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Partikeltherapie

SONSTIGES

TEILCHENKANONE RETTET LEBEN - PROTON THERAPY SAVES LIVES
In ganz Deutschland entstehen Zentren für Partikeltherapie - eine neue Art der Krebsbehandlung.
Der apparative Aufwand ist gigantisch. Aber auch der Erfolg ist groß.
von Frank Grotelüschen

Reglos verharrt die Patientin auf der Liege. Sie wirkt wie eine Mumie:
Ihr Gesicht ist von einer weißen Kunststoffmaske verdeckt, nur die Nasenspitze schaut heraus. Sie
ist allein im Raum. In der Kontrollzentrale nebenan schart sich das Team aus Ärzten, Assistenten und
Physikern um ein Steuerpult. Dann - per Tastaturbefehl - beginnt die Bestrahlung:
Ein Teilchenbeschleuniger bringt Kohlenstoffkerne auf zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit und
feuert sie als wohldosierte Pulks in den Kopf der Patientin. Das Ziel: ein heimtückischer, nicht
operabler Tumor an der Schädelbasis. Partikeltherapie heißt diese Hightech-Methode der Krebsbehandlung.
Bislang wird sie in Europa nur an ein paar Forschungszentren angeboten - in Deutschland an der
Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt sowie am Helmholtz-Zentrum Berlin, dem
ehemaligen Hahn-Meitner-Institut. Doch nun entstehen überall im Land neue Anlagen: In diesem
Winter will das Heidelberger Ionenstrahl-Zentrum (HIT) die ersten Patienten empfangen. In München
könnte das fast fertiggestellte "Rinecker Proton Therapy Center" schon bald loslegen.
Auch in Essen, Köln und Kiel baut man an solchen Zentren - und investiert dafür dreistellige
Millionensummen. Der Grund für den Boom: Etliche Mediziner halten die Partikeltherapie für eine
zukunftsträchtige Methode - wirksamer und zugleich schonender als die konventionelle Strahlentherapie
mit Röntgenlicht. Das Prinzip: Ein Beschleuniger bringt geladene Teilchen auf Trab. Meist sind es
Wasserstoffkerne (Protonen), manchmal aber auch Kohlenstoffkerne. Mithilfe von Magnetlinsen lassen
sich die Kerne zu kleinen Pulks bündeln und präzise lenken. "Dann dringen die Teilchen tief in das Gewebe
ein und verlieren den Großteil ihrer Energie an einem bestimmten Punkt", erläutert HIT-Projektleiter
Klaus Staab. "Man kann sich das wie eine kleine Explosion vorstellen." Zur Explosion kommt es, weil
die Teilchen so langsam geworden sind, dass sie nicht mehr allein mit den Atomhüllen der Gewebe-
moleküle interagieren, sondern auch mit den Atomkernen. Mit diesem Prinzip wollen die Experten
dem Ziel einer jeden Strahlentherapie näher kommen: größtmögliche Wirkung bei kleinstmöglicher
Nebenwirkung. Eine maximale Strahlendosis soll das Ziel treffen - den Tumor -, und nur eine minimale
Dosis soll das umliegende gesunde Gewebebelasten. "Mit Teilchen können Sie die Bestrahlung sehr
präzise an den Tumor anpassen", nennt Marc Münter vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ)
in Heidelberg den Vorteil dieser Therapieform. "Mit Röntgenstrahlung geht das nicht, auch wenn sie sich
heute mit modernen Blendensystemen viel gezielter bündeln lässt als früher."

HEILUNG DURCH ZERSTÖRUNGSKRAFT - HEALING THROUGH POWER OF DESTRUCTION
Erste Versuche mit den heilenden Teilchen unternahmen US-Forscher bereits in den Fünfzigerjahren -
damals mit der Protonentherapie, also mit Wasserstoffkernen. Später versuchten es Experten auch mit
schwereren Teilchen wie Kohlenstoffkernen. Diese "Ionenstrahltherapie" wurde seit 1997 vor allem an der
GSI in Darmstadt entwickelt - eigentlich ein Ort für Grundlagenforscher. Das Plus der Kohlenstoffkerne:
Sie sind zwölfmal schwerer als Protonen, haben demzufolge eine höhere Flugenergie und dringen deshalb
auch tiefer in den Körper ein. Außerdem sind sie biologisch wirksamer: Im Tumorgewebe entfalten sie eine
noch destruktivere Kraft als Wasserstoffkerne. Der Haken: Der apparative Aufwand für die Ionenstrahl-
therapie ist beträchtlich. Das zeigt ein Besuch an der GSI. Der provisorisch anmutende Behandlungstrakt
liegt zwar in ein paar schlichten Baracken, doch nebenan steht einer der leistungsstärksten Teilchen-
beschleuniger Deutschlands. Radiowellen, so stark wie bei einem Sendemast, katapultieren die Kohlen-
stoffkerne davon. Sie fliegen in einer armdicken Röhre, die Spezialpumpen auf Weltraum-Vakuum gebracht
haben. Wuchtige, aber äußerst präzise Magneten halten die Partikel auf der vorgesehenen Bahn und lenken
sie in den Behandlungsraum.

MASKE MIT FADENKREUZ
Der Raum steckt zum Strahlenschutz hinter meterdicken Betonmauern. Der Patient ruht auf einer Liege.
Sein Gesicht wird von einer extrem eng anliegenden, individuell angefertigten Maske bedeckt. Auf der
Maske ist eine Art Fadenkreuz aufgezeichnet. Es fungiert als Anhaltspunkt für einen Laser, mit dessen
Hilfe der Kopf auf einen Millimeter genau fixiert werden kann. "Das Anpassen der Maske war schrecklich.
Als würde man den Kopf in einen viel zu kleinen Motorradhelm zwängen!", berichtet Thea Britz, Patientin
aus dem hessischen Groß-Umstadt. "Mein erster Gedanke war, die Therapie abzubrechen. Doch nach
einiger Zeit habe ich mich daran gewöhnt." Diffuser Schwindel, quälender Kopfschmerz und Sehschwierig-
keiten hatten sie jahrelang heimgesucht. Dann, im Sommer 2007, kam die Diagnose: ein gefährlicher
Weichteiltumor (Chordom) an der Schädelbasis. Kurz darauf entfernten die Chirurgen den Teil des
Geschwürs, der operabel war. "Nun arbeite ich wieder, und es geht mir recht gut", sagt Britz. Um den
Rest des Tumors in Schach zu halten, entschied sie sich für die Ionenstrahltherapie in Darmstadt.
20 Bestrahlungen muss sie über sich ergehen lassen - jeden Tag eine. Jede dieser Sitzungen dauert im
Schnitt eine knappe halbe Stunde, wobei die eigentliche Bestrahlung nur ein bis zwei Minuten währt.
Den Rest der Zeit benötigt die genaue Einstellung des Strahls und der Geräte. "Bis auf ein großes
Schlafbedürfnis in den ersten Tagen und eine gereizte Rachenschleimhaut spüre ich keine Neben-
wirkungen" , sagt Thea Britz. "Ich erhoffe mir von der Therapie, dass der Tumor nicht mehr weiter wächst.
Und ich bin optimistisch, denn die Erfolgsrate spricht dafür." In der Tat: Seit 1997 hat die GSI in
Zusammenarbeit mit dem DFKZ und der Universitätsklinik Heidelberg rund 400 Patienten mit seltenen
Tumoren wie Chordomen, Chondrosarkomen (Knorpelkrebs) und adenoidzystischen Karzinomen

(Speicheldrüsenkrebs) behandelt. "Je nach Krebsart konnte bei 75 bis 90 Prozent der Patienten das
Tumorwachstum gestoppt werden", sagt Marc Münter, "zumindest für den Beobachtungszeitraum
von fünf bis zehn Jahren." Aussagen über den Langzeiterfolg der Therapie sind allerdings noch nicht
möglich, da die ersten Patienten erst 1997 behandelt wurden.

ROBOTER MIT MARTIALISCHEM LOOK
Doch die Anlage an der GSI hat bald ausgedient. Abgelöst wird sie durch das Heidelberger
Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT. Schon die großzügige Eingangshalle macht dem Besucher klar: HIT ist keine
provisorische Forschungsbaracke, sondern eine hochmoderne Klinikeinrichtung. Was an der GSI noch
zeitraubend per Hand erledigt werden musste, läuft in den drei Behandlungsräumen von HIT zum großen
Teil automatisch. So steckt unter der Liege ein Bodenroboter, der den Patienten millimetergenau in die
korrekte Position dreht, neigt und kippt. Der Röntgenroboter an der Decke senkt sich auf Befehl herab
und schwenkt um den Patienten herum, um ihn aus verschiedenen Blickwinkeln zu durchleuchten. "Diese
Roboter sehen auf den ersten Blick martialisch aus. Aber das Umfeld ist freundlich", sagt Andreas Peters,
leitender Beschleunigerphysiker am HIT - und deutet auf die Wände, die mit hellem Holz verkleidet sind.
Technisches Highlight ist die Gantry - eine übermannsgroße Trommelröhre, die um die Patientenliege
rotieren kann. Mit ihrer Hilfe kann man die Patienten aus allen möglichen Winkeln bestrahlen und dadurch
Tumore erreichen, die für eine Therapie sonst sehr ungünstig liegen, etwa nahe am Rückenmark. Doch der
technische Aufwand ist enorm. Peters öffnet die Tür neben der Trommel und betritt einen Raum von den
Ausmaßen einer kleinen Turnhalle, den der Patient nicht zu sehen bekommt. Darin steht ein Ungetüm aus
dunkelblau lackiertem Stahl - ein Konglomerat aus mannsdicken Streben und wuchtigen Magnetklötzen,
drei Stockwerke hoch und 600 Tonnen schwer. 450 Tonnen davon sind wie ein Karussell um 360 Grad
drehbar, nur so lässt sich der Kohlenstoff-Strahl in die gewünschte Richtung lenken. Obwohl große Massen
bewegt werden, soll der Teilchenstrahl den Patienten auf einen halben Millimeter genau treffen. "Ein
ehrgeiziges Ziel", gibt Peters zu. "Das Ding ist ein weltweit einzigartiger Prototyp, und wir müssen erst
mal lernen, wie man damit umgeht."

SCHÜSSE AUF BEWEGLICHE ZIELE
Im Dezember sind die ersten Bestrahlungen in der neuen Heidelberger Anlage geplant. Künftig sollen pro
Jahr 1300 Patienten behandelt werden - nicht nur aus Deutschland, sondern aus ganz Europa und sogar
aus den USA. "HIT ist die erste Anlage auf der Welt, mit der Protonen- und Kohlenstoffbehandlungen
möglich sind", sagt Projektleiter Klaus Staab. Zukünftig wollen die Heidelberger auch mit weiteren
Atomkernsorten experimentieren, insbesondere mit denen von Helium und Sauerstoff. Das Kalkül:
Ein Sauerstoffkern ist um ein Drittel schwerer als ein Kohlenstoffkern und könnte dadurch das
Tumorgewebe noch effektiver schädigen. Außerdem planen die Forscher Experimente, bei denen
sie Geschwülste in Herz und Lunge anpeilen - beides Organe, die sich bewegen. Zwei Strategien
sind möglich: Entweder muss der Strahl der Bewegung des schlagenden Herzen präzise nachgeführt
werden. Oder man schaltet ihn immer nur dann für einen Sekundenbruchteil ein, wenn der Tumor gerade
durchs Visier fährt.
Am Europäischen Teilchenforschungszentrum CERN in Genf tüfteln die Experten schon an einer noch
effektiveren Variante der Partikeltherapie. Sie wollen den Tumor nicht mit Protonen beschießen, sondern
mit Antiprotonen - Wasserstoffkernen, die aus Antimaterie bestehen. Trifft ein solches Antiteilchen auf
ein normales Materieteilchen, vernichten sich beide vollständig und zerstrahlen zu purer Energie. Der
Physiker spricht vom Prozess der Annihilation. "Wir hoffen damit jene schweren Erkrankungen behandeln
zu können, die selbst mit Protonen oder Kohlenstoff nicht mehr zu therapieren sind", sagt der ehemalige
CERN-Physiker Michael Holzscheiter, der heute in den USA lehrt, an der University of New Mexico in
Santa Fe. "Aber bis wir die ersten Patienten mit Antiprotonen bestrahlen können, dürften noch zehn Jahre

vergehen."

KEIN PATENTREZEPT FÜR ALLE FÄLLE
Routinemäßig wird die Partikeltherapie derzeit nur zur Behandlung weniger und zudem seltener
Tumorarten eingesetzt.
Die gesetzlichen Krankenkassen übernehmen bloß bei drei Indikationen die Behandlungskosten:
bei Chordomen und Chondrosarkomen an der Schädelbasis, bei Gefäßfehlbildungen im Gehirn sowie bei
besonders schweren Fällen von Darmkrebs. Ab 2009 sollen weitere Indikationen dazukommen:
Leberzell-, Lungen- und Speiseröhren-Karzinome, spezielle Augentumore sowie bestimmte Tumore im
Kindesalter - allesamt seltene Erkrankungen. Zudem ist die Behandlung von bestimmten Voraus-
setzungen abhängig, insbesondere vom Stadium der Krebserkrankung sowie von der Größe und Lage
des Tumors. Aber die Therapie mit den schnellen Teilchen hat ohnedies ihre Grenzen: Bei Tumoren,
die nicht sauber gegenüber dem gesunden Gewebe abgegrenzt sind, dürfte sie alleine nicht ausreichen.
Man muss sie mit einer Chemotherapie kombinieren oder aber auf Röntgenlicht ausweichen. Und:
"Bei bösartigen Gehirntumoren können auch wir keine Wunder bewirken", sagt Münter.
Ein weiterer Nachteil: Das Verfahren ist teuer. Eine konventionelle Röntgentherapie kostet rund 3000 Euro,
eine Partikeltherapie etwa 20 000 Euro. Der Grund liegt in den enormen Investitionen: Der Bau einer Anlage
kostet zwischen 100 und 180 Millionen Euro. Doch gerade die privat finanzierten Zentren wie das Rinecker
Proton Therapy Center in München sind letztlich darauf angelegt, Profite zu erwirtschaften. "In diesen
Anlagen will man vermutlich künftig möglichst viele Krebsarten mit Protonen behandeln", schätzt Marc
Münter. "Aber davon sind wir noch weit entfernt. Vorher müssen wir diese Methode in weiteren klinischen
Studien etablieren." ?GROTELÜSCHEN ist Physiker und Wissenschaftsjournalist in Hamburg. Er ist beeindruckt
vom Engagement der Forscher für die Patienten.

