Wie ein echter Mensch

Mit einer menschenähnlichen Spezialpuppe haben Wissenschaftler an der GSI-Beschleunigeranlage Experimente durchgeführt. Die Puppe ist eine Nachbildung eines Oberkörpers mit Kopf und ist in ihrem inneren und äußeren Aufbau einem Menschen nachempfunden.

Mit dem so genannten Matroshka-Experiment möchten die Wissenschaftler ein neues Messverfahren zur Qualitätssicherung und weiteren Verbesserung der Therapietechnik entwickeln. Durch den Einsatz der Spezialpuppe können sie dies durchführen, ohne einen echten Patienten behandeln zu müssen.

Ein Zwilling der Puppe befindet sich auf der internationalen Raumstation ISS. Dort wird unter anderem untersucht, wie hoch die Strahlenbelastung für einen Astronauten im Weltall ist.

Die Spezialpuppe ist eine Leihgabe vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Von außen sieht die Spezialpuppe aus wie einfaches braunes Plastik. Jedoch verbirgt sich im Inneren ein komplexer Aufbau unterschiedlicher Materialdichten, die einem menschlichen Körper inklusive der Knochen und verschiedener Gewebesorten entsprechen – wie bei einem echten Menschen. Die Puppe ist aus mehr als 20 verschiedenen Schichten zusammengesetzt, die auseinander genommen werden können. Im Inneren der Schichten befinden sich Aussparungen zur Anbringung von Messgeräten. Mit ihnen können die Wissenschaftler die Strahlung im Inneren der Puppe messen. Bei einem echten Menschen eine Unmöglichkeit.

„In unserem aktuellen Experiment versuchen wir ein neues Messverfahren für die Bestimmung der Position unseres Ionenstrahls bei der Tumortherapie zu entwickelt“, sagt Dr. Chiara La Tessa, die das Experiment bei GSI leitet. „Ob das funktioniert, können wir nur herausfinden, weil sich die Ionenstrahlen in der Puppe genau so verhalten wie bei einem echten Patienten.“

Bei der Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionen, wie sie von GSI entwickelt wurde, kann der Ionenstrahl millimetergenau in einen Tumor hineingebracht werden. Er entfaltet erst an seinem Stopppunkt in der Tiefe die maximale Wirkung. Die Position des Stopppunkts will La Tessa gemeinsam mit ihren Kollegen in Echtzeit während eines Therapievorgangs genau bestimmen und so eine bessere Diagnostik bei der Durchführung der Therapie erreichen. GSI arbeitet bei dem Experiment mit Forschern der Universität La Sapienza in Rom zusammen. Die italienischen Forscher bringen für die Durchführung des Experiments besondere Messgeräte mit.

Bereits im Jahr 2009 war die Spezialpuppe für ein Experiment bei GSI. Damals wurde in Zusammenarbeit mit dem DLR die Strahlenbelastung des Körpers bei verschiedenen Strahlentherapieverfahren verglichen. Dazu wurde das Phantom nicht nur bei GSI, sondern auch noch an Therapieanlagen in Schweden, Schweiz, Japan und in Frankfurt bestahlt. Das DLR stellte die Messgeräte zur Verfügung und übernahm die Datenanalyse. Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt millimetergenau bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Nach erfolgreichen Studien an der GSI-Beschleunigeranlage hat GSI für den klinischen Routinebetrieb eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage entwickelt, die am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) im Jahr 2009 in Betrieb gegangen ist. Dort wurden mittlerweile über 500 Patienten behandelt. GSI forscht weiter an der Behandlung neuer Indikationen, beispielsweise an bewegten Tumoren in der Lunge.