Tumortherapie mit Mikrostrahlen an kompakter Strahlenquelle

• Antragsteller: Dr. Stefan Bartzsch
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416790481

Die Mikrostrahltherapie (MRT) ist ein innovativer und fundamental neuer Ansatz in der Radioonkologie, die Synchrotronstrahlung hoher Intensität verwendet. Statt den Tumor mit homogenen Tumor-konformen Dosen zu behandeln, formt ein Kollimator aus einem homogenen Strahlenfeld mikrometerbreite Hochdosisbereiche (Peaks) die von einigen hundert Mikrometer breite Niedrigdosisbereichen separiert werden. Strahlendosen im Peak betragen einige hunderd Gray, während die Dosen im Niedrigdosisbereich unterhalb der Gewebetoleranz bleiben. Eine Vielzahl präklinischer Studien konnte zeigen, dass MRT zu einer ähnlich hohen Tumorkontrolle führt wie konventionelle Strahlentherapie, aber Nebenwirkungen in normalem Gewebe drastisch reduziert sind. Im Gegensatz zur konventionellen Strahlentherapie führen bei MRT spezifische biologische Gewebeunterschiede in der Umgebung von Tumor- und Normalgewebezellen zu einer differenzierten Wirkung. Aus diesem Grund verspricht MRT große Fortschritte in der Behandlung von Tumoren in sensitiven Geweben, wie Gehirn und Lunge. Die Komplexität der neuartigen Behandlungsstrategie hat bisher allerdings eine klinische Anwendung verhindert. Die größten Herausforderungen sind die Abhängigkeit von großen Synchrotronstrahlenquellen und das fehlende Verständnis der radiobiologischen Grundlagen. In diesem Projekt werde ich eine kompakte Mikrostrahlenquelle bauen, die MRT in einem gewöhnlichen Krankenhaus ermöglichen wird. Diese Strahlenquelle wird auf dem Konzept der Linienfokusröntgenröhre (LFxT) basieren, einem Patent, das ich in der Vergangenheit entwickelt habe. Mit Hilfe dieses Konzeptes können Strahlfeldeigenschaften erreicht werden, die den Anforderungen einer klinischen MRT Anwendung genügen. Aber auch für andere medizinische Entwicklungen, wie die Röntgen-Phasenkontrastbildgebung kann die LFxT als mögliche Strahlenquelle dienen. Ich werde die Linienfokusröntgenröhre für fokussierte biomedizinische Forschung in-vitro und in-vivo verwenden um die der Mikrostrahltherapie zugrundeliegenden Mechanismen aufzuklären. Zudem werde ich Toxizitäten und Immunreaktionen, die MRT auslöst untersuchen. Dazu dienen syngene Tumormodelle in immunkompetenten Mäusen. Darüber hinaus werde ich morphologische Unterschiede in der Vaskulatur und Bystander Signale nach MRT Behandlung analysieren. Am Ende meines Projektes, wird der vielversprechende Therapieansatz der Mikrostrahlen für erste klinische Versuche in einer konventionellen Krankenhausumgebung bereitstehen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: High-Voltage generator ; Motor + coupling system at high speeds ; Shielding, safety cabinet ; Vacuum system
• Gerätegruppe: 2600 Elektromotoren ; 2680 Spezielle Geräte für Hochspannungs- und Hochstromlaboratorien ; 3280 Strahlenschutzeinrichtungen für Röntgen- und Beschleunigeranlagen der Medizin (außer 032) ; 8300 Labor-Vakuumeinrichtung