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Tumorbekämpfung

Heilung durch schädigende Wirkung von Strahlung

Die Diagnose "Krebs" klingt in den Ohren vieler Menschen wie ein Todesurteil.

Neue Bestrahlungstechniken können bei Patienten mit bisher schwer therapierbaren Tumoren jedoch Heilung bringen. Der folgende Beitrag legt den Schwerpunkt auf die zu erwartende Überlegenheit von Teilchenstrahlen gegenüber Neutronenstrahlung und konventioneller Röntgenstrahlung bei der Behandlung bestimmter Krebsarten. Die Teilchentherapie mit Protonen, vor allem aber mit Kohlenstoff-Ionen, schneidet dabei erheblich besser ab als die Neutronentherapie, wie sie am neuen Garchinger Reaktor vorgesehen ist.

Heilungschancen durch Strahlung

In Deutschland erkranken jedes Jahr etwa 340.000 Menschen neu an Krebs (Robert-Koch-Institut 1997). Damit erkrankt hierzulande etwa jeder dritte an dieser lebensbedrohenden Krankheit. (Die angegebenen Zahlen beruhen in Ermangelung einer exakten Krebsstatistik auf Schätzungen). Es bestehen Heilungschancen, solange sich keine Metastasen gebildet haben und der Tumor lokalisiert ist. Die Hälfte der an Krebs Erkrankten wird mit chirurgischen Methoden behandelt. Zehn Prozent der Fälle werden ausschließlich mit Zytostatika chemotherapiert. Nahezu 40 Prozent aller Krebserkrankungen werden allein oder in Kombination mit anderen Methoden bestrahlt. Bestrahlung erfolgt entweder extern durch eine entsprechende Strahlenquelle, intraoperativ oder durch in das kranke Organ eingebrachte radioaktiv strahlende Präparate (z.B. Jodtherapie, Brachytherapie). Die externe Bestrahlung erfolgt überwiegend mit energiereicher Röntgen- bzw. Gammastrahlung (in der Literatur meist als Photonenstrahlung bezeichnet). Daneben gibt es die Bestrahlung mit atomaren Teilchen. Diese Alternative zur Röntgenbestrahlung kam bisher nur relativ selten bei speziellen Tumoren zur Anwendung.

Die Effektivität der konventionellen Strahlentherapie hat sich in den letzten Jahrzehnten durch den Einsatz von Gammastrahlung mit höheren Energien erheblich verbessert. Die Entwicklung ging von der 200 kV(Kilovolt)-Röntgenstrahlung über Cs-137 (660 keV, Kiloelektronenvolt) und Co-60 (1,1 MeV, Megaelektronenvolt) bis zur Nutzung von Linearbeschleunigern (4 - 40 MeV). Darüber hinaus ermöglichen heute moderne Bestrahlungstechniken die Anwendung von Strahlung mit hoher Dosis und mit sehr großer Präzision. Durch den Einsatz von schweren Teilchen (Hadronen), zu denen Protonen, Schwerionen, Neutronen und Pionen zählen, kann bei der Behandlung beispielsweise sowohl physikalisch wie biologisch die Trennschärfe (Selektivität) erhöht werden. Dies heißt, nur der Tumor soll im Idealfall durch Bestrahlung getötet werden, so als hätte man ein chirurgisches Messer angesetzt. Hoffnung würde eine solch selektive moderne Bestrahlungstechnik Patienten mit kaum zugänglichen, verästelten und bislang nicht operablen Tumoren bringen. Geladene Teilchen, wie Protonen und schwere Ionen sind dafür die geeigneten Geschosse. In Europa hat sich die Protonentherapie am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen, Schweiz, einen guten Namen verschafft.

Geschosse gegen Krebs

Von den ersten Vorschlägen, geladene Teilchen in der Tumorbehandlung anzuwenden, bis heute verging mehr als ein halbes Jahrhundert. Seit den Untersuchungen des Ionisationsverlaufs entlang der Bahn von doppelt positiv geladenen Alpha-Teilchen (W.Bragg, 1905) war es bekannt, dass die Ionisationsintensität am Ende der Teilchenbahn ein scharfes Maximum hat, das so genannte Bragg-Maximum. Das gilt auch für andere geladene Projektile, wie Elektronen, Protonen oder schwere Ionen. Wählt man also die Teilchenenergie so hoch, dass das definierte Ende der Reichweite, also der Bragg-peak, im Tumor zu liegen kommt, dann wird das Zellschädigungspotenzial dort selektiv wirksam. In den folgenden vier Jahrzehnten wurden Teilchenbeschleuniger mit genügend hoher Strahl-Energie entwickelt: eine Voraussetzung, um auch tief ins Gewebe vordringen zu können.

Erst danach, seit etwa 1940, gab es erste Ansätze zur Tumortherapie mit Beschleunigerstrahlen. Am Zyklotron ¹ in Berkeley (USA) erkannte R. Wilson (1945) bei seinen Reichweiten-Untersuchungen von Protonen und Kohlenstoffatomen das Potenzial, das die zugehörigen Tiefendosiskurven (deponierte Dosis mit wachsender Eindringtiefe) für die Tumortherapie boten. Aber es verging noch ein Jahrzehnt, bevor in Berkeley Patienten mit Protonen bestrahlt wurden. 1958 erfolgten erste Bestrahlungen mit Heliumionen und 1975 mit schweren Ionen. Berkeley war für die Nuklearmedizin der Geburtsort vieler Anwendungen von neuen kernphysikalischen Methoden, und viele erfolgversprechende Techniken verbreiteten sich von dort aus schnell über die ganze Welt. So auch die Teilchentherapie: Weltweit wurden bisher etwa 20.000 Patienten erfolgreich mit Ionen, vor allem Protonen, behandelt. In Deutschland wird mit Protonen bislang nur an einer kleinen Einrichtung am Rhön-Klinikum, Bad Neustadt/Saale, behandelt.

