Elektronenstrahl für künftige Krebsbehandlungen

Strahlentherapie gehört zu den wichtigsten Methoden in der Krebsbehandlung. Dabei ist das Ziel immer gleich: Tumorgewebe soll möglichst wirksam und punktgenau getroffen werden, während gesundes Gewebe so weit wie möglich geschont wird. Ein viel diskutierter Ansatz ist die sogenannte FLASH-Strahlentherapie. Dabei wird die Strahlendosis nicht über mehrere Minuten, Tage und Wochen verteilt, sondern in Sekundenbruchteilen, also extrem kurzer Zeit abgegeben.

In präklinischen Studien eines Forschungsteams des Institute of Cancer Research, London, des Royal Marsden NHS Foundation Trust und DESY gibt es Hinweise darauf, dass gesundes Gewebe dadurch weniger stark geschädigt werden könnte, während die Wirkung auf Tumore erhalten bleibt. Analog hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass auch ein Raster von Hochdosis-Punkten (Spatially Fractionated Radiation Therapy- SFRT) den Tumor zerstört und gesundes Gewebe schont. Die vorliegende Studie schafft eine Grundlage, um die Kombination beider Methoden zur besseren Behandlung von Krebspatienten zu entwickeln.

Die Photo Injector Testanlage PITZ bei DESY in Zeuthen, wurde ursprünglich für die Entwicklung moderner Beschleunigertechnologien aufgebaut. Die Elektronenstrahlen erreichen jedoch Dosisraten, die weit über denen heutiger klinischer Geräte liegen. Das macht die Anlage zu einem besonders interessanten Testfeld, um die physikalischen und biologischen Grundlagen der FLASH-Bestrahlung besser zu verstehen.

„Diese Studie ist ein wichtiger Schritt, um die besonderen Möglichkeiten unserer Beschleunigertechnologie für die Weiterentwicklung der Krebs-Strahlentherapie bei DESY nutzbar zu machen“, sagt DESY-Wissenschaftler Frank Stephan, Leiter von PITZ und Mitautor der Veröffentlichung. „Wir zeigen, dass sich der Elektronenstrahl von PITZ gewinnbringend in realistische Bestrahlungsplanungen integrieren lässt. Das ist eine zentrale Voraussetzung, um das Potenzial der FLASH- und SFRT-Therapien sowie ihrer Kombination systematisch weiterzuentwickeln.“

Noch handelt es sich nicht um eine klinische Behandlung, sondern um eine Planungs- und Machbarkeitsstudie. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Kombination aus einer sehr schnellen Folge von Elektronenpulsen, Strahlablenkung und moderner Dosisberechnung ein vielversprechender Weg sein könnte, um künftige Krebsbehandlungen mit FLASH und SFRT vorzubereiten.

„Der entscheidende Punkt ist, dass wir nun besser verstehen, welche Behandlungsgeometrien mit einem solchen Strahl prinzipiell möglich sind“, erklärt Matthias Gross (DESY), Koordinator der Strahlenstudien bei PITZ und Mitautor der Studie. „Damit schaffen wir eine Grundlage für die nächsten Schritte – von weiteren physikalischen Messungen über biologische Untersuchungen bis hin zur Frage, welche klinischen Anwendungen langfristig realistisch sein könnten.“

Die Arbeit fügt sich in die zunehmenden Aktivitäten von DESY an der Schnittstelle von Beschleunigerphysik, Medizinphysik und biomedizinischer Forschung ein. Moderne Teilchenbeschleuniger sind nicht nur Werkzeuge der Grundlagenforschung, sondern können auch neue technologische Ansätze für Diagnostik und Therapie eröffnen.

Wim Leemans, DESY Beschleuniger-Direktor, sagt: „Die FLASH- und SFRT-Forschung ist dafür ein besonders anschauliches Beispiel: Sie verbindet hochpräzise Beschleunigertechnik mit einer der zentralen Herausforderungen der modernen Medizin – Krebs wirksamer und zugleich schonender zu behandeln.“

Christian Stegmann, DESY Astroteilchenphysik-Direktor und Leiter des DESY Standorts Zeuthen, sagt: „Die Strahlentherapie könnte mit dieser hier in Zeuthen entwickelten Technologie einen neuen und beispiellosen Schritt nach vorne machen. Dieses Ergebnis ist ein Zeichen dafür, dass wir auf dem besten Weg sind, diese potenzielle Behandlungsmethode der praktischen Anwendung näher zu bringen.“

Originalveröffentlichung

James L. Bedford, M. Gross, F. Riemer, Z. Amirkhanyan, F. Stephan und U. Oelfke:
“A beam model and Boltzmann solver for radiotherapy treatment planning of superficial brain metastases using a scanned electron beam at ultra-high (FLASH) dose rate”, Physics in Medicine & Biology, 2026. DOI:10.1088/1361-6560/ae6225

Über DESY

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY zählt mit seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen zu den weltweit führenden Zentren in der Forschung an und mit Teilchenbeschleunigern. Die Mission des Forschungszentrums ist die Entschlüsselung von Struktur und Funktion der Materie, als Basis zur Lösung der großen Fragen und drängenden Herausforderungen von Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft. Dafür entwickelt, baut und betreibt DESY modernste Beschleuniger- und Experimentieranlagen für die Forschung mit hochbrillantem Röntgenlicht und unterhält internationale Kooperationen in der Teilchen- und Astroteilchenphysik und in der Forschung mit Photonen. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands, und wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert.