Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser-beschleunigte Protonen zur Krebstherapie

13.09.2016

Die Bestrahlung mit Protonen gilt als sehr wirksame und gleichzeitig schonende Methode der Krebsbehandlung. Ein interdisziplinäres Team von Physikern und Mediziner aus Düsseldorf, Essen und Braunschweig haben nun die grundsätzliche Eignung von Laser-beschleunigten Protonen für die Krebstherapie untersucht. In Scientific Reports berichten sie, dass diese noch geeigneter sein können als Protonen aus klassischen Beschleunigern.

Die Tumorbestrahlung mit Protonen hat den großen Vorteil, dass man in einem eng umrissenen Tumorgewebe hohe Energiedosen deponieren kann, ohne dass das umliegende Gewebe stark geschädigt wird.


Aufbau des Experiments zur Bestrahlung von Zellproben mit Laser-beschleunigten Protonen.

Oswald Willi

Allerdings benötigt man komplexe und teure Teilchenbeschleuniger, um die Protonen mit den notwendigen Energien erzeugen zu können. Damit kann die Protonentherapie nur an wenigen Zentren wie dem Westdeutschen Protonentherapiezentrum Essen angeboten werden und steht nicht allen Tumorpatienten zur Verfügung.

Als mögliche zukünftige Alternative zu klassischen Teilchenbeschleunigern wird der Einsatz von Laserbeschleunigern getestet. Hierbei wird ein extrem starker Laserstrahl auf eine Folie geschossen. Der Laserstrahl verdampft die Folie und ionisiert die atomaren Bauteile.

Dadurch entsteht auf sehr kleinem Raum ein extrem hohes elektrisches Feld, welches etwa Protonen beschleunigen kann. Diese Anlagen sind erheblich kleiner, einfacher aufgebaut und können deshalb auch an kleineren Einrichtungen betrieben werden.

Wissenschaftler der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf um Prof. Dr. Oswald Willi (Institut für Laser- und Plasmaphysik) und Prof. Dr. Friedrich Boege (Institut für Klinische Chemie und Labordiagnostik) haben zusammen mit Kollegen der Universität Duisburg-Essen und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig die Eignung von Laser-beschleunigten Protonen für die Protonenstrahltherapie untersucht.

An Zellproben stellten sie fest, dass Laser-beschleunigte Protonen bei gleicher Strahlendosis die gleiche Zahl an DNA-Schäden verursachen wie Protonen aus konventionellen Beschleunigern. Sie zerstören damit genauso effizient Krebszellen.

Die Laser-beschleunigten Protonen bieten möglicherweise sogar einen therapeutischen Vorteil. Sie erzeugen deutlich weniger Sauerstoffradikale, die wiederum zu unerwünschten Nebenwirkungen können. Eine mögliche Ursache: Die Protonenpulse aus dem Laser-Beschleuniger sind nur Pikosekunden lang; zu kurz, um Moleküle wie Sauerstoffradikale bilden zu können. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in den zur NATURE-Gruppe gehörenden Scientific Reports. Allerdings ist noch viele Jahre Grundlagenforschung zu leisten, bis die Laser-beschleunigten Protonen tatsächlich in den klinischen Einsatz am Patienten kommen können.

Hintergrund: Tumortherapie mit Protonen

Bei der klassischen Tumorbestrahlung kommt Röntgenstrahlung (zum Beispiel aus kompakten Linearbeschleunigern) oder Gammastrahlung aus radioaktiven Quellen zum Einsatz. Das Problem bei der Bestrahlung mit hochenergetischen Photonen ist, dass die höchste Dosis direkt oder nahe an der Oberfläche des bestrahlten Körperteils deponiert wird. Die Dosis nimmt mit höherer Eindringtiefe ins Gewebe kontinuierlich ab. Damit wird – gerade bei tiefer sitzenden Tumoren – ein großer Bereich gesunden Gewebes bei der Bestrahlung mit geschädigt, was zu den unerwünschten Nebenwirkungen führt.

Im Gegensatz dazu kann man bei der Protonentherapie sehr genau steuern, wo im Körper ein Großteil der Energie deponiert wird. Denn Protonen durchlaufen Materie auf der größten Wegstrecke mit nur geringem Energieverlust. Erst am Ende ihrer Bahn bremsen sie sehr stark ab und verlieren den größten Teil ihrer anfänglichen Energie in einem sehr kleinen Volumen. Wie tief dieser so genannte Bragg-Peak im Gewebe liegt, hängt von der Anfangsenergie der Protonen ab.

Mit Protonen kann also besonders viel Energie in das zu zerstörende Tumorgewebe gebracht werden, während das benachbarte gesunde Gewebe wenig beeinträchtigt wird, was die Nebenwirkungen erheblich senkt. Außerdem können gerade auch tiefer liegende Tumore effizient bestrahlt werden.

Originalveröffentlichung

S. Raschke, S. Spickermann, T. Toncian, M. Swantusch, J. Boeker, U. Giesen, G. Iliakis, O. Willi & F. Boege, Ultra-short laser-accelerated proton pulses have similar DNA-damaging effectiveness but produce less immediate nitroxidative stress than conventional proton beams, Scientific Reports,6:32441, 31. August 2016

DOI: 10.1038/srep32441

Kontakt

Prof. Dr. Oswald Willi
Institut für Laser- und Plasmaphysik
Tel.: 0211/81-11381
E-Mail: oswald.willi@hhu.de

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/srep32441

Dr.rer.nat. Arne Claussen | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.hhu.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt
25.05.2018 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Nanopartikel aus Kläranlagen - vorläufige Entwarnung
02.05.2018 | Universität Siegen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Breitbandservices von DNS:NET erweitert

20.06.2018 | Unternehmensmeldung

Mit Parasiten infizierte Stichlinge beeinflussen Verhalten gesunder Artgenossen

20.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics