TEILCHENKANONE RETTET LEBEN

Reglos verharrt die Patientin auf der Liege. Sie wirkt wie eine Mumie: Ihr Gesicht ist von einer weißen Kunststoffmaske verdeckt, nur die Nasenspitze schaut heraus. Sie ist allein im Raum. In der Kontrollzentrale nebenan schart sich das Team aus Ärzten, Assistenten und Physikern um ein Steuerpult. Dann – per Tastaturbefehl – beginnt die Bestrahlung: Ein Teilchenbeschleuniger bringt Kohlenstoffkerne auf zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit und feuert sie als wohldosierte Pulks in den Kopf der Patientin. Das Ziel: ein heimtückischer, nicht operabler Tumor an der Schädelbasis. Partikeltherapie heißt diese Hightech-Methode der Krebsbehandlung. Bislang wird sie in Europa nur an ein paar Forschungszentren angeboten – in Deutschland an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt sowie am Helmholtz-Zentrum Berlin, dem ehemaligen Hahn-Meitner-Institut. Doch nun entstehen überall im Land neue Anlagen: In diesem Winter will das Heidelberger Ionenstrahl-Zentrum (HIT) die ersten Patienten empfangen. In München könnte das fast fertiggestellte „Rinecker Proton Therapy Center” schon bald loslegen. Auch in Essen, Marburg, Köln und Kiel baut man an solchen Zentren – und investiert dafür dreistellige Millionensummen.

Der Grund für den Boom: Etliche Mediziner halten die Partikeltherapie für eine zukunftsträchtige Methode – wirksamer und zugleich schonender als die konventionelle Strahlentherapie mit Röntgenlicht. Das Prinzip: Ein Beschleuniger bringt geladene Teilchen auf Trab. Meist sind es Wasserstoffkerne (Protonen), manchmal aber auch Kohlenstoffkerne. Mithilfe von Magnetlinsen lassen sich die Kerne zu kleinen Pulks bündeln und präzise lenken. „Dann dringen die Teilchen tief in das Gewebe ein und verlieren den Großteil ihrer Energie an einem bestimmten Punkt”, erläutert HIT-Projektleiter Klaus Staab. „Man kann sich das wie eine kleine Explosion vorstellen.” Zur Explosion kommt es, weil die Teilchen so langsam geworden sind, dass sie nicht mehr allein mit den Atomhüllen der Gewebemoleküle interagieren, sondern auch mit den Atomkernen. Mit diesem Prinzip wollen die Experten dem Ziel einer jeden Strahlentherapie näher kommen: größtmögliche Wirkung bei kleinstmöglicher Nebenwirkung. Eine maximale Strahlendosis soll das Ziel treffen – den Tumor –, und nur eine minimale Dosis soll das umliegende gesunde Gewebe belasten. „Mit Teilchen können Sie die Bestrahlung sehr präzise an den Tumor anpassen”, nennt Marc Münter vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg den Vorteil dieser Therapieform. „Mit Röntgenstrahlung geht das nicht, auch wenn sie sich heute mit modernen Blendensystemen viel gezielter bündeln lässt als früher.”

HEILUNG DURCH ZERSTÖRUNGSKRAFT

Erste Versuche mit den heilenden Teilchen unternahmen US-Forscher bereits in den Fünfzigerjahren – damals mit der Protonentherapie, also mit Wasserstoffkernen. Später versuchten es Experten auch mit schwereren Teilchen wie Kohlenstoffkernen. Diese „Ionenstrahltherapie” wurde seit 1997 vor allem an der GSI in Darmstadt entwickelt – eigentlich ein Ort für Grundlagenforscher. Das Plus der Kohlenstoffkerne: Sie sind zwölfmal schwerer als Protonen, haben demzufolge eine höhere Flugenergie und dringen deshalb auch tiefer in den Körper ein. Außerdem sind sie biologisch wirksamer: Im Tumorgewebe entfalten sie eine noch destruktivere Kraft als Wasserstoffkerne.

Der Haken: Der apparative Aufwand für die Ionenstrahltherapie ist beträchtlich. Das zeigt ein Besuch an der GSI. Der provisorisch anmutende Behandlungstrakt liegt zwar in ein paar schlichten Baracken, doch nebenan steht einer der leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger Deutschlands. Radiowellen, so stark wie bei einem Sendemast, katapultieren die Kohlenstoffkerne davon. Sie fliegen in einer armdicken Röhre, die Spezialpumpen auf Weltraum-Vakuum gebracht haben. Wuchtige, aber äußerst präzise Magneten halten die Partikel auf der vorgesehenen Bahn und lenken sie in den Behandlungsraum.

