Die Protonenbestrahlung ist eine moderne Form der Strahlentherapie, die in der Behandlung verschiedener Krebsarten, insbesondere von Augentumoren und Hirntumoren, eingesetzt wird. Sie zeichnet sich durch eine hohe Präzision aus, die es ermöglicht, Tumore gezielt zu bestrahlen und gleichzeitig das umliegende gesunde Gewebe zu schonen. Trotz dieser Vorteile birgt die Protonenbestrahlung, insbesondere im Bereich des Sehnervs, potenzielle Risiken und Nebenwirkungen, die in diesem Artikel detailliert beleuchtet werden.
Protonenbestrahlung von Augentumoren: Eine patientenzentrierte Perspektive
Aus der Sicht eines Patienten, der sich einer Protonenbestrahlung zur Behandlung eines Augentumors unterzieht, wird der Protonenstrahl präzise durch eine Blende auf den Tumor im Auge gerichtet. Diese Messingblende wird individuell an die Tumorgröße angepasst und dient dazu, das umliegende Gewebe vor der Strahlung zu schützen.
Die Charité - Universitätsmedizin Berlin und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) bieten seit über 25 Jahren gemeinsam die Bestrahlung von Augentumoren mit Protonen an. Am HZB in Berlin-Wannsee wird ein Protonenbeschleuniger betrieben, während die medizinische Betreuung der Patienten durch die Charité erfolgt. Diese Kombination aus spezialisierter Technologie und medizinischer Expertise ist einzigartig.
Die Protonentherapie stellt eine effektive Methode zur Tumorbekämpfung dar und ist oft eine Alternative zur Entfernung des Auges. Ziel ist es, das Auge und die Sehfunktion so weit wie möglich zu erhalten. Die Protonen können sehr gezielt auf den Tumor gelenkt werden, wodurch umliegendes gesundes Gewebe geschont wird. Im Vergleich zu anderen Bestrahlungsmethoden führt die Protonentherapie in vielen Fällen zu geringeren Schädigungen von Hornhaut, Linse, Netzhaut und Sehnerv.
Die Rolle der Protonentherapie in der Krebsbehandlung
Die Bestrahlung stellt neben der Chemotherapie und der chirurgischen Entfernung von Tumoren eine etablierte Therapiemöglichkeit zur Behandlung von Krebserkrankungen dar. Sie ist sicher und präzise und zerstört Tumorzellen durch eine individuell angepasste Dosis. Während die Bestrahlung mit Photonen weit verbreitet ist, kann sie in seltenen Fällen zu Schädigungen des umliegenden gesunden Gewebes führen, insbesondere bei strahlungsempfindlichem Gewebe wie dem Sehnerv.
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Die Bestrahlung mit Protonen und Ionen stellt eine wichtige Weiterentwicklung dar. Sie entfaltet eine bessere Wirkung, insbesondere bei tiefer liegenden Tumoren, und schont gleichzeitig das umliegende gesunde Gewebe. Diese Art der Strahlentherapie wird bereits an mehreren Standorten in Deutschland eingesetzt, vor allem bei Kindern.
Herausforderungen und Risiken der Protonentherapie bei Hirntumoren
Die Protonentherapie gilt als besonders gewebeschonende Methode zur Behandlung von Hirntumoren, da sie Tumore präzise bestrahlt und gesundes Gewebe schont. Ihre hohe Präzision birgt jedoch auch Herausforderungen. Die biologische Wirksamkeit der Protonenstrahlen variiert je nach Gewebebeschaffenheit und Tumorlage, was das Risiko für Nebenwirkungen erhöhen kann.
Die relative biologische Wirksamkeit (RBW) gibt an, wie stark Protonen im Vergleich zu Photonen biologisches Gewebe schädigen. Bisher wird in der klinischen Praxis ein pauschaler RBW-Wert von 1,1 verwendet, was Protonen als zehn Prozent wirksamer einstuft. Neuere Studien zeigen jedoch, dass die tatsächliche Wirkung lokal deutlich höher sein kann, insbesondere am Strahlenende, wo Protonen ihre Energie abrupt abgeben. Dies gefährdet empfindliche Strukturen wie Sehnerven oder gesundes Hirngewebe besonders stark.
