Mit laserbeschleunigten Teilchen gegen Tumore – erste in vitro Experimente an laserbeschleunigten Elektronentrahlen

Mit der neuartigen Technologie der Laser-Beschleunigung von Ionen werden kürzere Teilchenpakete (einige 10 Femtosekunden) mit wesentlich geringerer Pulsfrequenz und damit einhergehend einer viel höheren Puls-Dosisleistung erzeugt. Ziel ist es, durch Einsatz dieser Technologie die bisherige Strahlentherapie zu verbessern.
In einem ersten Schritt bei der Ermittlung einer möglicherweise veränderten biologischen Wirksamkeit dieser neuen Strahlenqualität wurden in vitro Bestrahlungsexperimente von Tumor- und Normalgewebszellen mit laserbeschleunigten Elektronen durchgeführt. Für die Experimente wurde das 10-Terawatt-Lasersystem JETI in Jena genutzt. Voraussetzung für die Zellbestrahlung war die Anpassung des Lasersystems und der Aufbau eines geeigneten Bestrahlungsplatzes einschließlich eines Dosimetriesystems. Im Anschluss an die Bestrahlung wurde das klonogene Zellüberleben mittels Koloniebildungstests bestimmt. Ergänzend hierzu wurde als weiterer biologischer Endpunkt der Nachweis der mit der DNA-Reparatur assoziierten Proteine g-H2AX und p53BP1 gewählt. g-H2AX reguliert als Histon die Zugänglichkeit der DNA für Reparaturmechanismen und ist mitverantwortlich für die Arretierung der Zelle in einer Phase des Zellzyklus als zelluläre Antwort auf niedrige Strahlendosen. Zusammen mit p53BP1 bildet es unmittelbar nach der Bestrahlung diskrete Foci an DNA-Doppelstrangbrüchen. Das verglichen mit unbestrahlten Proben erhöhte Auftreten von g-H2AX/p53BP1 Foci 24 h nach Bestrahlung ist ein Maß für residuelle, Dosis vermittelte DNA-Doppelstrangbrüche. Der Nachweis erfolgte mit dem g-H2AX/p53BP1 Foci Assay. Die Dosis-Effekt Kurven für beide Endpunkte werden präsentiert und diskutiert.
Die Genauigkeit beider Assays soll künftig durch Teilautomatisierung (z. B. FACS) verbessert werden. Des Weiteren wurde mit der Vorbereitung von Zellbestrahlungsexperimenten mit laserbeschleunigten Protonenstrahlen begonnen.