MASKE MIT FADENKREUZ

Der Raum steckt zum Strahlenschutz hinter meterdicken Betonmauern. Der Patient ruht auf einer Liege. Sein Gesicht wird von einer extrem eng anliegenden, individuell angefertigten Maske bedeckt. Auf der Maske ist eine Art Fadenkreuz aufgezeichnet. Es fungiert als Anhaltspunkt für einen Laser, mit dessen Hilfe der Kopf auf einen Millimeter genau fixiert werden kann. „Das Anpassen der Maske war schrecklich. Als würde man den Kopf in einen viel zu kleinen Motorradhelm zwängen!”, berichtet Thea Britz, Patientin aus dem hessischen Groß-Umstadt. „Mein erster Gedanke war, die Therapie abzubrechen. Doch nach einiger Zeit habe ich mich daran gewöhnt.” Diffuser Schwindel, quälender Kopfschmerz und Sehschwierigkeiten hatten sie jahrelang heimgesucht. Dann, im Sommer 2007, kam die Diagnose: ein gefährlicher Weichteiltumor (Chordom) an der Schädelbasis. Kurz darauf entfernten die Chirurgen den Teil des Geschwürs, der operabel war. „Nun arbeite ich wieder, und es geht mir recht gut” , sagt Britz.

Um den Rest des Tumors in Schach zu halten, entschied sie sich für die Ionenstrahltherapie in Darmstadt. 20 Bestrahlungen muss sie über sich ergehen lassen – jeden Tag eine. Jede dieser Sitzungen dauert im Schnitt eine knappe halbe Stunde, wobei die eigentliche Bestrahlung nur ein bis zwei Minuten währt. Den Rest der Zeit benötigt die genaue Einstellung des Strahls und der Geräte. „Bis auf ein großes Schlafbedürfnis in den ersten Tagen und eine gereizte Rachenschleimhaut spüre ich keine Nebenwirkungen”, sagt Thea Britz. „Ich erhoffe mir von der Therapie, dass der Tumor nicht mehr weiter wächst. Und ich bin optimistisch, denn die Erfolgsrate spricht dafür.” In der Tat: Seit 1997 hat die GSI in Zusammenarbeit mit dem DFKZ und der Universitätsklinik Heidelberg rund 400 Patienten mit seltenen Tumoren wie Chordomen, Chondrosarkomen (Knorpelkrebs) und adenoidzystischen Karzinomen (Speicheldrüsenkrebs) behandelt. „Je nach Krebsart konnte bei 75 bis 90 Prozent der Patienten das Tumorwachstum gestoppt werden”, sagt Marc Münter, „zumindest für den Beobachtungszeitraum von fünf bis zehn Jahren.” Aussagen über den Langzeiterfolg der Therapie sind allerdings noch nicht möglich, da die ersten Patienten erst 1997 behandelt wurden.

ROBOTER MIT MARTIALISCHEM LOOK

Doch die Anlage an der GSI hat bald ausgedient. Abgelöst wird sie durch das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT. Schon die großzügige Eingangshalle macht dem Besucher klar: HIT ist keine provisorische Forschungsbaracke, sondern eine hochmoderne Klinikeinrichtung. Was an der GSI noch zeitraubend per Hand erledigt werden musste, läuft in den drei Behandlungsräumen von HIT zum großen Teil automatisch. So steckt unter der Liege ein Bodenroboter, der den Patienten millimetergenau in die korrekte Position dreht, neigt und kippt. Der Röntgenroboter an der Decke senkt sich auf Befehl herab und schwenkt um den Patienten herum, um ihn aus verschiedenen Blickwinkeln zu durchleuchten. „Diese Roboter sehen auf den ersten Blick martialisch aus. Aber das Umfeld ist freundlich”, sagt Andreas Peters, leitender Beschleunigerphysiker am HIT – und deutet auf die Wände, die mit hellem Holz verkleidet sind.

Technisches Highlight ist die Gantry – eine übermannsgroße Trommelröhre, die um die Patientenliege rotieren kann. Mit ihrer Hilfe kann man die Patienten aus allen möglichen Winkeln bestrahlen und dadurch Tumore erreichen, die für eine Therapie sonst sehr ungünstig liegen, etwa nahe am Rückenmark. Doch der technische Aufwand ist enorm. Peters öffnet die Tür neben der Trommel und betritt einen Raum von den Ausmaßen einer kleinen Turnhalle, den der Patient nicht zu sehen bekommt. Darin steht ein Ungetüm aus dunkelblau lackiertem Stahl – ein Konglomerat aus mannsdicken Streben und wuchtigen Magnetklötzen, drei Stockwerke hoch und 600 Tonnen schwer. 450 Tonnen davon sind wie ein Karussell um 360 Grad drehbar, nur so lässt sich der Kohlenstoff-Strahl in die gewünschte Richtung lenken. Obwohl große Massen bewegt werden, soll der Teilchenstrahl den Patienten auf einen halben Millimeter genau treffen. „Ein ehrgeiziges Ziel” , gibt Peters zu. „Das Ding ist ein weltweit einzigartiger Prototyp, und wir müssen erst mal lernen, wie man damit umgeht.”