Innovative Ansätze zur Risikominimierung
Um die Risiken zu senken, wurden innovative Ansätze zur Bestrahlungsplanung entwickelt, die die variable RBW berücksichtigen. Diese zielen darauf ab, die Strahlenanteile mit maximaler Energieabgabe von empfindlichen Gewebestrukturen fernzuhalten, ohne die therapeutische Wirkung im Tumor zu beeinträchtigen. Ein entwickeltes Vorhersagemodell, das auf Tumorabstand zu Risikoorganen und herkömmlichen Dosiskennwerten basiert, erleichtert die Auswahl geeigneter Fälle.
Eine weitere Studie untersuchte strahleninduzierte Veränderungen im gesunden Hirngewebe nach Protonen- und Photonentherapie. Die Analyse bestätigte, dass eine variable RBW die Vorhersage solcher Schäden verbessert, und identifizierte eine erhöhte Strahlenempfindlichkeit rund um die Hirnventrikel.
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Individuelle Ausprägung von Nebenwirkungen
Wie ausgeprägt diese Nebenwirkungen bei Krebspatienten auftreten, ist individuell sehr unterschiedlich und von verschiedenen Faktoren abhängig. Dazu zählen die eingesetzten Medikamente und ihre Dosierung sowie das persönliche Ansprechen auf die Arzneimittel und Zytostatika. Hinweise können bereits vorhandene Reaktionen auf Medikamente in der Vergangenheit liefern.
Weiterhin können ein verstärktes Wimpernwachstum, der Verlust von Pigmenten im Auge und damit ein Farbwechsel sowie eine Veränderung der Sehstärke auftreten.
Wann ist ärztliche Hilfe erforderlich?
Bei allen plötzlich auftretenden Veränderungen wie Augenschmerzen, Sehverlust oder Lichtempfindlichkeit sollte ein Arzt informiert werden. Auch wenn eine bestehende Augeninfektion sich verschlechtert oder nach 2-3 Tagen mit Behandlung in der Selbstmedikation keine Verbesserung eintritt, sollte ein Arzt hinzugezogen werden.
Es ist wichtig, den behandelnden Onkologen über alle Veränderungen zu informieren, um abzuklären, ob die Probleme tatsächlich im Zusammenhang mit der Therapie stehen oder eine andere Ursache haben.
Fallbeispiele und Patientenerfahrungen
Ein Fallbeispiel einer Frau, bei der ein Gehirntumor diagnostiziert wurde, der drohte, sie zu erblinden, zeigt die Bedeutung der Protonentherapie. Nachdem ihr Sehvermögen sich langsam verschlechterte, wurde festgestellt, dass sie einen gutartigen Tumor hinter ihrem Auge hatte, der auf ihren Sehnerv drückte. Sie entschied sich für die Protonentherapie, um so viel Sehvermögen wie möglich in ihrem Auge zu behalten.
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Bei der Protonentherapie werden die Protonen beschleunigt, bis sie die halbe Lichtgeschwindigkeit erreichen. Sie zielen dann mit der Genauigkeit eines gespitzten Bleistifts auf die Krebszellen ab. Sie verbrachte mehrere Wochen mit Protonen-Bestrahlungssitzungen. Der eigentliche Tumor hat sich nicht verkleinert, aber die Idee war, dass er nicht größer wird.
Aderhautmelanom: Diagnose und Therapie
Ein Aderhautmelanom ist ein Tumor, der sich direkt im Auge entwickelt. Er entsteht vermutlich aus pigmentierten Zellen in der Aderhaut. Aderhautmelanome werden in der Regel während einer Untersuchung des Auges beim Augenarzt festgestellt. Einige zusätzliche Untersuchungen können die Diagnose eines Aderhautmeloms erhärten oder auch unwahrscheinlich machen. Eine wichtige Untersuchung stellt die Echographie oder auch Ultraschalluntersuchung dar. Eine weitere wichtige Untersuchung stellt die Fluoreszenzangiographie dar.
Manche Aderhautmelanome scheinen unverändert im Auge über lange Zeit zu bestehen, ohne daß ein Wachstum nachweisbar ist. Die meisten Aderhautmelanome zeigen jedoch ein Größenwachstum und führen über eine Zerstörung der Netzhaut zu einer langsamen Verschlechterung des Sehens. Als bösartige Tumoren können die Aderhautmelanome in einigen Fällen auch in andere Teile des Körpers streuen und zu Tochtergeschwülsten führen.
Wenn die Diagnose eines Aderhautmelanoms gesichert ist, sollte baldmöglichst eine Therapie eingeleitet werden. Seit über 100 Jahren war die übliche Behandlungsmethode des Aderhautmelanoms die radikale Entfernung des Auges, in der Fachsprache Enukleation genannt. Seit etwa 30 Jahren wird eine weitere Art der Therapie, die Bestrahlung des Aderhautmelanoms, durchgeführt. Ziel der Strahlentherapie ist es, den Tumor zu zerstören und gleichzeitig das Auge zu erhalten. Die Sehfähigkeit des Auges nach der Therapie ist jedoch abhängig von der Größe und Lage des Tumors im Auge.
Die Strahlentherapie des Aderhautmelanoms kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen. Die eine Form ist die Strahlentherapie mittels der Aufnähung von kleinen Strahlenträgern auf das betroffene Auge. Diese Form wird auch Brachytherapie genannt. Es handelt sich um die am häufigsten angewandte Form der Strahlentherapie. Seit einigen Jahren wird auch eine Bestrahlung von außen mit Protonen durchgeführt. Diese Form der Bestrahlung wird als Teletherapie bezeichnet. Bei bestimmten Formen des Aderhautmelanoms wurden mit dieser Form der Strahlentherapie erstaunliche Erfolge erzielt.
Eine weitere Form der Therapie, die hautpsächlich für kleine Tumoren Anwendung finden kann, besteht in der Zerstörung des Tumorgewebes durch die Einwirkung von Hitze oder Kälte auf die Tumorzellen. Eine zusätzliche Möglichkeit der Behandlung des Aderhautmelanoms besteht in der chirurgischen Entfernung des Tumors aus dem Auge.
Gemeinsam für alle genannten Behandlungsmöglichkeiten des Aderhautmelanoms gilt, daß keine absolute Garantie für die Zerstörung des Tumors oder Erhaltes der Sehfähigkeit gegeben werden kann. Nach allen bisher bekannten Fakten scheint es jedoch für das Überleben keine wesentliche Rolle zu spielen, welche Form der Therapie zur Anwendung kommt. Keine der Methoden hat einen offensichtlichen Vorteil gegenüber der anderen. Nach allen Formen der Therapie, auch nach der Enukleation des Auges, können noch in der Folge Tochtergeschwülste auftreten.
Enukleation: Entfernung des Auges
Die Enukleation des Auges, also die Entferung des Auges, wird unter Vollnarkose durchgeführt. Die Entfernung des Auges ist ein unwiderruflicher Eingriff. Es gibt keine Möglichkeit, das entfernte Auge später wieder zu ersetzen. Nach der operativen Entfernung des Auges aus der Augenhöhle wird als Platzhalter eine Silikonkugel, ein sogenanntes Implantat, in die Augenhöhle eingesetzt. Die Augenmuskeln sowie die Bindehaut werden über diesem Implantat vernäht, so daß es später nach der Operation von außen nicht sichtbar ist.
Nach der endgültigen Abheilung der Wunde wird nach ca. 4 - 8 Wochen von einem Spezialisten eine Prothese, also ein künstliches Auge aus Glas, angefertigt. Diese Prothese wird in den schmalen Spaltraum hinter den Augenlidern eingeführt. Wenn sich nun das andere Auge bewegt, wird über die in der Augenhöhle verbliebenen Augenmuskeln auch die eingesetzte Glasprothese in einem gewissen Umfang mitbewegt.
Mit der Entfernung des Auges geht natürlich auch die Sehfähigkeit dieses Auges verloren. Der Verlust dieser Sehfähigkeit ist unwiderruflich. Da nur noch ein intaktes Auge nach dem Eingriff verbleibt, resultiert auch nur ein kleineres Gesichtsfeld insbesondere auf der Seite, auf der das Auge entfernt wurde. Mit dem Verlust eines Auges verliert man gleichzeitig auch einen großen Teil des räumlichen Sehvermögens (Stereopsis).
Die kosmetischen Ergebnisse nach der Entfernung eines Auges und der folgenden Anpassung eines künstlichen Glasauges sind in der Regel relativ gut. Das künstliche Auge kann sich, wie bereits angeführt, nicht ganz so normal bewegen wie ein natürliches Auge.
Mögliche Komplikationen dieses Eingriffes sind insbesondere ein Bluterguß im Bereich der Augenhöhle sowie eine mögliche Infektion, die ggf. sogar die Entfernung des eingesetzten Implantates aus der Augenhöhle notwendig werden lassen kann.
