Die Strahlentherapie (engl., radiation therapy, RT) spielt heutzutage eine entscheidende Rolle bei der
Krebsbehandlung. Eine innovative Strategie in der RT die Strahlenschäden im Normalgewebe weiter zu verringern, ist die Reduktion der Strahlenexposition von Teilen des Gewebes. Diese Methode wird räumliche Fraktionierung genannt. Die Zielsetzung der räumlichen Fraktionierung ist die Erhöhung des therapeutischen Index der RT. Dies wird erreicht durch die Senkung des bestrahlten Volumens an Gewebe, was die Normalgewebetoleranz erhöht als auch das Tumorwachstum inhibiert. Im Moment stehen die Röntgen-Mikrostrahltherapie (engl., microbeam radiation therapy, MRT) und die Protonen-Minikanaltherapie (engl., proton minibeam radiation therapy, pMBRT) im Fokus der
strahlenbiologischen Forschung.
Aktuell wird MRT hauptsächlich an Synchrotronen durchgeführt, welche hohe Anforderungen an
Raum haben, kostenintensiv sind und weltweit nur gering verbreitet sind. Daher ist der Zugang für die
präklinische Erforschung von MRT und für eine zukünftige Krebspatientenbehandlung nur limitiert möglich. Um die Nachteile von Synchrotronen zu überwinden und die technische Anforderung von MRT von einer hohen Dosisrate und hohen Brillianz zu erfüllen, wurden in den letzten Jahren
mehrere kompakte Röntgenquellen entwickelt. Der Strahlengang an der Münchener kompakten Lichtquelle (engl., beamline at the Munich Compact Light Source, MuCLS) ist eine innovative kompakte Röntgenquelle, welche Röntgenstrahlen durch Compton Streuung erzeugt. Erste in vitro Daten zeigten, dass MRT an der MuCLS das Normalgewebe verstärkt schont, wohingegen in vivo
Daten derzeit noch nicht zur Verfügung stehen. In dieser Doktorarbeit wurde die technische Durchführbarkeit einer Tumorwachstumsinhibition in einem Mausohren-Tumormodel nach Bestrahlung von homogenem Feld oder MRT mit jeweils 3 Gy oder 5 Gy an der MuCLS untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigten deutlich, dass es technisch machbar ist, einen Maustumor mit MRT an der MuCLS zu bestrahlen. Das Tumorwachstum wurde nach homogener Bestrahlung und
MRT inhibiert. Damit führte diese Studie eine neue kompakte Röntgenquelle für MRT ein.
Bei der Verwendung von Protonen-Minikanälen zeigten mehrere Studien eine erhöhte Schonung des Normalgewebes. Deshalb könnte pMBRT für die Verabreichung von hohen Dosen pro Fraktion zur
Behandlung von strahlenresistenten Tumoren geeignet sein. Im zweiten Teil dieser Doktorarbeit wird die Frage beantwortet, welche Fraktionsgröße von dem Normalgewebe, der Haut, toleriert werden kann. Die maximal tolerierbare Dosis der Haut in einem Mausohren-Model wird anschließend für die hypofraktionierte pMBRT verwendet. Die Zielsetzung war zu untersuchen, ob die Positionsgenauigkeit jeder Fraktionen den Schweregrad von akuten und chronischen
Nebenwirkungen beeinflusst. In einer ersten Pilot Studie wurden Mausohren mit vier täglichen Röntgen-Fraktionsdosen von 0 Gy bis 30 Gy bestrahlt. Die akuten Nebenwirkungen (Ohrdicke, Rötung, Krustenbildung) über einen Zeitraum von 90 Tagen beobachtet. Am Tag 90 wurden die späten Nebenwirkungen (Kollagenablagerung, TGFβ1 Expression, chronische Entzündung, Hyperplasie, Haarfollikelverlust) untersucht. In einem zweiten Schritt wurden die Ohrdicke und die Menge an fibrotischen Gewebe in den Mausohren analysiert, welche mit vier täglichen Fraktionen von pMBRT in drei verschiedenen Fraktionierungsschemas bestrahlt wurden. Diese Schemas
unterscheiden sich sowohl in der Bestrahlungsgenauigkeit und der Dosismodulation.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Röntgen-Pilotstudie eine maximale Toleranzdosis von 30 Gy pro Fraktion ergab. Zudem zeigte sie, dass die Messung der Ohrdicke späte Nebenwirkungen vorhersagen kann, weil sowohl akute als auch späte Nebenwirkungen eine Dosisabhängigkeit im Mausohren-Model zeigten. Hypofraktionierte pMBRT lieferte den Beweis, dass sowohl die Bestrahlungsgenauigkeit als auch die Dosismodulation den Schweregrad von akuten und späten Nebenwirkungen beeinflusst. Obwohl ein genau verabreichtes Muster mit einer hohen Dosismodulation zu empfehlen ist, ist ein ungenau verabreichtes Muster von Protonen-Minikanälen mit hoher Dosismodulation einer genauen Bestrahlung mit niedriger Dosismodulation vorzuziehen.
Schlussfolgend zeigt diese Doktorarbeit, dass MRT und pMBRT eine völlig neuartige und vielversprechende Art der Strahlentherapie darstellen können.
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Die Strahlentherapie (engl., radiation therapy, RT) spielt heutzutage eine entscheidende Rolle bei der
Krebsbehandlung. Eine innovative Strategie in der RT die Strahlenschäden im Normalgewebe weiter zu verringern, ist die Reduktion der Strahlenexposition von Teilen des Gewebes. Diese Methode wird räumliche Fraktionierung genannt. Die Zielsetzung der räumlichen Fraktionierung ist die Erhöhung des therapeutischen Index der RT. Dies wird erreicht durch die Senkung des bestrahlten Volumens an Gewe...
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