Fortschritt auf Weg zu gemischter Tumor-Ionenbestrahlung

An medizinischen Teilchenbeschleunigern wie dem MedAustron in Wiener Neustadt werden Tumore gezielt mit geladenen Teilchen (Ionen) beschossen. Im Fachjournal “Physical Review Accelerators and Beams” stellen nun Forschende einen Fortschritt bei einer Methode vor, bei der man auf zwei verschiedene Strahlen in einem setzt. Von solchen sogenannten “Mixed Beams” erhofft man sich mehr Treffsicherheit in der Krebsbehandlung.

Ionenstrahltherapien können nur an speziellen Einrichtungen angeboten werden, die über einen Teilchenbeschleuniger verfügen, in dem die von ihren Elektronen befreiten Atomkerne stark beschleunigt und mit hoher Energie auf das Tumorgewebe gelenkt werden. Hier setzt man auf Kohlenstoff-Atomkerne, die quasi so eingestellt werden müssen, dass sie möglichst gezielt das entartete, nicht aber das gesunde Gewebe schädigen.

Kohlenstoff schädigt Krebs, Helium überwacht Erfolg

Nimmt man zum Kohlenstoffstrahl auch noch einen Heliumstrahl dazu, kann das die Behandlung zielgerichteter machen, heißt es am Mittwoch in einer Aussendung der Technischen Universität (TU) Wien. Die Heliumkerne werden im “Mixed Beams”-Ansatz genutzt, um den Bestrahlungsprozess zu überwachen. Ziel ist es, möglichst wenig gesundes Gewebe zu treffen. Ob das gelingt, kann aus Messungen an Heliumkernen herausgelesen werden, die mit den Kohlenstoffionen gemeinsam auf die Strukturen gelenkt werden.

Die rund drei Mal leichteren und ebenso dreifach weniger stark geladenen Heliumionen verhalten sich im Beschleuniger sehr ähnlich wie der Kohlenstoff, durchqueren den Körper aber leichter. Misst man ihre Restgeschwindigkeit nach dem Durchlaufen der bestrahlten Stelle, lasse sich daraus darauf schließen, wie weit wiederum die Kohlenstoffkerne in das Gewebe eingedrungen sind und wie gut die Therapie verläuft.

Mix-Strahl “verrät” sein Mischverhältnis

“Damit diese Methode funktioniert, muss man allerdings genau wissen und kontrollieren können, wie hoch der Anteil der Kohlenstoff- und der Heliumkerne im Strahl ist”, wird Studien-Erstautorin Elisabeth Renner vom Atominstitut der TU Wien zitiert. Um das herauszufinden, wenden die TU-Forschenden und MedAustron-Kollegen einen Trick an: Sie nutzen eine minimale Abweichung im Drei-zu-eins-Masseverhältnis der beiden Ionen-Arten.

Dieser kleine Unterschied lässt die Atomkerne im Beschleuniger nämlich leicht abweichende Bahnen nehmen. “Im Beschleuniger wird ständig kontrolliert, ob der Schwerpunkt des Teilchenstrahls auf der vorgesehenen Bahn liegt. Kommt es zu einer Abweichung, wird die Hochfrequenz des Beschleunigers minimal angepasst. Weil Helium- und Kohlenstoffkerne sich wegen ihres winzigen Massenunterschieds nicht ganz gleich verhalten, hängt diese Frequenzkorrektur vom Mischungsverhältnis ab”, erklärte Renner. Weiß man also, wie stabilisiert werden muss, kennt man über einen Umweg auch das Mischungsverhältnis zwischen Kohlenstoff und Helium. Erste Tests am MedAustron hätten mit den mathematischen Vorhersagen gut zusammengepasst, so die Wissenschafterinnen und Wissenschafter.

(S E R V I C E – )