Tumor-Therapien: Fortschritt durch Quantencomputer, Laser und Mikro-Beschleuniger

Zum ersten Mal wurde der ECMP in Zusammenarbeit mit der Deutschen (DGMP), Österreichischen (ÖGMP) und Schweizerischen (SGSMP) Gesellschaft für Medizinische Physik organisiert. Diese Kooperation trug zu einer noch nie dagewesenen Teilnehmerzahl und einem breiten Spektrum an Themen bei, wie die beiden Kongresspräsidentinnen Prof. Dr. Yolanda Prezado und Prof. Dr. Katia Parodi betonten.

Bestrahlungspläne in Echtzeit dank Quantencomputern

Prof. Issam El Naqa, Leiter der Abteilung für maschinelles Lernen und der Abteilung für Strahlungsonkologie am Moffitt Cancer Center in Tampa, Florida, sprach über die Rolle von Quantencomputern in der Medizinphysik. Durch die immense Rechenleistung von Quantencomputern könnte seiner Meinung nach die Analyse großer Datenmengen, wie sie in der Bildgebung und Strahlentherapie anfallen, erheblich beschleunigt werden. Dies hätte zur Folge, dass individuell optimierte Bestrahlungspläne in Echtzeit erstellt werden könnten. Zwar befindet sich der Einsatz von Quantencomputern in der Medizinischen Physik noch im Anfangsstadium, das Potenzial sei jedoch enorm. „Wenn es gelingt, die technischen Herausforderungen zu meistern, könnten Quantencomputer in den nächsten Jahrzehnten zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die medizinische Forschung und Praxis werden“, so El Naqa. Dafür sei die Zusammenarbeit von Medizinphysikern, Ingenieuren und Forschern entscheidend.

Lasergesteuerte Strahlentherapie

Ein weiterer Höhepunkt war der Vortrag von Prof. Andrew Harrison, der die neuesten Entwicklungen in der lasergesteuerten Strahlentherapie vorstellte. Das ELI European Research Infrastructure Consortium in Tschechien bietet eine Plattform für die Erforschung von Hochleistungslasern. Harrison zeigte auf, wie Hochleistungslaser in Zukunft zur Erzeugung präziser und intensiver Strahlen eingesetzt werden könnten, um Tumoren effizienter und mit weniger Nebenwirkungen zu behandeln. Hochenergetische Teilchenstrahlen, insbesondere Elektronen, Protonen oder Ionen, könnten erzeugt und dann für die präzise Behandlung von Tumoren eingesetzt werden. 

Bei herkömmlichen Teilchenbeschleunigern, wie sie in der Protonentherapie verwendet werden, sind riesige und teure Anlagen notwendig, um Teilchen auf die erforderlichen Energien zu beschleunigen. Hochleistungslaser ermöglichen dagegen eine kompaktere und kostengünstigere Alternative, da sie in der Lage sind, ähnliche Teilchenströme auf einem viel kleineren Raum zu erzeugen. Das könnte die Zugänglichkeit zu fortschrittlichen Bestrahlungstechnologien erheblich verbessern und die Strahlentherapie für eine größere Zahl von Patienten verfügbar machen.

Laserbasierte Röntgenquellen treffen auf fortschrittliche Bildgebungsalgorithmen

Neben der Strahlentherapie könnte die Hochleistungs-Lasertechnologie auch die Röntgenbildgebung revolutionieren. Die Kombination von laserbasierten Röntgenquellen mit fortschrittlichen Bildgebungsalgorithmen könnte die Auflösung und Qualität der Röntgenbilder verbessern, was zu einer genaueren Diagnose führen würde. Insbesondere in der Strahlentherapieplanung wäre eine solche hochauflösende Bildgebung von großem Vorteil, da sie eine präzisere Lokalisierung des Tumors und eine bessere Anpassung der Bestrahlungspläne ermöglichen würde. Doch trotz der vielversprechenden Möglichkeiten, die Hochleistungslaser in der Strahlentherapie bieten, gibt es noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Eine der größten Hürden ist die Integration dieser neuen Technologie in die klinische Praxis, da sich bisherige laserbasierte Teilchenbeschleuniger hauptsächlich noch im experimentellen Stadion befinden. Zudem sind die anfänglichen Investitionen in die Entwicklung und den Ausbau dieser Systeme sehr hoch.

Ionisierende Strahlung auf zellulärer und molekularer Ebene

Neben futuristisch anmutenden Konzepten wie Quantencomputing und Hochleistungslasern wurden auf dem Kongress auch konkrete Fortschritte in der diagnostischen Bildgebung und Strahlentherapie vorgestellt. Die neuesten radiobiologischen Konzepte zielen darauf ab, das Verständnis darüber zu verbessern, wie ionisierende Strahlung auf zellulärer und molekularer Ebene wirkt. Diese Erkenntnisse könnten helfen, Therapien noch präziser auf den individuellen Tumor und das umliegende Gewebe abzustimmen. 

Prof. Dr. Peter Hommelhoff, Experimental-Physiker an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und Preisträger des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises, stellte das Konzept des „Accelerator on a Chip“ vor. In seinem aktuellen Forschungsprojekt beschäftigt sich Hommelhoff damit, Teilchenbeschleuniger kompakter zu machen. Mit seinem Team arbeitet er an einem Elektronen-Teilchenbeschleuniger von der Größe eines Mikrochips. „Unser Ziel ist es, einen Miniatur-Teilchenbeschleuniger zu entwickeln, um Tumoren sehr gezielt behandeln zu können“, so Hommelhoff.

22.10.2024

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