Lasergestützte Protonenstrahlen sind Alternative zur Radiotherapie

Modernste Lasertherapie macht es möglich

Protonenstrahlen sind die Hoffnungsträger in der onkologischen Strahlentherapie. Dank modernster Lasertechnologie sollen sie schon in absehbarer Zeit mit vernünftigem Aufwand und in deutlich kompakterem Format produziert werden können.

Schema: Umar Masood, HZDR
Schema: Umar Masood, HZDR

Fortschritte bei der Entwicklung einer neuen, Laser-gestützten Technologie, mit der Protonenstrahlen für die Krebstherapie nutzbar gemacht werden sollen, präsentierten Forscher des OncoRay – Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie, Medizinische Fakultät C.G. Carus der Technischen Universität Dresden, beim Europäischen Krebskongress ESMO 2014 in Madrid.

Der Hintergrund der aktuellen wissenschaftlichen Bemühungen: In der Strahlentherapie kommen derzeit Beta- (Elektronen), Röntgen oder Hoch-Energie Photonen-Strahlen zum Einsatz. Erhebliche therapeutische Vorteile erwartet man von der Verwendung von Protonenstrahlen, die es erlauben, hohe Strahlendosen ins Ziel zu bringen und dabei das gesunde Gewebe, das nicht bestrahlt werden soll, optimal zu schonen. Bei herkömmlichen Protonentherapieanlagen werden konventionelle Ringbeschleuniger zur Erzeugung von Protonenstrahlen eingesetzt, welche dann über komplexe Gantry-Systeme präzise auf die Patienten/-innen appliziert werden. Solche Anlagen sind extrem groß und sehr teuer und somit auf wenige Zentren in der Welt limitiert.

Die neue Technologie, an der unter anderem von OncoRay mit Hochdruck gearbeitet wird, könnte den Protonenstrahl in absehbarer Zeit für deutlich mehr Zentren anwendbar machen. An Stelle des Teilchenbeschleunigers könnten High Power Laser Systeme zur Erzeugung von Protonen eingesetzt werden. Dafür würden Laserstrahlen sehr hoher Lichtintensität auf Materie fokussiert, diese wird extrem heiß und verdampft nicht nur vollständig, sondern verwandelt sich für Sekundenbruchteile in Plasma. Und dieses Plasma hat das Potential, Protonen auf sehr kurzer Strecke zu beschleunigen“, erklärte Umar Masood auf dem Kongress in Madrid.

Die Vorteile sind vielfältig. Die Apparatur ist deutlich kleiner, beweglicher und um ein vielfaches günstiger. Laser lassen sich beispielsweise mit Spiegeln umlenken, sodass ein komplexes Strahlentransportsystem über Magnete nicht mehr nötig ist. Allerdings sind noch nicht alle Probleme gelöst. Denn das Plasma, in dem Protonen beschleunigt werden, bleibt jeweils nur für sehr kurze Zeit bestehen. Das Ergebnis ist ein gepulster, ultraintensiver Protonenstrahl mit großer Strahldivergenz und breitem Energie-Spektrum, der in seinen Spitzen eine erheblich höhere Dosis im Einzelpuls und damit hoher Pulsdosisleistung hat als konventionell erzeugte Protonenstrahlen.

Damit ergibt sich erheblicher weiterer Forschungs- und Entwicklungsaufwand sowohl auf der technischen, zum Beispiel was den Strahlentransport betrifft, als auch auf der strahlenbiologischen Seite. Genau dies geschieht gegenwärtig in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mehrerer deutscher Zentren und Institute mit dem Ziel, den laserbeschleunigen Protonenstrahl (laser-accelerated proton beam - LAP) in die klinische Praxis zu bringen.

„Bislang ist es uns gelungen, die Technologie soweit einsatzfähig zu machen, dass wir damit Kleintiere bestrahlen können,“ so Umar Masood. Die konzertierte Forschungsarbeit am LAP hat mittlerweile dazu geführt, dass mit dem Hochenergie-Laser-System DRACO über längere Zeit stabile Protonen-Beschleunigung erreicht werden kann. Auch ein System zum Transport des Strahls bei gleichzeitiger Energiemessung in Echtzeit wurde mittlerweile entwickelt. Umar Masood: „Die Zuverlässigkeit der Komponenten konnte mittlerweile auch in radiobiologischen Studien über mehrere Monate gesichert werden.“ Um mit der Strahlentherapie am Menschen beginnen zu können, muss allerdings noch die Energie des Protonenstrahls erheblich erhöht werden. Die Entwicklung des erforderlichen Lasers macht Fortschritte.

Quelle: ESMO Abstract Masood et al, Development of laser-driven proton beam therapy

08.10.2014

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