Einleitung

Schwerionen sind die Strahlung, die durch die Beschleunigung geladener Kerne, die schwerer als Protonen sind, entsteht. Schwere Ionen erzeugen auf ihrem Weg eine Ionisierung, verursachen irreparable Cluster-DNA-Schäden und verändern die zelluläre Ultrastruktur. Der Erfolg einer Strahlentherapie wird durch die Toxizität im normalen Gewebe begrenzt. Röntgenstrahls werden von einer externen Quelle zugeführt und deponieren den größten Teil ihrer Energie stromaufwärts des Tumors im gesunden Gewebe. Die Energiedeposition erfolgt auch über den Tumor hinaus, was auch Auswirkungen auf das weitere gesunde Gewebe hat.

Im konventionellen Röntgen StrahlentherapieDie Strahlendosis nimmt ab, da die Eindringtiefe in den Körper zunimmt. Bei der Schwerionen-Strahlentherapie nimmt die Strahlendosis jedoch mit der Tiefe zu, um in einer begrenzten Tiefe des Körpers einen Peak (ein sogenannter Bragg-Peak) zu erzeugen, der eine selektive Bestrahlung von Krebserkrankungen ermöglicht.

Bei der Schwerionenstrahlentherapie wird häufig eine ausreichende Dosis auf die Läsion gerichtet, wobei die Höhe an deren Form und Position (Tiefe) angepasst wird. Um Ionenstrahlen präzise auf jede unregelmäßige Läsionsform zu übertragen, werden individuell spezialisierte Instrumente namens Kollimator und Kompensationsfilter verwendet.

Die Schwerionenbestrahlung ist individualisiert und ermöglicht es, die unnötige Dosis an kritischen Organen wie der Medulla spinalis, dem Hirnstamm und dem Darm zu verringern.

Das größte Hindernis für die Entwicklung von Schwerionentherapiezentren in den Vereinigten Staaten waren die hohen anfänglichen Kapitalkosten. Die Kosten eines hochmodernen Schwerionensystems mit einer Kapazität zur Behandlung von 1000 Krebspatienten pro Jahr sind zwar etwa doppelt so teuer wie ein Protonenzentrum ähnlicher Größe, aber immer noch geringer als die Kosten für die Entwicklung eines biologischen Wirkstoffs Chemotherapeutisch. Die hohen Kosten eines Schwerionentherapiesystems im Vergleich zu herkömmlichen Röntgenstrahlen sind auf die Komplexität des Verfahrens zurückzuführen, das erforderlich ist, um tief sitzende Tumore zu erreichen. Eine sofortige Aufgabe bestand darin, ein Schwerpartikeltherapie- und Forschungszentrum zu errichten, das vorhandene, bewährte und zuverlässige Technologie zur Behandlung von Patienten und zur Durchführung von Forschung nutzt.

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Kohlenstoffionentherapie

Schwere Ionen wie Kohlenstoff haben aufgrund ihrer vorteilhaften physikalischen und radiobiologischen Eigenschaften im Vergleich zur photonenbasierten Therapie großes Interesse geweckt. Unter den verschiedenen Arten von Ionenstrahlen werden insbesondere Kohlenstoffionenstrahlen für die Krebstherapie eingesetzt, da sie aufgrund ihrer intensiven abtötenden Wirkung auf Krebserkrankungen und der potenziellen Fähigkeit einer selektiven Bestrahlung als die ausgewogensten und idealsten Eigenschaften gelten. Ein ideales Schwerion sollte im Ausgangsgewebe (normales Gewebe) eine geringere Toxizität aufweisen und in der Zielregion (Tumor) wirksamer sein. Kohlenstoffionen wurden ausgewählt, da sie in dieser Richtung die einfachste Kombination darstellen.

In der Zielregion benötigen sie im Vergleich zu Röntgenstrahlen eine erhöhte relative biologische Wirksamkeit und eine verringerte Sauerstoffverstärkungsrate.

Die Kohlenstoffionen-Strahlentherapie wurde für jede Art von Krebs untersucht, einschließlich intrakranieller Krebserkrankungen, Kopf- und Halskrebs, primärem und metastasiertem Lungenkrebs, Magen-Darm-Krebs, Prostatakrebs und Urogenitalkrebs, Brustkrebs und bösartigen gynäkologischen Krebserkrankungen sowie Krebserkrankungen bei Kindern.

Kohlenstoff weist einen höheren LET (linearer Energietransfer) als Protonen und Photonen auf, was zu einer höheren RBE (relative biologische Wirksamkeit) führt, wobei der durch Kohlenstoffionen verursachte Schaden in der DNA gebündelt ist und die zellulären Reparatursysteme überfordert.

Kombination von Schwerionentherapie und Immuntherapie

Die Idee, dass metastasierende Erkrankungen mit einer Kombination aus Immuntherapie und Strahlentherapie (CIR) geheilt werden können, stellt ein mögliches Therapieschema dar. Sowohl experimentelle als auch klinische Beweise deuten darauf hin, dass die Partikeltherapie, eine Kohlenstoffionentherapie mit außergewöhnlich hohem linearem Energietransfer (LET), eine Verbesserung der Metastasierungsrate und eine Verringerung lokaler Rezidive zeigt. Die kombinierte Kohlenstoffionentherapie mit Immuntherapie zeigt im Vergleich zur alleinigen Immuntherapie eine erhöhte Antitumorimmunität und eine verringerte Anzahl von Metastasen

Kohlenstoffionen-Strahlentherapie bei Brustkrebs

Neue Strahlentherapietechniken minimieren die Exposition gegenüber normalem Gewebe, um akute und späte Nebenwirkungen der Behandlung zu reduzieren. Eine Strahlentherapie wird bei vielen lokal fortgeschrittenen Krebsarten üblicherweise nach einer Mastektomie durchgeführt und wird immer noch ausgelöst.

Die Reduzierung des Risikos einer sekundären Malignität ist ein wichtiges Ziel von Radioonkologen, da viele Patienten, die wegen Brustkrebs behandelt werden, eine jahrzehntelange Lebenserwartung haben. Frühere Studien haben ein Risiko von etwa 3.4 % für strahlenbedingte Sekundärmalignome nach einer Strahlentherapie nahegelegt.

Kohlenstoffionentherapie bei Lungenkrebs im Frühstadium

Die Kohlenstoffionentherapie zeigt in den meisten Fällen von Lungenkrebs im Frühstadium eine bessere Dosisverteilung im Vergleich zur Protonentherapie. Die Kohlenstoffionentherapie erwies sich als sicherer für die Behandlung von Patienten mit unerwünschten Erkrankungen wie großen Tumoren, zentralen Tumoren und schlechter Lungenfunktion. Die chirurgische Resektion mit Lobektomie ist die Standardbehandlung bei NSCLC (nichtkleinzelligem Lungenkrebs) im Frühstadium. Für Patienten, die für eine Operation nicht geeignet sind oder diese ablehnen, ist eine Strahlentherapie eine Option.

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Referenz:

1. Jin Y, Li J, Li J, Zhang N, Guo K, Zhang Q, Wang X, Yang K. Visualisierte Analyse der Schwerionenstrahlentherapie: Entwicklung, Hindernisse und zukünftige Richtungen. Front Oncol. 2021. Juli 9: 11:634913. doi: 10.3389 / fonc.2021.634913. PMID: 34307120; PMC-ID: PMC8300564.