Allerdings soll es in naher Zukunft drei weitere Einrichtungen zur Behandlung von Krebs mit Teilchenstrahlen geben. Am Forschungsreaktor FRM II der Technischen Universität München ist vorgesehen, Krebspatienten mit Reaktorneutronen zu bestrahlen (vgl. dazu Umweltnachrichten 78/98). Das Bundesumweltministerium hat als Aufsichtsbehörde mittlerweile grünes Licht für die Genehmigung des FRM II gegeben. Sobald die Betriebsgenehmigung ausgesprochen ist, könnte in Garching nach der etwa ein halbes Jahr dauernden Anfahrphase mit der Behandlung von Patienten begonnen werden.

Es gab aber auch schon den Startschuss für zwei weitere durchaus vielversprechende Einrichtungen:

  1. In München wurde mit dem Bau des Rinecker Proton Therapy Center begonnen. Von Ende 2004 an sollen in dem aus privaten Mitteln finanzierten Zentrum Krebspatienten mit Protonen therapiert werden. Die Errichtung eines solchen Zentrums stand in Konkurrenz zu dem Vorhaben der Hochschulen in Erlangen, Regensburg und München, die einen Protonenbeschleuniger in Garching zum Einsatz bringen wollten. Die Idee war, dass in Kombination mit der Neutronentherapie am FRM II in Garching ein Spitzenplatz für die Behandlung von Krebs entstehen könnte. (SZ vom 21.10.02, Das Rennen um die heilenden Strahlen)

  2. Das GSI-Therapie-Projekt, bei dem man sich für Kohlenstoff-Ionen als Projektile entschieden hat, wurde in Zusammenarbeit mit dem Heidelberger Klinikum und dem Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt, durchgeführt. Im Rahmen der „Experimentaltherapie“ wurden seit 1997 Patienten bestrahlt und die Bestrahlungsplanung strahlenbiologisch optimiert. Aufgrund der guten klinischen Ergebnisse wurde mit dem Bau eines klinischen Schwerionenzentrums in Heidelberg begonnen. Es soll voraussichtlich 2005 in Betrieb gehen.

Ausblick

Protonen und schwere Ionen, wie Kohlenstoff, besitzen im Vergleich zu anderen Strahlenarten sehr günstige physikalische Eigenschaften und versprechen optimale Therapieergebnisse. Ionen zeichnet eine physikalische Präzision der Dosisverteilung in der Körpertiefe aus. Kohlenstoff-Ionen haben außerdem noch eine erhöhte biologische Wirksamkeit im Zielvolumen. Sie bieten sich daher an, um auch für problematische Fälle (bösartige Tumore, die aufgrund ihrer Nachbarschaft zu empfindlichen Organen weder der Chirurgie noch der herkömmlichen Strahlentherapie zugänglich sind) eine lokale, auf heilende Wirkung zielende Therapietechnik zu entwickeln.

Nach dem derzeitigen Stand der klinischen Forschung zeichnet sich ein Vorteil ab für hoch ionisierende Strahlung (Kohlenstoff-Ionen) zur Behandlung bestimmter bösartiger Tumore der Hauptspeicheldrüsen, von Adenokarzinomen der Prostata, Weichteilsarkomen, Lokalrezidiven des Rektums und von adenoidzystischen Tumoren der Nasenhöhlen. Die Strahlentherapie mit Protonen ist für oberflächennahe Tumore gut geeignet, wie Aderhautmelanome, Chordome und Chondrosarkome, und zeigt positive Ansätze bei Oesophaguskarzinomen, hepatozellulären Tumoren, Adenokarzinomen der Prostata, Meningiomen und Hypophysentumoren.

Da die deponierte Gesamtdosis bei der Strahlentherapie mit Ionenstrahlen geringer ist als bei der konventionellen Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung oder bei der Neutronenstrahlung, ist die Ionentherapie für nahezu alle Tumore, die strahlentherapiert werden, das vorteilhaftere Konzept, so auch für Tumore der Hauptspeicheldrüsen, der Nasenhöhlen, des Zentralen Nervensystems der nicht-kleinzelligen Bronchialkarzinome, und Tumoren bei Kindern. Ob Protonen oder Kohlenstoff-Ionen die klinisch optimalen Teilchenstrahlen sind, lässt sich noch nicht abschließend beurteilen. Klar ist aber, dass die Teilchentherapie mit Protonen, vor allem aber mit Kohlenstoff-Ionen, erheblich besser ist als die Neutronentherapie. Insofern stellt die Patientenbestrahlung am neuen Garchinger Forschungsreaktor, sobald sie aufgenommen wird, bereits schon einen „alten Hut“ dar.

Aus unserer Mitgliederzeitschrift Umweltnachrichten, Heft 98 / Mai 2003

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Dieser Beitrag ist in erweiterter Fassung im November 2003 in einer 24-seitigen Broschüre erschienen.

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