Derzeit werden Tumore bei Krebspatienten in der Regel mit Röntgenstrahlung behandelt – bei einigen Kranken ist das aber nicht möglich, weil der Tumor zu tief im Körper liegt, oder weil die Röntgenstrahlen das umliegende Gewebe zu stark schädigen würden. In diesen Fällen können Ionenstrahlen helfen: die energiereiche Strahlung lässt sich so bündeln, dass sie ganz genau nur den Tumor trifft und höchstens einen halben Millimeter vom Ziel abweicht. Professor Jürgen Debus, Leiter des neuen Heidelberger Zentrums für Ionentherapie:
"Während die Röntgenstrahlung eine durchdringende Strahlung ist, bleiben diese Ionenstrahlen im Körper stecken; und durch die Auswahl der Energie können wir präzise die Position bestimmen, an welcher Stelle diese Strahlen stehenbleiben und dort ihre meiste Energie abgeben. Und das ist eben der besondere Vorteil: man kann mit einer höheren Dosis bestrahlen und gleichzeitig im normalen Gewebe eine wesentlich geringere Dosis nur erreichen."
Beinahe mit Lichtgeschwindigkeit werden die Ionenstrahlen ins Gewebe geschossen – bei diesem enormen Tempo sind kaum Wechselwirkungen mit den Zellen möglich, die der Strahl auf dem Weg zum Tumor durchläuft. Erst wenn er langsamer wird, entfaltet er seine volle Wirkung. Die Kunst der Ärzte besteht nun darin, diesen Zielpunkt genau in den Tumor zu legen. Deshalb wird direkt auf der Behandlungsliege ein aktuelles Computertomogramm gemacht; während der Bestrahlung überprüfen die Ärzte dann 10.000 Mal pro Sekunde die Position des Therapiestrahls am Rechner.
In Heidelberg kommen sowohl Protonen, also die Kerne von Wasserstoffatomen zum Einsatz als auch schwere Kohlenstoffionen. Diese Schwerionen sind besonders aufwendig zu produzieren: Ausgangspunkt ist zum Beispiel Kohlendioxid. Es strömt in die Ionenkammer ein; Magnetfelder und Mikrowellen beschleunigen dann freie Elektronen im Gas, sie stoßen mit Kohlendioxidmolekülen zusammen; dabei werden einige der Elektronen, die jedes Kohlenstoffatom enthält, herausgeschlagen. Mit elektrischen Feldern werden die nun positiv geladenen Teilchen herausgeholt und dann extrem beschleunigt. Die dafür nötige Technik füllt eine dreistöckige Halle von der Größe eines Tennisfelds; aus dem Gewirr verschiedenfarbiger Röhren dringt ein beständiges Brummen:
"Das Prinzip, mit dem man den Strahl beschleunigt, das ist relativ ähnlich zu einem Karussell wie Sie es auf dem Kinderspielplatz finden: Sie können sich vorstellen, da sitzt ein Kind, und jedes mal, wenn das Kind vorbeikommt, geben Sie ihm einen kleinen Stoß, so dass das Kind immer schneller wird. Und etwas ähnliches machen wir hier mit den Strahlen: immer wenn sie vorbeikommen, kriegen sie einen kleinen Stoß durch eine kleine elektromagnetische Welle. Und der Strahl wird dadurch immer schneller und erreicht etwa 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Um einen solchen Strahl abzubiegen, braucht man sehr starke Magnetfelder, und die erzeugt man wiederum mit großen Magneten."
Die Anlage gilt als größtes Gerät der Medizintechnik und braucht täglich fast so viel Strom wie eine Kleinstadt. Weltweit sind bisher schon rund 70.000 Patienten mit Ionenstrahlen behandelt worden – allerdings in den meisten Fällen mit Protonen, nicht mit den noch viel wirksameren Schwerionen. Heidelberg hat nun das einzige Zentrum, in dem beide Teilchenarten genutzt werden; neu ist auch die Möglichkeit, den Schwerionenstrahl aus jedem beliebigen Winkel auf den Patienten zu richten. Professor Peter Huber, Leiter der Strahlentherapie am Deutschen Krebsforschungszentrum, erklärt weshalb sich Tumorzellen mit schweren Ionen so erfolgreich bekämpfen lassen:
"Eine der Möglichkeiten, die man hier immer ins Feld führt, ist, dass vermehrt Doppelstrangbrüche an der DNS, also an der Erbsubstanz auftreten. Bei Protonen hat man diese wesentlich vermehrte biologische Wirkung nicht. Drückt man das Ganze in Zahlen aus, kann man ganz grob davon ausgehen, dass der Schwerioneneffekt etwa viermal effektiver ist als die normale Bestrahlung."
Pilotstudien haben bei Schädelbasistumoren und bestimmten Prostatakarzinomen verblüffende Behandlungserfolge gezeigt. Außerdem eignet sich die Ionentherapie vermutlich besonders für nicht operierbare Hirn- und Rückenmarkstumore, Weichteilsarkome und bestimmte Krebsformen bei Kindern. In Heidelberg sollen jährlich rund 1300 Patienten behandelt werden – zunächst allerdings nur nach engen Vorgaben, im Rahmen von klinischen Studien. Der ärztliche Direktor des Strahlenzentrums, Jürgen Debus:
"Eines der Ziele unserer Anlage ist hier, genau herauszufinden, was ist der Unterschied zwischen Protonen und Kohlenstoffionen; und gibt es Tumorarten, die man besser mit Protonen behandelt, und welches sind die Tumorarten, die man besser mit Kohlenstoffionen behandelt."
