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Christoph-Schmelzer-Preis für Dr. Fine Fiedler vom FZD

Neue Strahlen im Einsatz gegen Krebserkrankungen

Mit der Ionenstrahl-Therapie kann man Krebstumore äußerst präzise behandeln. Um die Treffsicherheit gewährleisten zu können, muss die Bestrahlung allerdings genau geplant und auch kontrolliert werden. Ein Instrument dazu wurde am FZD entwickelt und bei der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt eingesetzt. Für die Behandlung werden meist Wasserstoffkerne oder auch Kohlenstoff verwendet. Die Rossendorfer Methode zur Therapiekontrolle, so zeigte Dr. Fine Fiedler in ihrer Doktorarbeit, eignet sich auch für Bestrahlungen mit Helium-Ionen. Am 16. Dezember 2008 erhält sie hierfür den Christoph-Schmelzer-Preis des Vereins zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.

Dr. Fine Fiedler

Dr. Fine Fiedler

Die Strahlentherapie mit geladenen Teilchen (Ionen) zur Behandlung von Krebs hat ein hohes Entwicklungspotenzial. Neue Therapiezentren für die Ionenstrahl-Therapie werden gegenwärtig weltweit gebaut bzw. geplant. Auch an den Methoden zur Therapiekontrolle wird intensiv gearbeitet. An der GSI in Darmstadt wird die Ionenstrahl-Therapie seit 10 Jahren experimentell eingesetzt und weiterentwickelt. Rund 400 Patienten konnten damit behandelt und 70 Prozent von ihnen geheilt werden. Zur Bestrahlung kommen Kohlenstoff-Ionen (Kohlenstoff-12) zum Einsatz. „Nun bestand der Wunsch, unser Verfahren zur Therapiekontrolle auch für Bestrahlungen mit Helium-Ionen anzuwenden“, erklärt Dr. Fine Fiedler das Ziel ihrer Doktorarbeit, die von Prof. Wolfgang Enghardt (TU Dresden und FZD) betreut wurde. Mit ihren an der GSI durchgeführten Experimenten konnte sie zeigen, dass dies möglich ist. Der in diesem Jahr mit insgesamt 4.000 Euro dotierte Preis wird geteilt und geht an Dr. Fine Fiedler (3.000 Euro) sowie an Gabriele Kragl (TU Wien). Er wird am 16. Dezember 2008 an der GSI in Darmstadt verliehen.

Kontrolle der Ionenstrahl-Therapie enorm wichtig
Ionenstrahlen haben den Vorteil, dass sie ihre größte Wirkung im Tumor erzielen und daher gesundes Gewebe besser schonen. Während bei der herkömmlichen Strahlentherapie z. B. mit Röntgenstrahlung ein Großteil der Energie bereits auf dem Weg durch das gesunde Gewebe abgegeben wird, können Ionenstrahlen punktgenau im Tumor gestoppt werden, wo sie ihre schädigende Wirkung auf die Krebszellen freisetzen. Um eine präzise Bestrahlung zu gewährleisten, muss diese genau kontrolliert werden. Die Rossendorfer Methode, die den komplizierten Namen „in-beam PET“ (PET = Positronen-Emissions-Tomographie) trägt, nutzt die Wechselwirkungen zwischen dem Ionenstrahl und dem Gewebe während der Bestrahlung aus. Die dabei entstehenden Zerfallsprodukte setzen neue Teilchen, Positronen, frei, die sich in kürzester Zeit mit ihren Anti-Teilchen, den Elektronen, verbinden. Über die Messung dieser Reaktionen mit der „in-beam PET-Methode“ können Mediziner und Strahlenphysiker auf jeden Punkt im Gewebe zurück schließen, der bestrahlt wurde. Das „in-beam PET-Verfahren“ stößt nicht zuletzt bei der Medizingeräte-Industrie auf großes Interesse. Das FZD kooperiert derzeit mit einem der Marktführer, um das Verfahren in ein Medizinprodukt zu überführen.

Präzisere Therapiekontrolle möglich
Im Rahmen ihrer Doktorarbeit hat Dr. Fine Fiedler auch die Präzision der von ihrem Doktorvater im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf entwickelten „in-beam PET-Methode“ erhöht. Diese beruht auf einem Vergleich der vorher berechneten Verteilung der Zerfallsprodukte (Simulation) mit der tatsächlich gemessenen. Da die Zerfallsprodukte eine Lebensdauer von bis zu 30 Minuten haben und am Stoffwechsel im Körper teilnehmen, unterliegen sie einem Auswaschungsprozess, sie werden also von dem bestrahlten Gewebe wegtransportiert. Dr. Fine Fiedler quantifizierte diesen Anteil und fügte die gewonnenen Erkenntnisse in die „in-beam PET-Methode“ ein. Damit wird diese Methode zur Therapiekontrolle noch genauer, der Tumor kann präziser vernichtet und das umliegende Gewebe noch besser geschont werden.

Letztendlich müssen die durch das „in-beam PET-Verfahren“ gewonnenen Daten auf ein Computertomogramm (CT) des Patienten, d. h. ein dreidimensionales Bild der inneren Organe und Gewebe, übertragen werden. Nur so kann man vergleichen, ob der Ionenstrahl während der Bestrahlung tatsächlich wie gewünscht verlaufen ist oder nicht. Wenn nötig, können die Mediziner den Bestrahlungsplan dann ändern. Dr. Fine Fiedler entwickelte im Rahmen ihrer Arbeit eine Methode, mit Hilfe derer die „in-beam PET-Daten“ mit dem CT mit Sub-Millimeter-Präzision überlagert werden können.

Titel der Dissertation: „Anwendung des in-beam PET Therapiemonitorings auf Präzisionsbestrahlungen mit Helium-Ionen“ (2008)

Ionenstrahlen

Vergleich der Energieabgabe herkömmlicher Strahlung (Photonen, links) und Ionenstrahlen (rechts). Es ist deutlich zu erkennen, dass die Ionenstrahlen ihre Energie besser im Tumor deponieren als Photonen. Ändert sich jedoch die Gewebebeschaffenheit im Strahlweg, lenkt dies das Maximum der Energieabgabe bei Ionen vom Tumor weg (Bild oben rechts).

in-beam PET Verteilung Aktivität

In-beam PET-Verfahren: die durch Wechselwirkung zwischen Ionenstrahl und Gewebe erzeugte Aktivität (durch die farbigen Isolinien dargestellt, die für 5 %, 15 %, ..., 95 % der totalen Aktivität stehen) ist dem Patienten-CT überlagert. Eine gute Übereinstimmung zwischen der Vorhersage (Simulation) und der Messung ist zu erkennen, d.h. die Bestrahlung verlief wie zuvor geplant.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Wolfgang Enghardt
TU Dresden (OncoRay) und FZD
Tel.: 0351 458 – 7411

Dr. Fine Fiedler
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Institut für Strahlenphysik
Tel.: 0351 260 – 2973

Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700