Protonentherapie: Geringere Nebenwirkungen durch gezielte Bestrahlung
In der Behandlung von Tumoren und bei anderen radiologischen Diagnosen wird schon lange auf die Strahlentherapie gesetzt. Dabei werden Photonen benutzt, um die Tumorzellen zu beschießen und deren Teilungsfähigkeit zu unterbinden. Allerdings stößt diese Form der Behandlung bei tiefen und von gesundem Gewebe umgebenen Tumoren an Grenzen. Hier kommt die Protonentherapie ins Spiel. Als Partikeltherapie erlaubt sie den Einsatz der Strahlentherapie auch in sensiblen Körperregionen.
Im Vergleich zur herkömmlichen Strahlentherapie bietet die Protonentherapie verschiedene Vorteile. Sie kann sehr präzise angewendet werden, da sich der Protonenstrahl genau fokussieren lässt. Wird weniger gesundes Gewebe belastet, verringern sich auch die Nebenwirkungen. In diesem Artikel erfahren Sie alles Wichtige über die Wirksamkeit, klinische Anwendung und Nebenwirkungen der Protonentherapie.
Physikalische Grundlagen der Protonentherapie
Die Protonentherapie macht sich die besonderen Eigenschaften der in Atomkernen vorhandenen Protonen zunutze. Hierbei handelt es sich um positiv geladene Teilchen mit einer im Vergleich zu Elektronen großen Masse. Beim Durchgang durch Materie treten Wechselwirkungen auf: Protonen stoßen Elektronen aus den Atomen und es kommt zu Ionisationseffekten, die mit einem Energietransfer verbunden sind.
Der Energietransfer beschreibt die Energie, die von Protonen auf ihrer Wegstrecke abgegeben wird. Eine besondere Eigenschaft der Protonen ist für die Wirkungsweise der Protonentherapie wichtig: Der sogenannte “Bragg-Peak”. Protonen geben die meiste Energie am Ende ihrer Reichweite ab. Dies bedeutet, dass sie wenig Energie auf dem Weg zum Tumor und viel Energie direkt im Tumor abgeben.
Dabei handelt es sich um ein Muster, das allerdings nicht einfach zufällig auftritt. In der Protonentherapie wird der Bragg-Peak so gesteuert, dass er genau im Tumor liegt. Dafür ist eine Anpassung der Energie des Protonenstrahls nötig, was über variable Magnetfelder in den Teilchenbeschleunigern erreicht wird. Die Protonentherapie nutzt Zyklotronen oder Synchrotronen, um Protonen zu beschleunigen.
Technologische Aspekte der Protonentherapie
Um ihre Wirkung zu erreichen, müssen Protonen beschleunigt und gezielt als Protonenstrahl in das Tumorgewebe gelenkt werden. Zudem ist es notwendig, die Energie so zu modulieren, dass der Bragg-Peak genau im Tumorgewebe auftritt. Daher setzt deren Anwendung komplizierte technische Lösungen voraus.
Um die Protonen zu beschleunigen, werden Zyklotronen oder Synchrotronen eingesetzt. Hier erreichen die Teilchen Energielevel zwischen 70 MeV (Megaelektronenvolt) und 250 MeV. Diese Beschleunigung ist Voraussetzung für das Eindringen der Teilchen in die gewünschte Tiefe. Je höher die Energie, desto tiefer können die Protonen eindringen.
Über Magnetfelder werden die Teilchen auf die gewünschte Energie beschleunigt. Anschließend lässt sich der Protonenstrahl präzise steuern, um gezielt das Tumorareal zu treffen. Als Strahlenführungsapparaturen kommen Kombinationen verschiedener Magnete zum Einsatz. Um mit der Protonentherapie gezielt und präzise zu arbeiten, setzt die Medizin auf bildgebende Verfahren in der Vorbereitung und Durchführung. MRT und CT liefern Informationen zur Lage, Form und Größe des Tumors. Damit ist auch eine Abgrenzung des gesunden Gewebes möglich.
Vorteile der Protonentherapie bei der Minimierung von Nebenwirkungen
Strahlentherapien haben Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Durchfall (bei Behandlungen im Bauchraum) oder Fieber und Appetitlosigkeit. Im Mund-, Hals- und Speiseröhrenbereich treten zudem Reizungen der Schleimhäute auf. Bei Anwendungen im Genitalbereich stellt sich die Frage nach der Realisierbarkeit des Kinderwunschs. Die Protonentherapie ist keine nebenwirkungsfreie Anwendung, kann die starken Nebenwirkungen aber reduzieren.
Ein Grund: Die Protonentherapie fokussiert den Strahl sehr stark. Mithilfe der Pencil-Beam-Scanning-Technik wird ein sehr dünner Protonenstrahl erzeugt, welcher die Energie stark bündelt und den Tumor Punkt für Punkt trifft. Damit lassen sich laterale (seitliche) Streuverluste der Strahlung in umliegendes, gesundes Gewebe deutlich reduzieren.
Mithilfe der gezielten Steuerung des Bragg-Peak ist eine scharfe Abgrenzung gegen gesundes Gewebe auch in der Tiefe möglich. Ein zweiter Aspekt ist die verringerte Strahlendosis vor und hinter dem Tumor, da das Dosismaximum immer im Bragg-Punkt liegt. Hautreizungen, Schleimhautentzündungen und Übelkeit treten als Nebenwirkungen weniger akut auf. Da deutlich weniger gesundes Gewebe in Mitleidenschaft gezogen wird, sind auch Spätfolgen wie Strahlenfibrosen oder sekundäre Krebserkrankungen weniger stark vorhanden.
Aufgrund dieser Vorteile bietet sich die Protonentherapie für Tumore an, die von kritischem Gewebe umgeben sind. Dazu zählt man hauptsächlich Krebserkrankungen im Kopfbereich, im Halsbereich und im Genitalbereich.
Klinische Anwendung und Wirksamkeit der Protonentherapie
Behandlungserfolge erreicht die Protonentherapie unter anderem bei:
- Hirntumoren wie Gliomen, Meningeomen oder Schädelbasistumoren
- Tumorerkrankungen im Kopf- und Halsbereich (Nasopharynx- oder Oropharynxkarzinome)
- Krebserkrankungen bei Kindern wie Medulloblastomen und Ependymomen
- Prostatakrebs
- Hepatozelluläres Karzinom (HCC)
- Tumore in der Nähe der Wirbelsäule
Im Hinblick auf die klinische Anwendung der Protonentherapie untermauern viele Studien, dass die Bestrahlung sehr gute Ergebnisse erzielen kann. Allerdings dürfen diese Ergebnisse nicht pauschal auf den individuellen Einzelfall übertragen werden.
Mehr über LifeLink
Finden Sie jetzt die
Praxis in Ihrer Nähe!
Wir sind überzeugt, dass die Medizin von morgen anders aussehen sollte. Wir sehen den Menschen im Mittelpunkt exzellenter Medizin.
Vergleich der Nebenwirkungen: Protonentherapie vs. traditionelle Strahlentherapie
Sowohl die Protonen- als auch die Photonentherapie gehören zur Strahlentherapie und haben teilweise ähnliche Nebenwirkungen. Aufgrund anderer physikalischer Prinzipien treten diese jedoch in unterschiedlicher Häufigkeit in Erscheinung:
- Schädigung des gesunden Gewebes: Da bei der Photonentherapie als herkömmliche Strahlentherapie die Energie über den ganzen Weg abgegeben wird, hat die Schädigung des gesunden Gewebes ein größeres Ausmaß. In der Protonentherapie wird die Dosis im Bragg-Peak gebündelt, was gesundes Gewebe schont.
- Akute Nebenwirkungen: Im Rahmen der Strahlentherapie treten Haut- und Schleimhautschäden, aber auch Müdigkeit und Übelkeit auf. Bei Behandlungen im Kopfbereich kann es auch zu Haarausfall kommen. Diese Nebenwirkungen sind auch bei einer Protonentherapie möglich, treten hier aber häufig weniger stark auf.
- Langzeitfolgen: Bei der Photonentherapie besteht durch Schäden am Gewebe das Risiko eines Funktionsverlustes bzw. von Einschränkungen betroffener Organe. Unter anderem kann es zu Fibrosen kommen, was wiederum Blutgefäße schädigt oder zu Herzklappenerkrankungen führen kann. Dieses Risiko wird bei der Protonentherapie reduziert. Da hier außerdem eine geringere Streustrahlung entsteht, wird auch das Risiko einer sekundären Krebserkrankung verringert.
Herausforderungen und Grenzen der Protonentherapie
Hinsichtlich der Anwendung bei Tumoren, die schwer zugänglich oder von wichtigem Gewebe umgeben sind, unterstreicht die Protonentherapie ihre Wirksamkeit. In der Praxis stößt die Behandlung allerdings an Grenzen. Für einige Tumorarten wird die Behandlung bisher nicht eingesetzt. Einschränkungen entstehen vor allem aufgrund der technischen Rahmenbedingungen.
Spezielle Teilchenbeschleuniger und umfangreiche Strahlenführungsapparaturen sind nur an wenigen Standorten verfügbar. Der Unterhalt solcher Zentren ist teuer – damit auch die Behandlung pro Patient. Für eine einzige Behandlung fallen fünfstellige Beträge an, was die Protonentherapie im Vergleich zur herkömmlichen Strahlentherapie sehr viel teurer macht.
Eine weitere Herausforderung ist die detaillierte Planung. Der Tumor muss mit bildgebenden Verfahren genau lokalisiert und eingemessen werden. Nach den Informationen, die beispielsweise ein MRT liefert, wird der Protonenstrahl eingestellt, um auch in der richtigen Tiefe und punktgenau zu wirken.
Außerdem braucht es einen hohen Ausbildungsstand beim technischen Personal, welches die Teilchenbeschleuniger und alle Geräte für die Fokussierung des Protonenstrahls wartet. Hieraus erklärt sich die starke Zentralisierung der Protonentherapie.
Zukunftsperspektiven der Protonentherapie
Bisher ist die Protonentherapie eine Behandlung, die auch aufgrund der verfügbaren Kapazitäten nur begrenzt zur Verfügung steht. Mit einer zunehmend breiter werdenden Basis an Studienergebnissen zu Behandlungen und Nebenwirkungen ergeben sich neue Einsatzfelder. Im Rahmen der Studien wird unter anderem untersucht, welche Tumorerkrankungen auf die Therapie sehr gut ansprechen. Ein zweiter wichtiger Punkt betrifft die technischen Rahmenbedingungen. Kompakte Beschleuniger, die effizient arbeiten, erhöhen auf lange Sicht die Verfügbarkeit der Protonentherapie für Patienten. Mit technischen Innovationen lässt sich in Zukunft vielleicht die Strahlendosis verringern, was Nebenwirkungen weiter verringert und den wiederholten Einsatz der Therapie erlaubt. Und noch eine Perspektive ist denkbar: Dass die Protonentherapie in neue Behandlungskonzepte eingebettet wird. Adjuvante Therapien im Rahmen einer multidisziplinären Krebsbehandlung verbessern den Behandlungserfolg und die Überlebenschancen von Patienten. So lassen sich die Potenziale einer Immuntherapie mit der Behandlung durch die Protonentherapie kombinieren.