SCHÜSSE AUF BEWEGLICHE ZIELE

Im Dezember sind die ersten Bestrahlungen in der neuen Heidelberger Anlage geplant. Künftig sollen pro Jahr 1300 Patienten behandelt werden – nicht nur aus Deutschland, sondern aus ganz Europa und sogar aus den USA. „HIT ist die erste Anlage auf der Welt, mit der Protonen- und Kohlenstoffbehandlungen möglich sind”, sagt Projektleiter Klaus Staab. Zukünftig wollen die Heidelberger auch mit weiteren Atomkernsorten experimentieren, insbesondere mit denen von Helium und Sauerstoff. Das Kalkül: Ein Sauerstoffkern ist um ein Drittel schwerer als ein Kohlenstoffkern und könnte dadurch das Tumorgewebe noch effektiver schädigen. Außerdem planen die Forscher Experimente, bei denen sie Geschwülste in Herz und Lunge anpeilen – beides Organe, die sich bewegen. Zwei Strategien sind möglich: Entweder muss der Strahl der Bewegung des schlagenden Herzen präzise nachgeführt werden. Oder man schaltet ihn immer nur dann für einen Sekundenbruchteil ein, wenn der Tumor gerade durchs Visier fährt.

Am Europäischen Teilchenforschungszentrum CERN in Genf tüfteln die Experten schon an einer noch effektiveren Variante der Partikeltherapie. Sie wollen den Tumor nicht mit Protonen beschießen, sondern mit Antiprotonen – Wasserstoffkernen, die aus Antimaterie bestehen. Trifft ein solches Antiteilchen auf ein normales Materieteilchen, vernichten sich beide vollständig und zerstrahlen zu purer Energie. Der Physiker spricht vom Prozess der Annihilation. „Wir hoffen damit jene schweren Erkrankungen behandeln zu können, die selbst mit Protonen oder Kohlenstoff nicht mehr zu therapieren sind”, sagt der ehemalige CERN-Physiker Michael Holzscheiter, der heute in den USA lehrt, an der University of New Mexico in Santa Fe. „Aber bis wir die ersten Patienten mit Antiprotonen bestrahlen können, dürften noch zehn Jahre vergehen.”

KEIN PATENTREZEPT FÜR ALLE FÄLLE

Routinemäßig wird die Partikeltherapie derzeit nur zur Behandlung weniger und zudem seltener Tumorarten eingesetzt. Die gesetzlichen Krankenkassen übernehmen bloß bei drei Indikationen die Behandlungskosten: bei Chordomen und Chondrosarkomen an der Schädelbasis, bei Gefäßfehlbildungen im Gehirn sowie bei besonders schweren Fällen von Darmkrebs. Ab 2009 sollen weitere Indikationen dazukommen: Leberzell-, Lungen- und Speiseröhren-Karzinome, spezielle Augentumore sowie bestimmte Tumore im Kindesalter – allesamt seltene Erkrankungen. Zudem ist die Behandlung von bestimmten Voraussetzungen abhängig, insbesondere vom Stadium der Krebserkrankung sowie von der Größe und Lage des Tumors. Aber die Therapie mit den schnellen Teilchen hat ohnedies ihre Grenzen: Bei Tumoren, die nicht sauber gegenüber dem gesunden Gewebe abgegrenzt sind, dürfte sie alleine nicht ausreichen. Man muss sie mit einer Chemotherapie kombinieren oder aber auf Röntgenlicht ausweichen. Und: „Bei bösartigen Gehirntumoren können auch wir keine Wunder bewirken”, sagt Münter.

Ein weiterer Nachteil: Das Verfahren ist teuer. Eine konventionelle Röntgentherapie kostet rund 3000 Euro, eine Partikeltherapie etwa 20 000 Euro. Der Grund liegt in den enormen Investitionen: Der Bau einer Anlage kostet zwischen 100 und 180 Millionen Euro. Doch gerade die privat finanzierten Zentren wie das Rinecker Proton Therapy Center in München sind letztlich darauf angelegt, Profite zu erwirtschaften. „In diesen Anlagen will man vermutlich künftig möglichst viele Krebsarten mit Protonen behandeln”, schätzt Marc Münter. „Aber davon sind wir noch weit entfernt. Vorher müssen wir diese Methode in weiteren klinischen Studien etablieren.” ■

FRANK GROTELÜSCHEN ist Physiker und Wissenschaftsjournalist in Hamburg. Er ist beeindruckt vom Engagement der Forscher für die Patienten.

von Frank Grotelüschen