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Forschungsprojekt für grundlegende Verbesserung bei der Strahlentherapie: mit Microbeam und Nanodosimetrie

09.07.2014

In der Krebstherapie mit ionisierender Strahlung wird die im Gewebe absorbierte Strahlenmenge als Wasser-Energiedosis in der SI-Einheit Gray angegeben. Für einige neuartige und vorteilhafte Bestrahlungsmethoden sind jedoch verschiedene, zusätzliche Faktoren nötig, um die erhöhte biologische Wirkung von z. B. Ionenstrahlen im Vergleich zur konventionellen Photonenstrahlung zu berücksichtigen.

Dieses Projekt bringt führende Expertengruppen von
mehreren europäischen Metrologie- und Forschungsinstituten
zusammen, um neue und vereinheitlichende Konzepte für die
Dosimetrie verschiedener Strahlenqualitäten (von locker- bis
dicht-ionisierend) zu entwickeln. Diese Konzepte sollen auf
messbaren Größen der Teilchenspurstruktur basieren und mit
den biologischen Effekten der Strahlung (z. B. dem Abtöten von
Tumorzellen) korrelieren. In der Zukunft sollte es dadurch besser
möglich sein, die klinischen Ergebnisse von verschiedenen
Strahlentherapien zu vergleichen und durch die Auswahl oder
Kombination der Strahlensorten die Bestrahlungsplanung zu optimieren.

Die Hauptarbeitsgruppen sind:

  1. Mikrodosimetrie: Direkte Messmethoden für die Strahlenqualität
  2. Nanodosimetrie: Bestimmung der Teilchenspuren und Ionisationen im Bereich der DNA
  3. Indirekte Effekte: Messung von chemischen Wirkungen durch Strahlung
  4. Strahlenbiologie: Messungen von initialen und späten DNA-Schäden in Zellen
  5. Simulationsmodelle: Beschreibung und Quantifizierung von physikalischen und biologischen Strahlenwirkungen

Am Microbeam der PTB werden im Rahmen der Arbeitsgruppe 4 biologische Daten zur Überprüfung der Vorhersagen der Simulationsmodelle erzeugt. Zum einen die Anzahl der initial pro Teilchenspur verursachten Doppelstrangbrüche in lebenden Zellen. Diese werden von Biologen aus Frankreich als sogenannte γ-H2AX-Foci sichtbar gemacht und ausgewertet. Zum anderen werden von Biologen aus Italien und Portugal die Ergebnisse der zellulären Reparatur und das Überleben der Zellen quantifiziert. Die besondere Rolle des Microbeams besteht darin, dass Ionen auf wenige tausendstel Millimeter fokussiert werden und jeder Zellenkern selektiv bestrahlt wird. Die Anzahl der Teilchen pro Zelle wird dabei gemessen und durch einen schnellen Deflektor präzise kontrolliert, so dass jeder Zellkern von genau einem oder einer gewünschten Anzahl von Ionen getroffen wird. Die Verwendung von verschiedenen Ionen und Ionenenergien ermöglicht die Effekte unterschiedlicher Strahlenqualitäten zu messen. Mit Alpha-Teilchen mit einem hohen linearen Energietransfer (LET) von ca. 36 keV/µm bis 160 keV/µm wird die Wirkung von dicht-ionisierenden Teilchen, vergleichbar mit Kohlenstoffionen bei Schwerionentherapie, untersucht. Mit energetischen Protonen dagegen wird die Wirkung von locker-ionisierender Strahlung mit einem niedrigen LET von ca. 5 keV/µm bis 20 keV/µm untersucht.


This work is carried out within EMRP (European Metrology Research Programme) Joint Research Project SIB06 BioQuaRT. The EMRP is jointly funded by the EMRP participating countries within EURAMET and the European Union.