Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben es geschafft: Mit kurzen, starken Lichtpulsen eines kompakten Hochleistungslasers können sie Protonen derart beschleunigen, dass sie zur Bestrahlung von Krebsgeschwüren geeignet sind. Bisher sind dafür riesige Teilchenbeschleuniger notwendig. Diese bringen die Protonen auf hohe Energien und bündeln sie zu kleinen, lenkbaren Salven. Die Salven können tief ins Gewebe eindringen und deponieren ihre Energie zum großen Teil im Tumor. So kann das Geschwür zerstört werden, während das umliegende Gewebe weitgehend verschont bleibt. Die Methode ist wirksamer und zugleich schonender als die Strahlentherapie mit Röntgenlicht. „Das Verfahren eignet sich besonders für die Bestrahlung von Tumoren an der Schädelbasis, im Gehirn und im zentralen Nervensystem“, erläutert die HZDR-Forscherin Elke Beyreuther. „Auch bei krebskranken Kindern wird sie eingesetzt, um mögliche Spätfolgen zu reduzieren.“

Laser statt Teilchenbeschleuniger

Am Universitätsklinikum in Dresden bekommen Krebspatienten schon seit 2014 Strahlentherapien mit Protonen. Doch das Verfahren ist bislang sehr aufwendig. Vom Teilchenbeschleuniger werden die Protonen mithilfe spezieller, tonnenschwerer Magnete über eine Entfernung von 50 Metern zum Patienten transportiert. Mit kompakten Lasern wäre das einfacher. Auch sie können die Protonen auf Trab bringen. Lange Zeit waren die Tests der Physiker am HZDR allerdings wenig erfolgversprechend gewesen. Die Energie der Protonen hatte nicht für eine Bestrahlung gereicht. „Außerdem variierte die Stärke der Pulse zu stark, sodass wir nicht sicherstellen konnten, die richtige Dosis zu verabreichen“, sagt Florian Kroll, einer der beteiligten Wissenschaftler vom Institut für Strahlenphysik am HZDR. Doch das sei nun anders: „Mittlerweile können wir sie so maßschneidern, dass die entstehenden Protonenpulse sowohl eine ausreichende Energie als auch eine hohe Stabilität besitzen.“

Vielversprechende Ergebnisse

Dank den Fortschritten bezüglich der Steuerung der Stärke der Pulse stand der entscheidenden Versuchsreihe nichts mehr im Weg: die kontrollierte Bestrahlung von Tumoren in Mäusen mit laserbeschleunigten Protonen. Gemeinsam mit Fachleuten vom OncoRay hat das Forschungsteam dabei biologisch wertvolle Daten erhalten, die nun weitere Studien ermöglichen. Unter anderem wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nachweisen, dass die schnellere Verabreichung der Strahlendosis das umgebende gesunde Gewebe noch besser schont, als das bisher der Fall ist. Denn bei der konventionellen Protonentherapie dauert es einige Minuten, bis die Strahlendosis verabreicht ist; bei laserbeschleunigten Protonenpulsen könnte derselbe Prozess innerhalb einer Millionstel-Sekunde ablaufen. „Diesen Hinweisen wollen wir mit unserem Versuchsaufbau nachgehen“, sagt Elke Beyreuther, „und in präklinischen Studien untersuchen, wann und wie diese schnelle Bestrahlung angewendet werden sollte, um einen Vorteil bei der Krebstherapie zu erzielen.“