Krebstherapie: Millionen für Ionen

9. Juli 2014
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Die Bestrahlung von Tumoren mit geladenen Partikeln ist deutlich effektiver als jene mit Röntgenstrahlen. In Anbetracht der hohen Kosten kommt dabei jedoch wohl nur ein Zehntel aller Tumorpatienten infrage. Daher gibt es Zweifel: Ist die Ionentherapie eine Technologie für die Zukunft?

Bis zu 200 Millionen Euro für die Strahlentherapie von eher seltenen Tumorarten investieren? Ist das sinnvoll? Mitarbeiter des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) würden auf diese Frage sicher ohne Zögern mit „Ja“ antworten.

Geladener Kohlenstoff

Deutschland und Japan, das vier Anlagen dieser Art besitzt, gelten als Spitzenreiter in dieser Technologie. Weltweit, so schätzen Fachleute, wurden bereits rund 100.000 Patienten mit „schweren Ionen“ bestrahlt, die noch besser als etwa Protonen geeignet sind, den Tumor effektiv zu treffen, gleichzeitig aber gesundes Gewebe so weit wie irgend möglich zu schonen. In Europa gibt es zahlreiche Protonen-Bestrahlungszentren. Wahlweise mit schnellen geladenen Kohlenstoffatomen oder Protonen schießen können bisher aber erst drei: Neben Heidelberg sind das das italienische Pavia und das japanische Hyogo. In Deutschland begaben sich bisher rund 1.500 Patienten in das seit fünf Jahren fertiggestellte Zentrum – nach bisherigen Untersuchungen mit hoher Erfolgsquote. Dabei spezialisieren sich die Strahlentherapeuten unter der Leitung von Jürgen Debus vor allem auf Tumoren, bei denen andere radioonkologische Behandlungen versagen oder übermäßig viel Schaden im gesunden Gewebe anrichten.

Tödliche Doppelstrangbrüche

Mit der Größe der Teilchen, die auf den Tumor treffen, nimmt auch deren Zerstörungskraft zu. Bei den großen Bestrahlungsanlagen erreichen Ionen beim Austritt aus der Beschleunigerschleife 70 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Im Gegensatz zu Photonen, die gleich beim Auftreffen auf ein Hindernis ihre Energie freisetzen, gehen Ionen wie ein scharfes Messer auf einem engen Strahlengang durch Oberflächengewebe und setzten ihre Energie erst dann frei, wenn sie fast zum Stillstand gekommen sind. Dieser sogenannte „Bragg-Effekt“ ermöglicht es, den Tumor genau ins Visier zu nehmen – ohne übermäßige Beschädigungen im umliegenden Gewebe. Anders als bei normalen Röntgenstrahl-Kanonen bewirkt die hohe Masse von Kohlenstoffionen eine hohe Rate an Doppelstrangbrüchen in der DNA des Zielgewebes. Wenn diese Brüche an gegenüberliegenden Stellen der Doppelhelix erfolgen, ist selbst ein effektives Reparatursystem der Tumorzelle kaum in der Lage, die einzelnen Informations-Puzzleteile wieder richtig zusammenzusetzen und ihr das Überleben zu ermöglichen.

Ein schwerwiegender Vorteil der Ionenstrahlen liegt darin, dass sie auch dort Zellen zum Absterben bringen, wo andere Bestrahlungsmethoden versagen: in hypoxischen Regionen des Tumors. Viele Anti-Tumorwaffen benötigen die Hilfe von freien Sauerstoffradikalen, um tödliche Reaktionsmechanismen in der Zelle in Gang zu setzen. Daher sind Regionen mit geringem Sauerstoffgehalt oft strahlenresistent. An diesen Stellen wächst die Geschwulst nach der Behandlung dann am ehesten wieder aus. Die Präzision der Ionenstrahlung erlaubt den Strahlenmedizinern, die Dosis bei den Bestrahlungen zu erhöhen. Der Beschuss mit Kohlenstoffionen gestattet etwa ein Drittel höhere Dosen als Röntgenstrahlung, bei Protonen ist immerhin noch eine Steigerung von einem Fünftel möglich. Damit ergeben sich für den Patienten auch kürzere Zeiten, die er unter dem Gerät verbringen muss. Statt zehn bis zwanzig Sitzungen sind damit oft nur einige wenige Bestrahlungstermine notwendig.

Ionenstrahlung: Genauigkeit schont gesundes Gewebe

In Heidelberg behandeln die Ärzte rund 750 Patienten im Jahr, der Ionenstrahl ist rund um die Uhr betriebsbereit und dient der Forschung, wenn kein Patient die Behandlungsliege besetzt. Das Besondere am HIT ist die bewegliche Strahlenquelle (Gantry). Das riesige Stahlgerüst mit einem Durchmesser von 13 Metern erlaubt eine Bestrahlung von allen Seiten und ebnet damit den Ionen – oder wahlweise auch Protonen – den optimalen Weg ins Zielgebiet. Zielgenauigkeit 1 mm, maximale Eindringtiefe 30 cm, sagt das Datenblatt der Anlage.

Besonders Tumoren mit empfindlichem Gewebe in der Nachbarschaft kommen für diese aufwändige Bestrahlungstechnik infrage. Das sind vor allem solche im Kopf- und Halsbereich, aber auch solche, die weit weg von der Körperoberfläche liegen, wie etwa Prostata– und Leberzellkarzinome. Nach Heidelberg schicken Ärzte insbesondere krebskranke Kinder. Dabei spielt die hohe Erfolgsquote dieser Bestrahlungsart eine wichtige Rolle – aber ebenso auch die Tatsache, dass gesundes Gewebe bei der aufwändigen Strahlung kaum Schaden nimmt. Seltener als bei anderen Bestrahlungsarten kommt es damit zu Entwicklungsstörungen.

Rasterscanning: Maximale Dosis für jede Tumorzelle

Dabei arbeiten die Entwickler schon intensiv daran, die Effizienz und Genauigkeit ihrer Strahlenkanone noch weiter zu erhöhen. Beim „Rasterscanning“ unterteilt der Rechner anhand eines exakten CT-Bilds den Tumor in etwa 1 mm große Scheiben. Je nach Lage dieser Abschnitte bekommt das Gewebe die Strahlen aus einer bestimmten Richtung mit genau definierter Energie ab. Ähnlich wie bei der intensitätsmodulierten Radiotherapie „füllen die Strahlen die Konturen des Tumors aus wie die Hand einen Handschuh“, beschreibt der technische Direktor der Anlage, Thomas Haberer, bildlich die Technik. Je nach den Bedürfnissen kommen nicht nur Protonen und Kohlenstoff zum Einsatz, sondern auch etwa Sauerstoff-, Helium- oder Lithium-Ionen, alle mit unterschiedlichen Charakteristika, was Energieabgabe, Eindringtiefe und Charakteristik des Strahlengangs betrifft. Gerade bei Tumoren mit einem Mischgewebe von bösartigen und gesunden Zellen können die Ärzte und Physiker die Zerstörungskraft großer Ionen gegen die feineren Waffen kleiner schneller Partikel abwägen und individuell einstellen.

90 Prozent Erfolgsquote

Noch gibt es weltweit wenige Ionenstrahlanlagen und daher auch nur wenige Studien zur Wirkung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. In Japan liegt etwa die Erfolgsquote bei der Behandlung von rezidivierenden Rektumkarzinomen bei rund 90 Prozent. Dagegen erreicht eine Röntgenstrahltherapie nur 30 bis 70 Prozent. Dort untersuchen die Strahlentherapeuten zurzeit auch die Möglichkeiten, mit einer kombinierten Chemo– und Schwerionentherapie inoperable Pankreastumoren zu bekämpfen. Eine Studie soll außerdem klären, ob eine neoadjuvante Strahlentherapie für diese Tumorart Erfolg verspricht.

Mit diesen vielversprechenden Perspektiven sind etliche neue Zentren in Planung oder kurz vor der Eröffnung. So soll in Österreich eine Anlage nach dem Heidelberger Muster im nächsten Jahr in den Routinebetrieb gehen, ebenso in Frankreich und China. Amerika hält sich zurzeit noch zurück, möchte aber mit einer neuen Technik der Schwerionentherapie zu geringeren Kosten, schnellerem Patientendurchsatz und damit zu weiterer Verbreitung verhelfen. Dabei sollen weniger Ionen ganz regelmäßig aus dem Beschleuniger kommen und damit den hohen Energieverbrauch der Anlage senken. Supraleitende Magnete erzeugen im Vergleich zu den bisher eingesetzten stärkere Felder und könnten damit die großen Ausmaße der Strahlführungstechnik deutlich verringern.