"Während die Röntgenstrahlung eine durchdringende Strahlung ist, bleiben diese Ionenstrahlen im Körper stecken; und durch die Auswahl der Energie können wir präzise die Position bestimmen, an welcher Stelle diese Strahlen stehenbleiben und dort ihre meiste Energie abgeben. Und das ist eben der besondere Vorteil: man kann mit einer höheren Dosis bestrahlen und gleichzeitig im normalen Gewebe eine wesentlich geringere Dosis nur erreichen."
Beinahe mit Lichtgeschwindigkeit werden die Ionenstrahlen ins Gewebe geschossen – bei diesem enormen Tempo sind kaum Wechselwirkungen mit den Zellen möglich, die der Strahl auf dem Weg zum Tumor durchläuft. Erst wenn er langsamer wird, entfaltet er seine volle Wirkung. Die Kunst der Ärzte besteht nun darin, diesen Zielpunkt genau in den Tumor zu legen. Deshalb wird direkt auf der Behandlungsliege ein aktuelles Computertomogramm gemacht; während der Bestrahlung überprüfen die Ärzte dann 10.000 Mal pro Sekunde die Position des Therapiestrahls am Rechner.
In Heidelberg kommen sowohl Protonen, also die Kerne von Wasserstoffatomen zum Einsatz als auch schwere Kohlenstoffionen. Diese Schwerionen sind besonders aufwendig zu produzieren: Ausgangspunkt ist zum Beispiel Kohlendioxid. Es strömt in die Ionenkammer ein; Magnetfelder und Mikrowellen beschleunigen dann freie Elektronen im Gas, sie stoßen mit Kohlendioxidmolekülen zusammen; dabei werden einige der Elektronen, die jedes Kohlenstoffatom enthält, herausgeschlagen. Mit elektrischen Feldern werden die nun positiv geladenen Teilchen herausgeholt und dann extrem beschleunigt. Die dafür nötige Technik füllt eine dreistöckige Halle von der Größe eines Tennisfelds; aus dem Gewirr verschiedenfarbiger Röhren dringt ein beständiges Brummen:
"Das Prinzip, mit dem man den Strahl beschleunigt, das ist relativ ähnlich zu einem Karussell wie Sie es auf dem Kinderspielplatz finden: Sie können sich vorstellen, da sitzt ein Kind, und jedes mal, wenn das Kind vorbeikommt, geben Sie ihm einen kleinen Stoß, so dass das Kind immer schneller wird. Und etwas ähnliches machen wir hier mit den Strahlen: immer wenn sie vorbeikommen, kriegen sie einen kleinen Stoß durch eine kleine elektromagnetische Welle. Und der Strahl wird dadurch immer schneller und erreicht etwa 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Um einen solchen Strahl abzubiegen, braucht man sehr starke Magnetfelder, und die erzeugt man wiederum mit großen Magneten."
Die Anlage gilt als größtes Gerät der Medizintechnik und braucht täglich fast so viel Strom wie eine Kleinstadt. Weltweit sind bisher schon rund 70.000 Patienten mit Ionenstrahlen behandelt worden – allerdings in den meisten Fällen mit Protonen, nicht mit den noch viel wirksameren Schwerionen. Heidelberg hat nun das einzige Zentrum, in dem beide Teilchenarten genutzt werden; neu ist auch die Möglichkeit, den Schwerionenstrahl aus jedem beliebigen Winkel auf den Patienten zu richten. Professor Peter Huber, Leiter der Strahlentherapie am Deutschen Krebsforschungszentrum, erklärt weshalb sich Tumorzellen mit schweren Ionen so erfolgreich bekämpfen lassen:
"Eine der Möglichkeiten, die man hier immer ins Feld führt, ist, dass vermehrt Doppelstrangbrüche an der DNS, also an der Erbsubstanz auftreten. Bei Protonen hat man diese wesentlich vermehrte biologische Wirkung nicht. Drückt man das Ganze in Zahlen aus, kann man ganz grob davon ausgehen, dass der Schwerioneneffekt etwa viermal effektiver ist als die normale Bestrahlung."
Pilotstudien haben bei Schädelbasistumoren und bestimmten Prostatakarzinomen verblüffende Behandlungserfolge gezeigt. Außerdem eignet sich die Ionentherapie vermutlich besonders für nicht operierbare Hirn- und Rückenmarkstumore, Weichteilsarkome und bestimmte Krebsformen bei Kindern. In Heidelberg sollen jährlich rund 1300 Patienten behandelt werden – zunächst allerdings nur nach engen Vorgaben, im Rahmen von klinischen Studien. Der ärztliche Direktor des Strahlenzentrums, Jürgen Debus:
"Eines der Ziele unserer Anlage ist hier, genau herauszufinden, was ist der Unterschied zwischen Protonen und Kohlenstoffionen; und gibt es Tumorarten, die man besser mit Protonen behandelt, und welches sind die Tumorarten, die man besser mit Kohlenstoffionen behandelt."