ArchivDeutsches Ärzteblatt45/2009Onkologie: Therapie mit schweren Ionen

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Onkologie: Therapie mit schweren Ionen

Dtsch Arztebl 2009; 106(45): A-2233 / B-1913 / C-1872

Bördlein, Ingeborg

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LNSLNS Das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) ist die erste Anlage, in der Krebspatienten sowohl mit Schwerionen als auch mit Protonen bestrahlt werden können.

Ein großes Projekt geht nach fast 15-jähriger Planungszeit und einer Bauphase von sechs Jahren an den Start: Das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) wurde am 2. November seiner Bestimmung übergeben. In der fußballfeldgroßen Anlage sollen jährlich 1 300 Krebspatienten mit schweren Ionen und Protonen bestrahlt werden, deren Tumoren aufgrund ihrer schwer zugänglichen Lage oder aggressiver Biologie der konventionellen Radiotherapie trotzen. Nach Einschätzung von Prof. Dr. Dr. med. Jürgen Debus, dem Ärztlichen Direktor des HIT am Universitätsklinikum in Heidelberg, werden etwa 15 Prozent der Krebspatienten von dieser neuen Therapieoption profitieren können.

Außenansicht des Ionenstrahl-Therapiezentrums (oben). Der Kopf des Patienten wird vor der Behandlung mit einer Kunststoffmaske fixiert (Mitte). Im Beschleuniger rasen Ionen millionenmal im Kreis und erreichen bis zu 75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (unten). Fotos: DKFZ
Außenansicht des Ionenstrahl-Therapiezentrums (oben). Der Kopf des Patienten wird vor der Behandlung mit einer Kunststoffmaske fixiert (Mitte). Im Beschleuniger rasen Ionen millionenmal im Kreis und erreichen bis zu 75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (unten). Fotos: DKFZ
In dem 119 Millionen Euro teuren Zentrum – zur Hälfte vom Heidelberger Universi­täts­klinikum und zur Hälfte vom Bund finanziert – wird der Schwerpunkt auf der klinischen und experimentellen Erfor­schung der Schwerionen- und Protonentherapie liegen. Für Debus ist es wichtig zu be­tonen, „dass der primäre Fokus in der Heidel­berger Anlage darauf gerichtet ist, mit inter­disziplinärer Kompetenz zu untersuchen, für welche Krebs­patienten und welche Tumor­arten die schweren Ionen allein oder in Kombination mit den Protonen den Heilungs­erfolg verbessern können“. Ziel sei es, diese Evidenz Schritt für Schritt zu erar­beiten.

HIT biete, so Debus, ideale Voraussetzungen dafür, denn sie sei europaweit die erste Anlage, in der die Patienten sowohl mit Schwerionen als auch mit Protonen bestrahlt werden könnten. Außerdem habe man hier ein ausge­zeichnetes Forschungs­umfeld mit dem Nationalen Centrum für Tumor­erkrankungen (NCT) und dem Deutschen Krebs­forschungs­zentrum (DKFZ) in unmittel­barer Nähe. Alle Patienten sollen in Studien­protokollen be­handelt werden.

Die Heidelberger Anlage ist in vielerlei Hinsicht ein Projekt der Superlative. Auf einem Areal von 5 000 Quadratmetern umfasst sie drei Stockwerke, davon zwei unterirdisch. Neben den drei Behandlungsräumen liegt das technische Herz des Zentrums. Hier befinden sich die Ionenquelle, der Linearbeschleuniger und der ringförmige Teilchenbeschleuniger. Im fünf Meter langen Linearbeschleuniger würden die Ionen „vorbeschleunigt“, erklärt der wissenschaftlich-technische Direktor der Anlage, Prof. Dr. Thomas Haberer, bei einem Rundgang. Das heißt, sie werden hier auf ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit gebracht, bevor sie in einen Kreisverkehr des Teilchenbeschleunigers (Synchrotons) einmünden und hier durch Magnetfelder auf ringförmige Bahnen gelenkt werden.

Strahl wird horizontal und vertikal gelenkt
Millionen von Umkreisungen sind nötig, um die Ionen auf 75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Pro Sekunde geschieht dies 3,4 Millionen Mal. Parallel zur rasant steigenden Energie muss auch die Magnetkraft im Beschleuniger verstärkt werden. Unmittelbar vor ihrem Eintreten in die Behandlungsräume werden die Ionenstrahlen durch zwei Scanner geführt. Das sind Magnete, mit denen der Strahl horizontal und vertikal gelenkt werden kann.

Zwei Bestrahlungsräume werden mit der horizontalen Energiequelle beschickt. In einem dritten Raum, der Schwerionen-Gantry, rotiert die Strahlenquelle um den Patienten herum. Dieses drehbare Strahlführungssystem ist weltweit einzigartig. Davon kann ein Drittel der Patienten profitieren, wenn zum Beispiel ein Bronchialkarzinom durch den Thorax von mehreren Seiten bestrahlt werden muss.

Der Gantry wird allerdings erst in einem Jahr in Betrieb gehen können. Der beeindruckende Koloss erstreckt sich über drei Stockwerke, ist 25 Meter lang, 670 Tonnen schwer und hat einen Durchmesser von 13 Metern.

330 Tage im Jahr läuft die Anlage rund um die Uhr, 300 Tage für die Behandlung, 30 Tage für die Forschung. Von der unterirdischen voluminösen Hochtechnologie bemerkt der Patient im Holz getäfelten Bestrahlungsraum nichts. Er wird auf einem robotergesteuerten Tisch von der medizinisch-technischen Assistentin auf den Millimeter genau positioniert. Vor der Bestrahlung wurde der Tumor mittels bildgebenden Verfahren (CT und MRT) exakt vermessen. Im Bestrahlungsraum fokussieren Physiker den Ionenstrahl auf diese Koordinaten.

Ein von dem Medizinphysiker Prof. Wolfgang Schlegel am DKFZ entwickeltes Planungsverfahren ist in das System integriert. Die exakte Lage des Patienten wird mit einer Röntgenaufnahme noch einmal kontrolliert, ehe die Bestrahlung beginnt. Mittels eines Rasterscanverfahrens, dessen Entwicklung der Physiker Haberer am Zentrum der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt Anfang der 90er-Jahre begonnen hat, wird die Treffsicherheit weiter erhöht.

Dabei wird der Tumor digital in Millimeter dünne Scheiben „zerschnitten“. Jede Scheibe wird mit einem Netz von Bildpunkten überzogen und die nötige Bestrahlungsdosis für jeden Punkt berechnet und dem Raster folgend bestrahlt. Auch unregelmäßig geformte Tumoren können so exakt bestrahlt werden. Die Bestrahlungszeit selbst liegt unter fünf Minuten, die Vorbereitungszeit bei etwa 20 Minuten. Etwa 20 Tage sind für eine Schwerionenbestrahlung veranschlagt, 30 für die Protonenbestrahlung.

Eine Behandlung kostet 20 000 Euro. Mit zahlreichen Kassen wurden Debus zufolge bereits Erstattungsverträge abgeschlossen.

Die physikalische und biologische Dimension
Schwerionen eröffnen für die Krebstherapie neue Dimensionen, weil sie eine höhere Dosis und präzisere Verteilung in der Gewebetiefe garantieren als Röntgenstrahlen. Sie erreichen ihre Dosisspitze (Bragg Peak) erst in tieferen Körperregionen bis zu einer Eindringtiefe von 30 Zentimetern. Dort liegende Tumoren können somit in Millimeterschichten zielgenau bestrahlt und das umliegende gesunde Gewebe maximal geschont werden, denn auf dem Weg zum Tumor geben die schweren Teilchen kaum Energie ab. Zudem ist die biologische Wirksamkeit der schweren Ionen drei- bis fünfmal so hoch wie die der Photonen oder Protonen.

Vier Partner – die GSI in Darmstadt, die Radiologische Universitätsklinik und das DKFZ in Heidelberg sowie das Forschungszentrum Rossendorf bei Dresden – haben die Planung für das Pilotprojekt auf den Weg gebracht. Um die vielversprechende Methode vom Grundlageninstitut in die Klinik zu überführen, wurde die Firma Siemens mit ins Boot geholt.

440 Patienten mit Schädelbasistumoren wie Chordomen und Chondrosarkomen sowie adenoidzystischen Karzinomen (Speicheldrüsenkarzinomen) sind seither dort bestrahlt worden. „Wir haben zeigen können, dass die Technik kontrollierbar, sicher und klinisch wirksam ist“, resümiert Haberer. Debus präzisiert den klinischen Erfolg: „Bei diesen Tumorentitäten konnten wir Heilungsraten von mehr als 80 Prozent erzielen.“ Diese Ergebnisse sind bereits publiziert worden. Eine weitere Indikation für die Schwerionentherapie sieht Debus beim nicht operablen lokal fortgeschrittenen Prostatakarzinom ohne Lymphknotenmetastasen und mit ungünstigem Grading. Nach japanischen Daten könne mit der Schwer-ionentherapie bei dieser Hochrisikogruppe, zu der jeder zehnte Patient mit einem Prostatakarzinom zählt, ausgezeichnete kurative Ergebnisse erreicht werden.

In Heidelberg wird nun eine in Darmstadt begonnene Studie mit diesen schwer therapierbaren Patienten fortgeführt; 18 wurden schon in Darmstadt bestrahlt, weitere 18 sollen jetzt in Heidelberg behandelt werden. Andere Problemtumoren wie Weichteilsarkome, inoperable Pankreas- und Lungenkarzinome, Glioblastome, Leberzellkarzinome und kindliche Hirntumoren sind Debus zufolge weitere mögliche Angriffspunkte für die Schwerionentherapie. Überprüft werden auch Kombinationstherapien aus konventioneller Bestrahlung und einem Protonen- oder Schwerionenboost zum Beispiel bei Kopf-Hals-Tumoren oder Hirntumoren.

Zuweisende Ärzte, aber auch die Patienten selbst können sich für eine Behandlung anmelden: entweder über das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen in Heidelberg oder bei der Radiologischen Universitätsklinik unter der Telefonnumer 0 62 21/56 54 45.

Die Welt der Bestrahlungsanlagen
Weltweit existieren derzeit 30 Bestrahlungsanlagen mit Protonen und Schwerionen. Allein zehn davon stehen in Japan, wobei drei Schwerionenanlagen sind. In den USA gibt es fünf Protonenanlagen, die bereits klinisch genutzt werden, und fünf sind im Bau. In Deutschland ist eine Protonenanlage an einer Privatklinik in München in Betrieb. In Essen, Kiel und Marburg werden entsprechende Anlagen gerade aufgebaut. Sie werden hauptsächlich zur Patientenversorgung genutzt. In Heidelberg steht die erste kombinierte Protonen-Schwerionen-Anlage mit dem Schwerpunkt auf der Forschung. Innerhalb Europas existieren Protonenanlagen außerdem in Wien (Österreich), Lyon (Frankreich), Mailand (Italien) und Uppsala (Schweden).
Ingeborg Bördlein
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