Biologische Vorteile der Schwerionenstrahlung

Schwerionenstrahlung ist biologisch wirksamer und hat eine größere Zerstörungskraft als Photonenstrahlung.

Zellen verfügen über leistungsfähige Mechanismen, um Strahlenschäden zu reparieren. Die Reparaturfähigkeit des bestrahlten Gewebes ist nach einer Schwerionenbestrahlung deutlich geringer als nach einer Photonenbestrahlung gleicher Dosis, denn die verursachten Schäden sind gravierender. So verursacht Schwerionenstrahlung erheblich mehr gegenüber liegende Brüche in den beiden Strängen des Erbmoleküls DNA. Diese dicht beieinander liegenden Doppelstrangbrüche können von der Zelle sehr selten repariert werden. Folge: Die DNA zerbricht in kleine Segmente, und die Zelle kann sich nicht mehr teilen. Dies ist das entscheidende Ereignis, das zum Tod der Tumorzelle führt.

Schwerionenstrahlung zerstört auch schlecht durchblutete Tumorareale.

Die Wirkung von Schwerionen erstreckt sich auch auf so genannte hypoxische Zellen, die unter Sauerstoffmangel leiden. Es gibt solche Zellen in jedem Tumor in schlecht durchbluteten Arealen. Sie sind Photonenstrahlung gegenüber fast völlig unempfindlich, denn um den von Photonen erzeugten DNA-Schaden auf molekularer Ebene zu manifestieren, ist die Anwesenheit von Sauerstoff unabdingbar, der über das Blut in den Tumor transportiert wird.

Schwerionenstrahlung zerstört auch langsam wachsende Tumoren.

Die Strahlensensibilität von Zellen ist abhängig von ihrem Zellzyklusstadium. Photonenstrahlung schädigt fast ausschließlich Zellen in der Teilungsphase. Für Schwerionenstrahlung sind diese zellzyklusbedingten Unterschiede in der Strahlenempfindlichkeit von Zellen sehr gering. Darum kann Schwerionenstrahlung auch ruhende oder sich nur selten teilende Krebszellen angreifen. Sie hat damit das Potential, auch langsam wachsende Tumoren zu zerstören, die gegenüber Photonenstrahlung fast völlig resistent sind.

Die biologische Wirksamkeit der Schwerionen steigt mit ihrer Masse an und ist für Kohlenstoff-Ionen (12C) größer als für Sauerstoff-Ionen (6O) und Helium-Ionen (4He). Sie entfaltet sich nur im Bereich des Bragg-Peaks. Bei Schwerionen noch größerer Masse ist die biologische Wirksamkeit auch im Eingangsbereich der Strahlung erhöht, was therapeutisch von Nachteil wäre.  

Biologisch effektive Dosis für Photonen, Protonen und Kohlenstoffionen