Dritte Ionenquelle bei MedAustron: Helium erweitert das Forschungsspektrum

Seit letztem Jahr verfügt das Krebsforschungs- und Behandlungszentrum MedAustron über eine dritte Ionensorte: Helium. Neben Protonen und Kohlenstoffionen können Heliumionen in einer eigenen Ionenquelle generiert und in den bereits vorhanden Beschleunigerstrukturen auf hohe Energien gebracht werden, um anschließend für Forschungszwecke genutzt zu werden. Damit erweitert MedAustron sein Portfolio an Teilchenarten und eröffnet neue Perspektiven in der nicht-klinischen Forschung.

Helium besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen und ist nach Wasserstoff das leichteste Element im Periodensystem. Es ist also viermal schwerer als Protonen, hat aber nur ein Drittel der Masse von Kohlenstoff. Im Teilchenbeschleuniger von MedAustron können Heliumionen auf die gleiche Geschwindigkeit wie Kohlenstoffionen beschleunigt werden, das bedeutet auf bis zu 200.000 Kilometer pro Sekunde – rund zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit.

HELIUMIONEN IM FOKUS DER FORSCHUNG

Neben den bereits etablierten Protonen und Kohlenstoffionen bieten Heliumionen zusätzliche Möglichkeiten für Forschungsprojekte in der medizinischen Strahlenphysik, wie beispielsweise die Entwicklung entsprechender Detektoren und Dosimeter für diese Teilchenart, neuer Algorithmen für die Bestrahlungsplanung oder innovativer Ansätze in der Bildgebung.

Die internationale Datenlage zur Anwendung von Heliumionen in der Krebstherapie ist derzeit noch begrenzt. Umso bedeutender ist die präklinische Forschung bei MedAustron, die untersucht, wie Helium zur gezielten Tumorbestrahlung eingesetzt werden könnte. Erste Studien können wichtige empirische Daten liefern, die unverzichtbar für jegliche zukünftige klinische Anwendung von Helium am MedAustron Beschleuniger sind. Potenziell bietet Helium Vorteile gegenüber sowohl Protonen als auch Kohlenstoffionen: Aufgrund seiner im Vergleich zu Protonen vierfach höheren Masse kommt es zu einer geringeren lateralen Aufstreuung – das umliegende gesunde Gewebe könnte dadurch noch besser geschont werden.

Gleichzeitig wäre Helium – wie Kohlenstoff – besonders wirksam in der Strahlentherapie, da bereits mit geringerer Dosis starke biologische Effekte erzeugt werden können. Kohlenstoffionen können sich im Körper aufspalten; die entstehenden Bruchstücke besitzen unterschiedliche Reichweiten und können die Präzision der Behandlung mindern. Heliumionen hingegen sind besonders stabil: Durch ihre hohe Bindungsenergie ist die Wahrscheinlichkeit einer Aufspaltung deutlich geringer. Das kann für eine noch präzisere Bestrahlung und Erhöhung der Strahlendosis im Tumor bei einer weiteren Reduzierung von Nebenwirkungen sorgen. Helium ist ein zusätzlicher Baustein, der in der Kombination verschiedener Teilchenarten in der Therapie eingesetzt werden kann, um die Vorteile der jeweiligen Teilchen gezielt zu nutzen.

EIN KOMBINIERTER STRAHL AUS HELIUM- UND KOHLENSTOFFIONEN

Ein besonders innovatives Projekt, welches als Kooperation zwischen der Technischen Universität Wien, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Innovations- und Entwicklungsabteilung von MedAustron aufgesetzt ist, untersucht die Erzeugung und Beschleunigung eines kombinierten Strahls aus Kohlenstoff- und Heliumionen. Bei der sogenannten sequenziellen Injektion werden zunächst Heliumionen in den Teilchenbeschleuniger eingeleitet, gefolgt von Kohlenstoffionen. Beide Teilchenarten werden daraufhin gemeinsam beschleunigt und zu einem Strahl formiert. MedAustron ist der erste klinische Beschleuniger weltweit, in dem diese Art der Strahlerzeugung erfolgreich durchgeführt wurde.

Doch wozu kann ein kombinierter Strahl eingesetzt werden? Dazu meint Doktoratsstudent Matthias Kausel, der an der Entwicklung des Injektionsschemas beteiligt war: “Da sich der menschliche Körper durch Atmungs- oder Organbewegungen ständig leicht verändert, kann es zu kleinen Abweichungen bei der Bestrahlung kommen, welche mit dem kombinierten Strahl nachgewiesen werden können. Da Heliumionen in etwa die dreifache Reichweite von Kohlenstoffionen besitzen, kann die Restenergie der Heliumionen, nachdem sie den Körper durchdrungen haben, gemessen werden. Diese Restenergie gibt Aufschluss über die Anatomie und Positionierung des Patienten. Somit könnte in Zukunft der kombinierte Strahl ein potenzielles Werkzeug zur gleichzeitigen Behandlung und Verifikation der Patientenpositionierung darstellen.”

Inwieweit sich Helium im klinischen Alltag bei MedAustron etablieren lässt, bleibt Gegenstand zukünftiger Forschung und Entwicklung. Mit diesen neuen Möglichkeiten gestaltet MedAustron – gemeinsam mit anderen führenden Zentren – diesen innovativen Weg aktiv mit.

MedAustron
Julia Klaus, MSc
Telefon: 066480878118
E-Mail: julia.klaus@medaustron.at

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