25 Jahre Tumortherapie: Präzise Waffen im Kampf gegen den Krebs
10.08.2023 |
Es war der Beginn einer Erfolgsgeschichte und ist bis heute ein herausragendes Beispiel für vorbildlich gelungenen Technologietransfer: Vor 25 Jahren starteten am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung die klinischen Studien für eine neuartige Krebstherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen. Im August und September 1998 wurden die ersten Patienten mit einer kompletten Kohlenstofftherapie über einen Zeitraum von insgesamt drei Wochen behandelt. In den folgenden Jahren führte der Weg von der Grundlagenforschung in die breite medizinische Anwendung. Als Pionier der Schwerionentherapie in Europa hat sich GSI heute zu einem zentralen Forschungszentrum auf diesem Gebiet entwickelt.
In gemeinsamer Forschung des GSI Helmholtzzentrums mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf FZR (dem heutigen Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf, HZDR) wurde die damals neuartige Schwerionentherapie vorangetrieben. Erste, einzelne Bestrahlungen mit schweren Ionen gab es bereits im Dezember 1997. Davor lagen vier Jahre technischen Aufbaus der Therapie-Einheit mit einem Patienten-Bestrahlungsplatz am Schwerionen-Beschleuniger bei GSI und 20 Jahre Grundlagenforschung in Strahlenbiologie und Physik. Initiator und Wegbereiter der Tumortherapie war Professor Gerhard Kraft. Bereits Anfang der 1980er Jahre baute er die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI auf, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war.
Weltweite Neuerungen waren die extrem zielkonforme Bestrahlung mit dem Rasterscanverfahren, die biologische Bestrahlungsplanung und die Visualisierung des Strahls im Patienten mit einem speziellen Aufnahmegerät, der PET-Kamera (Positronen-Emissions-Tomographie).
Mit großem Erfolg wurden bei GSI bis 2008 über 440 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionen des Kohlenstoffatoms behandelt. Inzwischen setzen Spezialkliniken unter anderem in Heidelberg (Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT), Marburg (Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum MIT) und Shanghai (SPHIC) maßgeschneidert um, was vor 25 Jahre bei der Darmstädter GSI begonnen hat. An der Entwicklung dieser drei Anlagen war GSI maßgeblich beteiligt. Das dreidimensionale Scannen des Strahls über den Tumor ist in der Zwischenzeit Standard in allen neuen Partikeltherapieanlagen. Die drei Zentren HIT, MIT und SPHIC haben bis heute zusammen mehr als 10.000 Patient*innen behandelt.
Heute ist Professor Marco Durante Leiter der GSI-Biophysik. Er ist anerkannter Experte auf dem Gebiet der Teilchentherapie und derzeit Präsident der Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG), einer weltweiten Organisation von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. Er wurde durch den Lenkungsausschuss der PTCOG gewählt, zu dem jedes klinische Partikeltherapiezentrum weltweit Repräsentant*innen entsendet.
Professor Durante und sein Team arbeiten unter großer internationaler Beachtung daran, die Methode durch neue Technologien und Behandlungsabläufe weiter zu optimieren und noch schlagkräftiger zu machen. So steht beispielsweise aktuell die FLASH-Bestrahlung – die Applikation einer ultrahohen Strahlendosis in sehr kurzer Zeit – weltweit stark im Fokus und wird mit hoher Expertise bei GSI vorangetrieben. Weitere Forschungsrichtungen sind auch die Behandlung von bewegten Tumoren an inneren Organen und mögliche Kombinationen von Schwerionen- und Immuntherapie.
Das derzeit bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR wird zudem die Forschungsmöglichkeiten für die Partikeltherapie der nächsten Generation noch mehr erweitern, zum Beispiel durch den Einsatz von Strahlen mit hohen Intensitäten oder von radioaktiven Ionen für die Online-PET-Bildgebung. Die Tumortherapie mit schweren Ionen eröffnet somit noch breiten Raum für weitere wissenschaftliche Erkenntnisse, damit sie in Zukunft noch besser zum Wohle vieler Patienten eingesetzt werden kann.
Wie bedeutsam die Entwicklung und Erforschung der Tumortherapie mit schweren Ionen für die Medizin ist, bestätigen 25 Jahre nach dem Start in Darmstadt auch aktuelle klinische Studien zur Kohlenstoffionen-Strahlentherapie, die am HIT in Heidelberg durchgeführt werden. Bislang hat die Forschung am HIT für mehrere Bereiche klinische Beweise für die Sicherheit und Wirksamkeit der Kohlenstoff-Ionenstrahltherapie erbracht: Sie zeigen, je nach Tumorart, eine gute Verträglichkeit der Therapie gepaart mit einer effektiven Bekämpfung des behandelten Tumors.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, betont den großen Nutzen für die Gesellschaft: „Die Ionenstrahltherapie, die bei GSI entwickelt wurde, ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie die Gesellschaft und die Menschen durch gelungenen Technologietransfer von Grundlagenforschung profitieren können. Zusammen mit starken Partnern arbeiten wir intensiv daran, neue Technologien und Methoden zu entwickeln, damit unsere wissenschaftlichen Durchbrüche auch in Zukunft der Gesellschaft zugutekommen, in der Medizin und in anderen Bereichen wie der Materialforschung oder der Computertechnologie.“ (BP)
Wissenschaftlicher Hintergrund: Die Tumortherapie mit schweren Ionen
Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Der große Vorteil der Methode: Die Ionenstrahlen, die zuvor in der Beschleunigeranlage auf sehr hohe Geschwindigkeiten gebracht wurden, entfalten ihre größte Wirkung erst im Tumor, das umliegende gesunde Gewebe wird geschont. Weil die Reichweite eines Schwerionen-Strahls millimetergenau gesteuert werden kann, können die Teilchen ihre zerstörerische Energie konzentriert im Tumor abgeben.
Mit dem ebenfalls bei GSI entwickelten und erstmals in der Schwerionentherapie eingesetzten Rasterscan-Verfahren lässt sich der Kohlenstoff-Strahl zudem sehr präzise über den Tumor führen. Die Strahlendosis kann in drei Dimensionen Punkt für Punkt im Tumorgewebe platziert werden. Zur Intensitätsregelung verweilt der Strahl so lange auf jedem Punkt, bis die berechnete Solldosis erreicht ist. Trotz der großen Zahl von bis zu 50.000 Strahlpositionen dauert die Bestrahlung eines Feldes nur wenige Minuten. Das Verfahren erlaubt eine sehr exakte Bestrahlung komplex geformter Tumoren.