WIE DAS HEIDELBERGER IONENSTRAHL-THERAPIEZENTRUM (HIT) FUNKTIONIERT

1 Die IONENQUELLE erzeugt die für die Bestrahlung verwendeten geladenen Teilchen. Ausgangspunkt
sind kleine Gasflaschen, zum Beispiel gefüllt mit Kohlendioxid. Das Gas strömt in ein Behältnis und wird dort
mit Elektronen bombardiert. Dadurch brechen die Moleküle in Atome auf. Außerdem verlieren die Kohlenstoff-
atome einen Teil ihrer Elektronen. Nun sind sie elektrisch geladen (Ionen). Mithilfe von elektromagnetischen
Feldern können sie in den
2 LINEARBESCHLEUNIGER geschleust werden. Diese fünf Meter lange, luftleer gepumpte Stahlröhre bringt
die Ionen weiter auf Trab und formt sie zu winzigen gebündelten Paketen. Am Ende der Röhre haben die
Ionen bereits gut ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit erreicht. Sie schießen durch eine feine Kohlenstoff-
folie und streifen dabei ihre restlichen Elektronen ab. Danach werden sie von starken Magneten in das
3 SYNCHROTRON gelenkt - eine Art Kreisschleuder für Teilchen. Wuchtige Magnete halten die
Ionen auf der Bahn. Elektrische Wellenfelder beschleunigen sie auf bis zu 219 000 Kilometer pro Sekunde, das
sind 73 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet: In jeder Sekunde durchrasen die Teilchen rund
3,4 Millionen Mal den Ring. Dann werden sie durch

4 VAKUUM-STRAHLROHRE zu den Bestrahlplätzen geleitet. Vor jedem dieser Bestrahlplätze sitzen
zwei "Scanner" - Magnete, die den Ionenstrahl horizontal und vertikal verschieben.
So lässt sich der Teilchenbeschuss präzise steuern.

5 An den beiden HORIZONTALBESTRAHLPLÄTZEN schießt der Ionenstrahl seitlich aus einem
Fenster heraus. Damit er den Tumor punktgenau treffen kann, wird der Patient auf einer
Roboterliege platziert. Maßgefertigte Schalen aus Kunststoff halten den zu bestrahlenden
Körperteil fest - Kopf, Körper oder Extremitäten. Die Bestrahlung dauert nicht länger als
fünf Minuten.

6 Vor der Behandlung überprüft ein RÖNTGENROBOTER, ob der Patient in der optimalen
Position liegt. Von der Decke aus kann er um den Patienten herumschwenken und digitale Bilder
aus den verschiedensten Blickwinkeln aufnehmen. Die Bilder erscheinen im Kontrollraum, wo das
Personal sie umgehend begutachten kann.

7 Die GANTRY, ein 600 Tonnen schweres und zugleich hochpräzises Drehgestell, macht es möglich,
den Teilchenstrahl aus sämtlichen Winkeln auf den Patienten zu lenken. Das mächtige Gestänge
kann den Strahl um insgesamt 360 Grad drehen. Es basiert auf derselben Technik, die für
Riesenteleskope in der Astronomie verwendet wird.

8 Am GANTRY-BESTRAHLPLATZ liegt der Patient in einer großen Trommel auf einem speziellen
Robotertisch. Auch hier sorgt ein digitales Röntgengerät für die optimale Bestrahlungsposition.
Mit dem drehbaren Teilchenstrahl der Gantry lassen sich Tumore auch dann erreichen,
wenn sie sehr ungünstig liegen, zum Beispiel in der Nähe hochempfindlicher Organe.




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