Physikalische Vorteile der Protonen- und Schwerionenstrahlung

Protonen- und Schwerionenstrahlung hat eine größere Reichweite im Gewebe, so dass auch tief im Körper liegende Tumoren eine ausreichend hohe, zerstörerische Strahlendosis erhalten.

Die Ionen werden im MIT auf über drei Viertel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann zielgenau in Richtung Tumor „geschossen“. Je nach Geschwindigkeit bzw. Energie können die Ionen bis zu 30 Zentimeter tief ins Gewebe eindringen und damit auch tief liegende Tumoren erreichen.

Bei einer Photonenbestrahlung geht auf dem Weg durch das Gewebe viel Energie durch Streustrahlung verloren, die gesundes Gewebe belastet. Photonenstrahlung entfaltet außerdem schon in einer Gewebetiefe von nur ca. drei Zentimetern ihre größte Wirkung. Danach fällt die Strahlendosis allmählich ab, so dass bei tief liegenden Tumoren keine ausreichend hohe Strahlendosis ankommt bzw. bei oberflächennah gelegenen Tumoren das Gewebe dahinter belastet wird. Mit modernen Bestrahlungstechniken lassen sich diese Nachteile oft ausgleichen – aber nicht immer.

Protonen und Schwerionen ermöglichen Bragg-Peak-Bestrahlung: Der Tumor wird höchstpräzise bestrahlt und das umgebende gesunde Gewebe optimal geschont.

Das den Tumor umgebende gesunde Gewebe - und ebenso das im Einstrahlkanal des Therapiestrahls liegende Gewebe - wird mit einer Ionenstrahlung optimal geschont. Denn aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und ihrer großen Masse „durchschlagen“ Ionen das Gewebe blitzschnell und bilden ein scharf begrenztes Strahlenbündel mit nur minimaler seitlicher Streuung. Ionen geben erst ganz am Ende ihres Weges, kurz bevor sie stehen bleiben, ihre zerstörerische Energie auf einen Schlag an das Gewebe ab. Forscher nennen diesen Bereich Bragg-Peak, benannt nach seinem Entdecker William Henry Bragg (1862 - 1942, englischer Nobelpreisträger für Physik).

„Peak“ heißt auf deutsch „Spitze“ und bezeichnet den Bereich, an dem die Strahlung ihren Spitzenwert erreicht. Danach kommt es zu einem steilen Dosisabfall auf nahezu null, so dass hinter dem Tumor liegendes Gewebe nicht belastet wird. Der Therapiestrahl lässt sich so steuern, dass diese maximale Strahlendosis genau den Tumor trifft. Der Bereich des Bragg-Peaks lässt sich auch beliebig verbreitern, indem man verschiedene Strahlen überlagert, so dass Tumoren jeder Form, Größe und Tiefenlage im Gewebe millimetergenau vom Strahlenbündel überdeckt werden.

Weil die Präzision einer Bestrahlung mit Protonen und Schwerionen so groß ist, kann eine höhere Strahlendosis verabreicht werden. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit der Heilung.

Im Prinzip kann jeder Tumor durch Strahlung zerstört werden. Limitierender Faktor ist immer das den Tumor umgebende gesunde Gewebe, das nicht geschädigt werden darf. Besonders kompliziert ist die Situation, wenn dieses gesunde Gewebe extrem strahlenempfindlich ist, wie beispielsweise Hirnstamm, Auge oder Darm. Weil Ionenstrahlen so genau treffen und gesundes Gewebe ausgespart bleibt, kann die Strahlendosis im Vergleich zur konventionellen Bestrahlung bei einer Protonenbestrahlung um bis zu 20 Prozent und bei einer Schwerionenbestrahlung um bis zu 35 Prozent erhöht werden. Damit steigen die Heilungschancen für die Patienten.

Dosisverlauf für Röntgen- bzw. Photonenstrahlung und Ionenstrahlung in biologischem Gewebe