Genug Patienten für ökonomischen Betrieb?

Dass nicht alles, was geplant und auch schon erreichtet wurde, unbedingt ein Erfolgsmodell ist, zeigt die Ionentherapieanlage in Marburg. Mit seiner Technik können nicht so viele Patienten behandelt werden, wie für einen ökonomischen Betrieb notwendig wären. Nachdem Siemens im letzten Jahr schon den Abbau des bereits im Probebetrieb laufenden Zentrums beantragt hatte, beschlossen vor einigen Wochen das Rhön-Klinikum und die Uniklinikum in Heidelberg, die Anlage an das bestehende Zentrum in Heidelberg anzugliedern und 2015 in den Regelbetrieb zu nehmen. Ähnliche Auslastungsprobleme sehen Kritiker auch für das österreichische Bestrahlungszentrum in Wiener Neustadt voraus, wo staatliche Stellen die Finanzierung übernommen haben.

Die Ionenstrahltherapie ist teuer: Jährlich entstehen Betriebskosten von rund 15-20 Mio. Euro. Die Behandlungskosten für einen Patienten liegen damit bei über 20.000 Euro. Langfristig, so hoffen Strahlentherapeuten, wird etwa jeder zehnte Krebspatient vom Beschuss mit schweren Ionen profitieren. Jedoch sind auch komplizierte Tumoroperationen in direkter Nähe zu empfindlichen lebenswichtigen Organen in Bezug auf die Kosten sehr aufwändig. Für die Behandlung mit innovativen Anti-Tumor-Wirkstoffen kommen ebenso schnell einmal Beträge im fünfstelligen Bereich zusammen. Beim Know-how um den medizinischen Einsatz von Schwerionen steht Deutschland mit an der Weltspitze. Die Investition auch hoher Beträge könnte sich damit über längere Zeit hinweg lohnen.

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10 Kommentare:

Ja, es gibt aber noch einen kleinen “Haken” an der Sache. In Loma Linda werden die Protonen mit einem SYNCHROTRON erzeugt. In Heidelberg auch. Die allermeisten Protonentherapie-Zentren nutzen aber CYCLOTRONE, die wesentlich kostengünstiger zu erstellen und zu betreiben sind. Schwerionen gehen wohl NUR mit einem Cyclotron zu beschleunigen.
Synchrotrone sind hinsichtlich Präzision und Nebenwirkungsfreiheit wie Patienten- und Betreibersicherheit den Cyclotronen überlegen – aber eben kostenintensiver.
Der Partikel-“Bestrahlung” gehört sicher die Zukunft. Auf welcher technologisch mehr oder weniger raffinierten Basis auch immer.

#10 |
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Medizinjournalist

Sehr geehrter Herr Hallmeyer,
Ich sehe durchaus die Vorteile der Therapie mit Protonenstrahlung.Inzwischen gibt es relative viele Bestrahlungszentren, die mit Protonen arbeiten, zahlreiche (erfolgreiche) auch in den USA, die bei der Protonentechnologie lange Zeit an der Weltspitze standen/stehen.
In diesem Artikel sollte es aber in erster Linie und Ionenstrahlung gehen – die in den Anschaffungskosten noch einmal ein ganzes Stück teurer ist und im Moment noch weniger Indikationen als etwas die Protonentherapie hat. In Texas wird wohl gerade ein Therapiezentrum gebaut (nach meinen Informationen erfolgt der Baubeginn in Kürze), das zunächst einmal mit Protonen, ab ca 2020 dann wahlweise mit Protonen oder Schwerionen strahlen soll – mit neuerer wohl sehr fortschrittlicher Technik (wie im Artikel angedeutet).

#9 |
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Medizinphysiker

Müssen wir denn alles ökönomisch sehen, muss denn das Gesundheitssystem Rendite bringen?

#8 |
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Heilpraktikerin Ingrid Moskaliuk-Gastel
Heilpraktikerin Ingrid Moskaliuk-Gastel

sorry, München führt Protonenscanning aber keine Schwerionenbestrahlung durch

#7 |
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Heilpraktikerin Ingrid Moskaliuk-Gastel
Heilpraktikerin Ingrid Moskaliuk-Gastel

ich dachte,bzw. bin ziemlich sicher, das in München auch ein Protonenscanner steht.
Oder bin ich falsch informiert?

#6 |
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In Loma Linda in Kalifornien steht an der Loma Linda University mit dem “James-Slater-Protonen-Therapie-Zentrum” – das weltweit erste und dienstälteste Protonentherapiezentrum im klinischen Routinebetrieb. Durch ständige technische und Software-Upgrades ist es das am weitesten entwickelte und verfügt mit dem in der Therapie von inzwischen über 50 Indikationen über das in der Partikeltherapie (seit 1990) erfahrenste Personal.
Schade, daß dies bei der Recherche “unterschlagen” wurde. Eine im April 2014 in den USA publizierte Studie gibt für das Prostatakarzinom eine Heilungsquote von 98 Prozent (immerhin !) an.

#5 |
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Biochemiker

Sehr schoener Artikel! Ich bin sicher, wenn man die Gesamtkosten saemtlicher alternativer Therapien, einschliesslich des Rezidivrisikos und Folgebehandlungen gegenueber stellt, sieht es fuer den Ionenstrahl gar nicht mehr so schlecht aus.

#4 |
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Arzt
Arzt

das kann ich als staatlich geprüfter “strahlenschutzfachkundiger” Arzt gerne beantworten.
Was “gefährlich”, Sie sagen ja “tödlich” ist,
ist in der real existierenden Welt, in der ein Mediziner zurecht kommen muss, keine “naturwissenschaftliche” Frage, sondern wird vom Gesetzgeber (Politik) festgelegt.
Im Zweifelsfall, bei mangelnden fachlichen Begründungen nimmt man auch schon mal Zuflucht zu einer Ethikkommission, deren Grundeinstellung vorher natürlich bekannt ist, einschließlich des Bischofs.
Das generelle biologische bzw. medizinische Verständnisproblem von Strahlenwirkung ist zusammengefasst die Dosisfrage.
Es gibt schlicht im ganzen Universum keine strahlungsfrei Stelle, ganz im Gegensatz zu z.B. chemischen “Giftstoffen”.
Und es ist RICHTIG, dass es in Fukoshima weder einen einzigen medizinisch gut definierten akuten Strahlungsschaden (ARS), noch viel weniger einen einzigen Strahlentoten gegeben hat (UNSCEAR). Eine politisch “festgelegte” lineare Dosiswirkungsabhängigkeit (LNT-Hypothese),
ist ein Schwindel, der per Gesetz aber gelernt werden muss, auch vom Arzt.
Als klinisch tätiger Arzt sehe ich auch Nachteile dieser “Vorgaben” für Patienten.
Geröntgt wird übrigens in Japan und in USA mehr als in Deutschland.
Ein weites Feld, passt aber zu Ihrem guten Beitrag, Herr Lederer.

mfG

#3 |
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Medizinjournalist

Lieber Gast,
Ich verstehe nicht, was Sie mit Ihrem Kommentar sagen wollen. Ich begreife nicht ganz den Zusammenhang zwischen einer Katastrophe, bei der tödliche Mengen an Radioaktivität freigesetzt wurden und einer Strahlenbehandlung, bei der (nichtradioaktive) Teilchen gezielt auf bösartige Zellen geschossen werden? Außer dem Wort “Stahlen” gibt es da kaum Gemeinsamkeiten.

#2 |
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Gast
Gast

Die “Spitzenstellung” betrifft nicht den Einsatz am Patient,
wie auch bei etlichen anderen medizinischen “Innovationen”.
Zumal bei uns eine besonders stark ausgeprägte Strahlungshysterie herrscht.
Skandalöserweise gibt es in Fukoshima ja immer noch keinen einzigen Strahlentoten.
Trotz technisch veraltertem Reaktor, trotz gigantischem Erbeben
und trotz diesem ebenso gigantischen Tsunami.
Ja was muss denn noch passieren, bis es endlich einen Strahlentoten gibt.

#1 |
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