Auf dem Weg zu einer Strahlentherapie mit laserbeschleunigten Teilchen - erste Dosis-Effekt-Kurven für laserbeschleunigte Elektronen


Auf dem Weg zu einer Strahlentherapie mit laserbeschleunigten Teilchen - erste Dosis-Effekt-Kurven für laserbeschleunigte Elektronen

Beyreuther, E.; Enghardt, W.; Hümmerich, J.; Karsch, L.; Lessmann, E.; Pawelke, J.; Sauerbrey, R.; Schlenvoigt, H.-P.; Baumann, M.

Fragestellung: Die klassischen Teilchenbeschleuniger bieten einige 10 Pikosekunden (Elektronen) bzw. Nanosekunden (Protonen und Ionen) lange Pulse der Partikelstrahlung an. Mit der neuartigen Technologie der Laserbeschleunigung ist es möglich kürzere Teilchenpakete (einige 10 Femtosekunden) mit wesentlich geringerer Pulsfrequenz (einige Hertz gegenüber Megahertz) bei höherer Pulsintensität zu erhalten. Für eine Verwendung dieser Technologie in der Strahlentherapie muss eine möglicherweise andere biologische Wirksamkeit, sei es durch eine die andere Zeitstruktur oder durch die höhere Pulsdosisleistung, gegenüber den klassischen Teilchenstrahlen untersucht werden. Im Vortrag werden die weltweit ersten Zellbestrahlungen mit laserbeschleunigten Elektronen vorgestellt und diskutiert.
Methodik: Die Experimente wurden an dem 10-Terrawatt-Lasersystem JETI in Jena durchgeführt. Die Elektronenpakete haben eine Länge von ca. 150 fs und eine Wiederholrate von 2,5 Hz. Wichtige Vorraussetzungen für strahlenbiologische Experimente waren die Anpassung des Lasersystems, der Aufbau einer geeigneten Strahlführung und eines Dosimetriesystems. Bei einer ersten Serie von in-vitro Zellbestrahlungen mit Strahlendosen im Bereich von 0,3 bis 5 Gy wurde die Anzahl der Doppelstrangbrüche zu verschiedenen Zeitpunkten nach Bestrahlung in zwei Zelllinien bestimmt.
Ergebnisse: Das Lasersystem wurde erfolgreich für Zellbestrahlungen angepasst, d.h. die Zellproben werden homogen ausgeleuchtet und die Strahleigenschaften sind gut reproduzierbar. Die applizierte Dosis kann in Echtzeit monitoriert werden. Dadurch wird die Kontrolle und Steuerung der Zellbestrahlungen erleichtert. Eine genaue Dosisbestimmung ist nach der Bestrahlung mit Filmen, die am Zellkulturhalter befestigt waren, für jede Probe einzeln möglich. Das Gesamtsystem kann für systematische Untersuchungen eingesetzt werden, wie in einer ersten Zellbestrahlung demonstriert wurde. In diesem Experiment wurden Dosis-Effekt-Kurven bestimmt. Um eindeutige Aussagen zu erhalten, müssen die in Auswertung befindlichen Daten mit weiteren Experimenten ergänzt werden.
Schlussfolgerungen: In Zukunft werden systematische Messungen für verschiedene Tumor- und Normalgewebszellen sowie verschiedene biologische Endpunkte durchgeführt.

  • Lecture (Conference)
    14. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie / 25. Jahrestagung der Österreichischen Gesellschaft für Radioonkologie, Radiobiologie und Medizinische Strahlenphysik, 01.-04.05.2008, Wien, Austria
  • Contribution to proceedings
    14. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie / 25. Jahrestagung der Österreichischen Gesellschaft für Radioonkologie, Radiobiologie und Medizinische Strahlenphysik, 01.-04.05.2008, Wien, Austria
    Auf dem Weg zu einer Strahlentherapie mit laserbeschleunigten Teilchen - Erste Dosis-Effekt-Kurven für laserbeschleunigte Elektronen.: Strahlenther. Onkol. 184 (2008) 51

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-11059
Publ.-Id: 11059