Grundlagenforschung lässt Krebs-Patienten hoffen

Grundlagenforschung lässt Krebs-Patienten hoffen

Krebstherapie: Behandlungsplatz am GSI Helmholtzzentrum. Bild: A. Zschau/GSI Helmholtzzentrum
Krebstherapie: Behandlungsplatz am GSI Helmholtzzentrum. Bild: A. Zschau/GSI Helmholtzzentrum

Eine Tumortherapie, die bei neun von zehn Patienten wirkt und nur in wenigen Einzelfällen Nebenwirkungen zeigt, klingt fast wie eine Utopie. Doch die Strahlentherapie mit Kohlenstoff-Ionen, entwickelt von Forschern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Technischen Universität Darmstadt, ist seit 1997 Realität. Bis 2009 wurden mehr als 440 Patienten mit nicht operablen Tumoren im Kopf- und Halsbereich erfolgreich behandelt.

Die Behandlungen wurden zunächst jahrelang an einem Therapieplatz auf dem GSI-Gelände durchgeführt. Seit Ende 2009 setzt das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum die Behandlung von jährlich mehr als 750 Patienten im Routinebetrieb fort. Weitere Therapiezentren sind in Deutschland und weltweit geplant oder im Bau.

Der Erfolg der Therapie gründet darauf, dass Kohlenstoff-Ionenstrahlen Tumorzellen effektiv zerstören, während sie das den Tumor umgebende gesunde Gewebe unbeschädigt lassen. Der Schlüssel hierfür liegt in der Art und Weise, wie der Ionenstrahl im Körper des Patienten abgebremst wird: Die Ionen, also geladene Atome, dringen in den Körper ein und verlieren zunächst kaum an Geschwindigkeit.

Umliegendes Gewebe wird geschont

Der am GSI Helmholtzzentrum entwickelte Ringbeschleuniger hat einen Umfang von 70 Meter. Mit den Elektromagneten in Rot und Gelb wird der Ionenstrahl gelenkt und gebündelt. Bild: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum
Der am GSI Helmholtzzentrum entwickelte Ringbeschleuniger hat einen Umfang von 70 Meter. Mit den Elektromagneten in Rot und Gelb wird der Ionenstrahl gelenkt und gebündelt. Bild: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum

Erst auf dem letzten Millimeter ihres Weges werden sie schlagartig abgebremst. Dabei geben sie fast ihre gesamte Energie in einem stecknadelkopfgroßen Gewebebereich ab, während sie den Rest des Körpers kaum belasten. Die Eindringtiefe des Strahls lässt sich präzise durch die Geschwindigkeit der Ionen steuern. Weil der Strahl mit Magneten auch seitlich sehr genau abgelenkt werden kann, ist es möglich, die Ionenenergie präzise über den Tumor zu verteilen und die Krebszellen zu zerstören, während das umgebende Gewebe geschont wird.

Dass Ionenstrahlen das Erbgut von Krebszellen irreparabel schädigen und die Zellen somit töten, war schon jahrzehntelang bekannt, als der Biophysiker Gerhard Kraft in den 1980er Jahren mit der Entwicklung der Darmstädter Ionenstrahltherapie begann. In den USA behandelte man zu dieser Zeit Krebspatienten mit Neon-Ionenstrahlen. Doch die Amerikaner richteten ein dickes Bündel von Neon-Ionen auf das Krebsgeschwür, das auch umgebende gesunde Zellen schädigte.

Gerhard Kraft, der auch an der TU Darmstadt lehrte, hatte hingegen die Idee, einen bleistiftdünnen Ionenstrahl aus dem GSI-Schwerionenbeschleuniger – eigentlich für die physikalische Grundlagenforschung genutzt – exakt über die dreidimensionale Form des Tumors zu führen. So sollte die Ionenenergie nur dem Tumor zugeführt werden.

Die Ionenstrahltherapie als anerkanntes Heilverfahren

Demonstration einer Tumorbestrahlung. Mit dieser Anordnung von Plexiglasplatten konnte die Zielgenauigkeit der Bestrahlung am GSI-Zentrum sichtbar gemacht werden. Nur der bestrahlte Bereich ist getrübt. Bild: G.Otto/GSI Helmholtzzentrum
Demonstration einer Tumorbestrahlung. Mit dieser Anordnung von Plexiglasplatten konnte die Zielgenauigkeit der Bestrahlung am GSI-Zentrum sichtbar gemacht werden. Nur der bestrahlte Bereich ist getrübt. Bild: G.Otto/GSI Helmholtzzentrum

Es folgte jahrelange Forschung, an deren Ende klar wurde, dass Kohlenstoff-Ionen die für die Therapie am besten geeigneten atomaren Teilchen sind. Denn sie zeigten von allen Elementen die stärkste zelltötende Wirkung im Tumorgewebe und ließen sich exakt genug lenken. Leichtere Ionen hingegen zeigten nur eine unzureichende biologische Wirkung und schwerere Ionen töteten schon Körperzellen, bevor sie den Tumor erreichten.

Im Jahr 1997 schließlich begann die Behandlung der ersten Patienten in einem separaten Raum bei GSI. Bekämpft wurden Tumore an der Schädelbasis, der Wirbelsäule und der Prostata. Schnell wurde klar, dass die Methode wirksam war: je nach Art des Tumors konnte dessen Wachstum bei 75 bis 90 Prozent der Patienten gestoppt werden. Die Ionenstrahltherapie wurde als Heilverfahren anerkannt – der Erfolg einer engen Kooperation auch mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum und dem Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf.

Die Forschung geht weiter: GSI-Forscher arbeiten unter der Leitung des Biophysikers Marco Durante, der an der TU Darmstadt lehrt, an einem Nachführsystem für den Ionenstrahl. Somit soll die Bestrahlung bewegter Organe, wie der Lunge, möglich werden. Außerdem gibt es Hoffnung, Ionenstrahlen auch in anderen Bereichen der Medizin einzusetzen.