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Im Rahmen eines „unkonventionelles Forschungsvorhabens“ suchen Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie und des Deutschen Krebsforschungszentrums nach neuartigen Elektronenbeschleunigern für die Strahlentherapie.
Es ist ein unkonventionelles Vorhaben und hat auch deshalb eine „Wildcard“ der Carl-Zeiss-Stiftung in Höhe von 900.000 Euro bekommen: das Forschungsprojekt „Ultracompact electron accelerators for internal radiotherapy“, kurz UCART. Umgesetzt wird es von einem Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ). Die Idee: Tumore werden mit winzigen Elektronenbeschleunigern direkt im Körper bestrahlt, um das gesunde Gewebe drumherum bestmöglich zu schonen.
Denn genau das ist bisher das größte Problem der Strahlentherapie: der Kollateralschaden. Geforscht wird bereits seit Jahren an Methoden, die möglichst viel Strahlung auf den Tumor lenken. Bislang lässt sich aber nicht verhindern, dass bei der Behandlung von internen Tumoren auch die Haut und gesunde Organe geschädigt werden können.
Neuartige Elektronenbeschleuniger
Was das Team um Prof. Anke-Susanne Müller und Prof. Matthias Fuchs vom Institut für Beschleunigerphysik und Technologie (IBPT) des KIT sowie Prof. Oliver Jäkel vom DKFZ für ihre Idee zunächst entwickeln müssen, sind neuartige Elektronenbeschleuniger. Dafür will man eine neue Methode nutzen, wie Prof. Fuchs erklärt: „Wir verwenden hochintensives Laserlicht, um Elektronen über kürzeste Distanzen auf Lichtgeschwindigkeiten zu katapultieren.“
Und genau hier liegt der Clou: Mit dem lichtgetriebenen Mechanismus könnte die Größe eines Elektronenbeschleunigers um mehr als das 1.000-fache reduziert werden, von derzeit etwa einem Meter auf weniger als einen Millimeter. Übrig bliebe ein kompaktes Gerät, kaum breiter als ein Haar, das sich als Aufsatz eines Endoskops in den Körper einführen ließe.
„So könnten Tumore direkt und hochpräzise von innen bestrahlt werden, ohne gesundes Gewebe in Mitleidenschaft zu ziehen – eine völlig neue Herangehensweise“, führt Prof. Müller weiter aus. Zudem sei eine andere Wirkweise der Tumorbehandlung durch ultrakurze, aber hochintensive Ladungs- beziehungsweise Strahlendosispulse möglich – ein einziger Behandlungstermin würde dann für die Therapie ausreichen.
Grundlagenforschung nötig
Erste Tests der Hochdosisleistungstherapie hätten bereits gezeigt, dass zum Beispiel das Immunsystem durch diese Art der Bestrahlung mobilisiert werde und besser auf Metastasen reagiere, betont die Forscherin.
Derzeit braucht es allerdings noch Grundlagenforschung, um offene Fragen zu klären. Hier sind Müller mit ihrer Erfahrung in der Beschleunigerphysik und Fuchs als Experte für Hochleistungslaser gefragt. Prof. Jäkel bringt wiederum seine Expertise aus der Medizinphysik ein, wenn es darum geht, die Technologie für die Strahlentherapie zu optimieren und in ein medizinisches Gerät zu integrieren.
Kostengünstige Produktion denkbar
Ziel ist ein kompaktes Bestrahlungsgerät, das deutlich weniger Platz, Wartung und auch Strom benötigt als derzeitige medizinischen Geräte. Dies könnte eine kostengünstige Produktion ermöglichen und Strahlentherapien weltweit besser zugänglich machen, so die langfristige Vision des Forschungsteams. „Bisher ist der globale Zugang zu solchen Therapien durch die hohen Anforderungen an Infrastruktur und Kosten stark eingeschränkt“, sagt Jäkel.
In den nächsten zwei Jahren wird das UCART-Team zunächst einen ersten Demonstrator konstruieren, danach wollen die Forscher gemeinsam mit Industriepartnern den Weg für präklinische Studien bis hin zur Anwendung ebnen. Läuft alles nach Plan, könne die neue Technologie irgendwann ähnlich einfach bedient werden wie Röntgengeräte und in vielen medizinischen Einrichtungen zur Verfügung stehen, erklärt Müller: „So wären Krebsbehandlungen für eine größere Zahl von Patientinnen und Patienten verfügbar, von lokalen Arztpraxen bis hin zu Entwicklungsländern.“
