Mikrostrahltherapie gegen Krebs: Forschungsarbeit ausgezeichnet

Die Wirksamkeit der Strahlentherapie stößt bei aggressiven Krebsarten an ihre Grenzen, wenn dadurch nahegelegene strahlensensitive Risikoorgane zu stark geschädigt werden. Um die Behandlung zu verbessern, hat Dr. Johanna Winter in ihrer Dissertation untersucht, wie die Mikrostrahltherapie einen zielgenaueren Einsatz ermöglicht.

Für ihre Arbeit wurde die Wissenschaftlerin, die am Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München und am Helmholtz Zentrum München tätig ist, nun mit dem mit 5000 Euro dotierten Klee-Preis ausgezeichnet. Die Deutsche Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE (VDE DGBMT) schreibt den Preis jährlich gemeinsam mit der Stiftung Familie Klee zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses aus.

„Mir ging es darum, Tumore gezielter zu bestrahlen und Patientinnen und Patienten gleichzeitig weniger Nebenwirkungen auszusetzen”, erklärt Winter. „Außerdem wird die Behandlungsdauer bei der Mikrostrahlentherapie kürzer, was die Kosten reduziert.“ Um dafür den Weg zu ebnen, musste eine geeignete Mikrostrahlquelle identifiziert und eine passende Bestrahlungsplanung entwickelt werden.

Röntgenröhre statt Teilchenbeschleuniger: Quelle für Mikrostrahlen

Bislang gab es weltweit nur einzelne große Teilchenbeschleuniger, die in der Lage sind, Mikrostrahlen zur Krebsbehandlung zu erzeugen. Damit war ihr Einsatz auf präklinische Forschungsprojekte beschränkt. Winter hat mit ihrer Dissertation daran gearbeitet, eine kompakte Quelle zu identifizieren, die sich am Ende im Klinikalltag nutzen lässt. Um das zu ermöglichen, hat sie die Idee einer Linienfokus-Röntgenröhre aufgegriffen. Der Clou daran ist, 50 Mikrometer schmale Strahlen in der erforderlichen Dichte zu erzeugen, ohne dass dabei zu hohe Temperaturen entstehen.

Winter erläutert: „Um Mikrostrahlen zu generieren, leiten wir einen Elektronenstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf ein sich drehendes Metallrad aus Wolfram – konventionelle Lösungen könnten dabei so viel Hitze produzieren, dass das Metallrad schmilzt. Das ist bei 3400°C der Fall.“ Über Computersimulationen konnte Winter die Führung des Strahls und die Wärmeentwicklung so optimieren, dass eine Realisierung möglich wurde. Inzwischen hat sie mit ihrem Team einen Prototyp gebaut, der Mikrostrahlen mit hoher Dosisleistung generiert.

Bestrahlungsplanung: Tumor bekämpfen, umliegendes Gewebe intakt lassen

Ein weiterer Aspekt von Winters Dissertation ist die Entwicklung von Bestrahlungsplänen, die sich mit der neuen Behandlungsmethode verwenden lassen. Die bisher genutzten Algorithmen, die für die Planung einer Strahlentherapie auf Basis einer dreidimensionalen Dosisberechnung notwendig sind, lassen sich nicht 1:1 auf die Mikrostrahlentherapie übertragen.

„Wir haben ein Streifenmuster mit sehr hohen Dosen und schwächeren Dosen, das in der Berechnung zu berücksichtigen ist.“ Um klinische Studien vorzubereiten, hat Winter Rechenmodelle entwickelt und für verschiedene Tumorarten Dosisverteilungen berechnet, die zeigen, dass eine hohe Wirksamkeit bei geringen Nebenwirkungen zu erwarten ist. „Mit dem Prototyp und den grundlegenden Berechnungen sind wir zwei gute Schritte vorangekommen. Es steht noch einiges an Forschung an, aber unser Ziel ist, diese Behandlungsform in die Praxis und ein Serienprodukt auf den Weg zu bringen“, hält Winter fest.