Radioaktive Strahlen geben einen Echtzeitblick auf die Krebsbehandlung bei Mäusen

Krebsbekämpfende Teilchenstrahlen wurden auf frischer Tat ertappt.

Teilchenstrahlen können eine Blast von zerstörerischer Energie direkt auf Tumoren abgeben - vorausgesetzt, der Strahl befindet sich am richtigen Ort. Jetzt, unter Verwendung eines radioaktiven Strahls, haben Wissenschaftler den Standort des Strahls beim Behandeln von Tumoren bei Mäusen genau bestimmt. Es handelt sich um die erste erfolgreiche Behandlung von Tumoren mit einem radioaktiven Strahl, wie Wissenschaftler in einem am 23. September auf arXiv.org eingereichten Papier berichten.

Die Technik könnte es Wissenschaftlern letztendlich ermöglichen, menschliche Patienten mit millimetergenauer Präzision zu behandeln - besonders wichtig, wenn ein Tumor in der Nähe eines empfindlichen Organs wie dem Rückenmark oder dem Hirnstamm liegt.

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Verschiedene Arten von Strahlung können Krebs behandeln. Am häufigsten sind Röntgenstrahlen, hochenergetisches Licht, das die DNA in Tumorzellen zerstören kann. Aber Röntgenstrahlen setzen ihre Energie entlang des gesamten Weges des Strahls ab und können so potenzielle Kollateralschäden in anderen Teilen des Körpers verursachen. Präziseres Ausrichten auf den Tumor ist möglich mit Partikeln wie Protonen oder Ionen - elektrisch geladenen Atomen - die den Großteil ihrer Energie an einer Stelle abgeben.

Die Ionenbehandlung wird derzeit an mehr als einem Dutzend Zentren weltweit durchgeführt. Bei diesen Behandlungen werden stabile, nicht-radioaktive Ionen verwendet - in der Regel Kohlenstoff-12, eine Variante von Kohlenstoff mit sechs Protonen und sechs Neutronen in seinem Kern. Die Teilchen im Strahl werden ihrer Elektronen entledigt, was ihnen eine positive Ladung verleiht.

Der Tumor wird aufgrund von Berechnungen darüber, wie tief ein Strahl eindringen wird, und früheren Bildgebungsverfahren des Patienten, z. B. einer CT-Untersuchung, angezielt. Aber Körper sind nicht starr und Organe können sich zwischen der Bildgebung und der Behandlung verschieben. Idealerweise würde die Position des Strahls in Echtzeit bestätigt werden. Genau das ermöglicht die neue Technik.

"Wenn man ein radioaktives Ion verwendet, kann man gleichzeitig den Tumor abtöten und den Strahl sehen", sagt der Physiker Marco Durante vom GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, Deutschland.

Durante und Kollegen verwendeten Kohlenstoff-11-Ionen, die ein Neutron weniger in ihren Atomkernen haben als Kohlenstoff-12-Ionen, was sie radioaktiv macht. Wenn Kohlenstoff-11 zerfällt, gibt er ein Positron ab - einen positiv geladenen Antimateriepartner eines Elektrons. Wissenschaftler können dieses Positron identifizieren, indem es in Wechselwirkung mit einem Elektron im Körper annihiliert, über Positronenemissionstomographie oder PET. Das identifiziert, wo der Strahl seine Teilchen abgibt.

In der Studie verwendeten Wissenschaftler die Kohlenstoff-11-Ionen, um Mäuse mit Tumoren in der Nähe der Wirbelsäule zu behandeln. Wissenschaftler konnten die Position des Strahls während der Behandlung überprüfen und bestätigen, dass er genau passte. Tatsächlich ließ die Behandlung die Tumoren schrumpfen.

Wissenschaftler hatten bereits versucht, PET zu verwenden, um den Standort eines Strahls stabiler Ionen zu messen. Die stabilen Ionen emittieren keine Positronen, aber einige der stabilen Atomkerne brechen auseinander, wenn sie durch Material hindurchgehen. Diese Fragmente können radioaktive Ionen erzeugen, die Positronen bei ihrem Zerfall freisetzen. Aber die Technik ist schwierig, da die Anzahl solcher Teilchen gering ist.

Bei radioaktiven Ionenstrahlen werden viel mehr Positronen emittiert. "Das ermöglicht es, ein sehr scharfes und schönes Bild davon zu erhalten, wo das Teilchen stoppt", sagt die Strahlenphysikerin Mitra Safavi-Naeini von der Nuclear Science and Technology Organisation in Sydney, Australien, die nicht an der Forschung beteiligt war.

Die Technik könnte Wissenschaftlern auch helfen zu verstehen, wie radioaktives Material nach einer Ionenbehandlung durch den Körper wandert, sagt Safavi-Naeini. Die radioaktiven Partikel werden aus dem Bullauge des Strahls durch das Blut, das durch den Körper fließt, ausgewaschen. Dies verteilt das Positronensignal im Laufe der Zeit. Die Menge dieses Auswaschens könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, ob Blutgefäße durch die Behandlung zerstört werden, wodurch die Energieversorgung des Tumors unterbrochen wird. Dies könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie man Partikelstrahlen am besten einsetzen kann, um das Ende des Krebses zu gewährleisten.