Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf an. Erste, einzelne Bestrahlungen mit schweren Ionen gab es bereits im Dezember 1997 – nach vier Jahren mit dem technischen Aufbau der Therapieeinheit mit einem Patienten-Bestrahlungsplatz am Schwerionen-Beschleuniger der GSI.

Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Der große Vorteil der Methode: Die Ionenstrahlen, die zuvor in der Beschleunigeranlage der GSI auf sehr hohe Geschwindigkeiten gebracht wurden, entfalten ihre größte Wirkung erst im Tumor, das umliegende gesunde Gewebe wird geschont. Mit dem ebenfalls an der GSI entwickelten und erstmals in der Schwerionentherapie eingesetzten Rasterscan-Verfahren lässt sich der Kohlenstoffstrahl sehr präzise über den Tumor führen und die Strahlendosis Punkt für Punkt im schädlichen Tumorgewebe platzieren. Das Verfahren eignet sich damit vor allem für tiefliegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie zum Beispiel dem Sehnerv oder dem Hirnstamm.

Mit großem Erfolg wurden in Darmstadt bis 2008 über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich behandelt. Inzwischen setzen Spezialkliniken in Heidelberg (Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT) und Marburg (Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum MIT) sowie in Shanghai, China, maßgeschneidert um, was vor 20 Jahre an der GSI begonnen hat.

Denn die Forschungsarbeit ist nach dem Bau der Anlagen in Heidelberg und Marburg, an denen die GSI maßgeblich beteiligt war, längst nicht beendet. Derzeit arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Biophysik-Abteilung beispielsweise an der möglichen Kombination von Schwerionen- und Immuntherapie. Aktuell laufen auch Arbeiten zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen mit Ionenstrahlen. Auch hier lassen sich die Vorteile der Ionentherapie – punktgenaue Applikation und bestmögliche Schonung des umliegenden Gewebes – nutzen, sodass Kohlenstoffionen bei Herzrhythmusstörungen in einigen Jahren eine nicht-invasive Alternative zu der bisherigen Behandlung mit Herzkathetern oder Medikamenten darstellen könnten.

GSI / Alexander Pawlak

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