Brachytherapie: Strahlenträger auf dem Auge
Zur Durchführung der Therapie werden kleine Strahlenträger während einer Operation außen auf die Lederhaut aufgenäht, und zwar genau an der Stelle, an der sich an der Innenseite des Auges der Tumor befindet. Diese kleinen Strahlenträger, auch Applikatoren genannt, sehen in ihrer typischen Form aus wie kleine, aus einer Kugeloberfläche ausgeschnittene Münzen. Die Innenseite der Wölbung wird dabei mit einem strahlenden Material beschichtet.
Anwendung finden gegenwärtig hauptsächlich zwei strahlende Elemente. Das am häufigsten verwendete strahlende Material ist Ruthenium-106. Dieses relativ langsam zerfallende Element sendet b-Strahlen (darunter versteht man schnell fliegende Elektronen) aus. Will man größere Tumoren behandeln, so muß auf ein anderes strahlendes Element, das Jod-125, zurückgegriffen werden. Die vom Jod-125 abgegebene g-Strahlung ist energiereicher und dringt tiefer in das Gewebe ein. Mit diesen Jod-Applikatoren können somit auch deutlich größere Tumoren behandelt werden.
Der Vorteil der Applikatoren besteht darin, daß die Strahlenwirkung nur in eine Richtung, also in Richtung auf den Tumor, abgegeben wird, während durch die Metallplatte des Applikators die umgebenden Gewebe vor der Strahlung geschützt werden. Beim Jod-Applikator besteht jedoch aufgrund der andersartigen Strahlung und der Anwendung bei größeren Tumoren auch eine unvermeidbar stärkere Bestrahlung der vom Tumor nicht befallenen Gewebe im Auge. Dies kann später zu Komplikationen führen.
Wie lange der Strahlenträger auf dem Auge verbleiben muß, kann nicht pauschal beantwortet werden. Dies hängt zum einen von der Größe des Tumors und von der Strahlenintensität des verwendeten Strahlenträgers ab. Als Anhaltswert kann eine Liegedauer des Strahlenträgers zwischen einem oder mehreren Tagen bis zu zwei Wochen angegeben werden.
Wenn die Tumorzellen zerstört werden, beginnt der Tumor in der Folge langsam zu schrumpfen. Jedoch verschwindet der Tumor meist nicht vollständig. Es verbleibt auch bei erfolgreicher Therapie oftmals noch eine deutlich sichtbare Narbe im ehemaligen Tumorbereich. Zur Überprüfung, ob die Therapie erfolgreich war, müssen in der Folge regelmäßige Kontrolluntersuchungen des Auges durchgeführt werden.
Teletherapie: Bestrahlung von außen mit Protonen
Eine Alternative zur Behandlung mit Strahlenträgern bietet die Bestrahlung von außen mit Protonen, das heißt mit einem Teilchenstrahl aus Kernen des Wasserstoff-Atoms. Diese spezielle Form der Strahlung kann nur an wenigen Orten in der Welt erzeugt werden. Es ist hierzu nötig, eine technisch extrem aufwendige Anlage, ein sogenanntes Cyclotron, zur Verfügung zu haben.
Der entscheidende Vorteil besteht darin, daß diese Art von Strahlen wesentlich präziser auf ein umgrenztes Zielvolumen gerichtet werden kann. Je nach benötigter Eindringtiefe werden die Teilchen auf die benötigte Energie "beschleunigt". Sie erreichen dann das berechnete Ziel, verlieren hier ihre Energie und kommen dann zum Stehen. Hierdurch wird das Gewebe, das hinter dem Tumor liegt, weitgehend geschont.
Persönliche Erfahrungen und Herausforderungen
Einige Patienten berichten von langsamen Wachstum von Resttumoren, was eine abwartende Haltung rechtfertigt. Bei Meningeomen nahe des Sehnerven ist die Entscheidung für oder gegen eine Operation komplex. Das Problem bei Operationen am Sehnerven ist, dass es keine Möglichkeit gibt, vor oder während der OP festzustellen, was durch die OP geschädigt wird.
Es ist wichtig, dass sich der Neurochirurg mit dem Strahlentherapeuten und der Psychoonkologin in einer Tumorkonferenz trifft, um die bestmögliche Behandlungsstrategie zu entwickeln.
