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Die an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt entwickelte sehr erfolgreiche Krebstherapie mit Schwerionen ist bisher hauptsächlich bei Gehirntumoren möglich – denn der Kopf kann völlig ruhig gestellt werden. Nur so kann der millimetergenaue Ionenstrahl die Krebszellen sicher treffen. Die sehr häufigen Tumore im Brust und Bauchbereich bewegen sich durch Atmung oder Verdauung, was die Behandlung schwierig macht. Bei GSI ist es Forschern nun erstmals gelungen einen nachgebauten Tumor in einem atmenden Brustkorbmodell so zu bestrahlen, wie es auch am echten Patienten möglich wäre.
Die Atmung ist ein sehr komplexer Vorgang. Ist ein Mensch aufgeregt oder entspannt, hustet oder räuspert er sich – stets geht seine Atmung in einem anderen Takt. Bei jeder dieser Bewegungen zieht das Zwerchfell die Lunge und somit alle inneren Organe hin und her. Auch der Tumor in einer Lunge ist so stets in Bewegung.
Um die Behandlung eines Lungentumors zu entwickeln haben die Wissenschaftler zunächst einen Brustkorb auf Basis eines Lehrskeletts nachgebaut. „Wir nennen das Thorax-Modell ‘Bruce Lee’“, erzählt Dr. Robert Kaderka, Biophysiker bei GSI. Inspiriert habe sie der Handelsname „Skelett Bruce“. Das Modell besteht aus Haut, Rippen, einer Wirbelsäule und dem zu bestrahlenden Tumor. Ein Elektromotor hebt und senkt den Brustkorb wie bei der Atmung. „Gleichzeitig bewegt ein Roboterarm den Tumor auf realistische Weise in der Lunge mit“, so Kaderka weiter.
Um den Tumor zu bestrahlen, haben die Forscher zunächst eine zeitaufgelöste CT-Aufnahme des Brustkorbs gemacht. So wissen sie genau, wie sich der Tumor während eines Atemzugs bewegt und können die Bestrahlung planen. Während das Modell bestrahlt wird, nehmen Kameras die Bewegung des Brustkorbs von außen in Echtzeit auf. Diese Information speisen sie in eine Software ein. „Die Software simuliert ein neuronales Netzwerk, also ein Gehirn“, sagt Privatdozent Dr. Christoph Bert, Leiter der Gruppe Medizinische Physik bei GSI. „Sie lernt wie ein bestimmter Mensch atmet.“ Aus diesen Daten kann die Software auf die Bewegung des Tumors in der Lunge schließen und innerhalb von Millisekunden den Schwerionenstrahl anpassen.
In dem künstlichen Tumor befinden sich 20 Ionisationskammern und fünf radiografische Filme, die aufzeichnen, ob der Strahl tatsächlich dort ankommt, wo er schädliche Tumorzellen zerstören soll. Das ist entscheidend, denn trifft der Schwerionenstrahl nicht genau den Tumor, kann das umliegende Gewebe geschädigt werden. Außerdem ist die Dosis im Tumor dann zu gering, um alle Krebszellen abzutöten. Noch werden die Ergebnisse ausgewertet, aber die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Bestrahlung erfolgreich war.
Die Kameras und die Software kommen aus Mailand. Matteo Seregni und seine Kollegen haben das nötige Know-How, um sie zu bedienen. Er ist Doktorand am Polytechnikum Mailand und war drei Monate bei GSI vor Ort um die Experimente vorzubereiten. Nur durch geschickte Kombination von Spezialisten und durch die internationale Zusammenarbeit kann ein solches Projekt in diesem Zeitrahmen umgesetzt werden. Sowohl die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Siemens AG, als auch die EU-Projekte ENVISION (European NoVel Imaging Systems for ION therapy) und ULICE (Union of Light-Ion Centres in Europe) haben verschiedene Teile des Aufbaus unterstützt.
Originalveröffentlichung:
„A breathing thorax phantom with independently programmable 6D tumour motion for dosimetric measurements in radiation therapy“, P. Steidl et al., Physics in Medicine and Biology, 21. April 2012;57(8):2235-50. Epub 2012 Mar 29.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22455990?dopt=Abstract
http://www.gsi.de/start/aktuelles/detailseite/datum/2012/07/17/erste-tests-fuer-... - Pressemitteilung
- Video des atmenden Brustkorbs
Thoraxmodell
Foto: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
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Dr. Robert Kaderka (l.) und Matteo Seregni (r.) betreuen das Experiment.
Foto: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
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Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Information technology, Mechanical engineering, Medicine, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
Thoraxmodell
Foto: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
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Dr. Robert Kaderka (l.) und Matteo Seregni (r.) betreuen das Experiment.
Foto: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
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