Partikeltherapie: Eine schonende Alternative
Das österreichische Zentrum für Ionentherapie und Forschung MedAustron bietet Tumorpatienten eine schonende Alternativtherapie zur herkömmlichen Strahlentherapie an: die Partikeltherapie. Durch die speziellen strahlenphysikalischen Eigenschaften können die Protonen oder Kohlenstoffionen millimetergenau auf das Tumorgewebe ausgerichtet werden. Umliegendes Gewebe bleibt so überwiegend geschont.
Partikeltherapie mit Protonen und Kohlenstoffionen gewährleistet eine hohe Effektivität bei strahlenresistenten Tumoren wie Chordomen und Chondrosarkomen. Da diese Tumoren häufig an kritischen Strukturen wie dem Hirnstamm, dem Sehnerv oder dem Temporallappen liegen, können sie nicht oder nur teilweise operativ entfernt werden. Zusätzlich zeigen diese Tumorentitäten eine geringe Sensibilität gegenüber einer konventionellen Photonenbestrahlung.
Der große Unterschied zwischen einer Photonentherapie und einer Partikeltherapie beruht auf der Art und Weise, wie die Energie im Körper des Patienten abgegeben wird. Photonenstrahlung wird auf ihrem Weg durch den Körper exponentiell abgeschwächt, was bedeutet, dass in der Nähe der Oberfläche mehr Energie abgegeben wird als bei tieferliegenden Tumoren. Hingegen geben die geladenen Partikel, die entweder Protonen- oder Kohlenstoffionen sein können, ihre Energie an die Materie zunächst nur geringfügig ab und werden nach einer konstanten Durchdringungsstrecke gestoppt. Am Ende dieser definierten Reichweite wird die gesamte Energie konzentriert im Bereich des sogenannten „Bragg peak“ abgegeben.
Diese hohe Treffgenauigkeit ist von unschätzbarem Wert für die Behandlung von Tumoren, die sehr nahe an strahlenempfindlichem gesundem Gewebe lokalisiert sind, und ergibt somit einen vorteilhafteren Tiefendosis-Verlauf. Durch die definierte, scharf begrenzte Reichweite wird sowohl das Gewebe vor als auch das nach dem Tumor geschont. Da die räumliche und energetische Streuung bei Kohlenstoffionen geringer als jene bei Protonen ist, können sie bei gleicher Tiefe sogar noch präziser angewendet werden. Die Kohlenstoffionen können dazu noch einen 2-3x größeren Schaden in der Tumorzelle bewirken, weshalb eine höhere biologische Aggressivität besteht.
Die größte Einschränkung dieser innovativen und hochwirksamen Technologie ist logistischer Natur. Die Partikeltherapie erfordert einen Teilchenbeschleuniger in unmittelbarer Nähe zum Behandlungsraum. Bedingt durch die extrem hohen Kosten gibt es derzeit in Europa nur wenige Standorte, welche auf eine solche Infrastruktur zurückgreifen können.
MedAustron ist ein Ionentherapiezentrum, welches im Jahr 2016 die ersten Behandlungen an Patient*innen durchgeführt hat. Die Ionenarten für eine Therapieanwendung sind sowohl Protonen als auch Kohlenstoffionen.
Forschung zu zellulären Strahlenreaktionen
Um unser Verständnis der grundlegenden zellulären Strahlenreaktion als Funktion der Dosis und des linearen Energietransfers (LET) zu verbessern, haben wir einen neuartigen, wasserphantombasierten Aufbau für Zellkulturexperimente entwickelt und dosimetrisch charakterisiert. In einem direkten Vergleich wurden menschliche Chondrosarkom-Zelllinien hinsichtlich ihrer Lebensfähigkeit, der Zellproliferation, des Zellzyklus und des DNA-Reparaturverhalten nach Bestrahlung mit Röntgen-, Protonen- und Kohlenstoffionen analysiert.
Unsere Ergebnisse zeigten deutlich, dass die Lebensfähigkeit und Proliferation der Zellen mit zunehmender Ionisationsdichte, d.h. LET, der Bestrahlungsarten gehemmt wurden. Außerdem wurde eine ausgeprägte G2/M-Arretierung festgestellt. Die Erstellung von Genexpressionsprofilen belegte die Hochregulierung der Seneszenzgene CDKN1A (p21), CDKN2A (p16NK4a), BMI1 und FOXO4 nach einer Partikelbestrahlung.
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