Hoch-, mittel- und nieder-LET Ionenstrahlen zur Behandlung radioresistenter Tumoren: Einfluss von Strahlqualität, Tumordifferenzierung und hypoxischem Status auf die Strahlenreaktion

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Christin Glowa; Professor Dr. Christian Peter Karger
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319589509

Die Ionenstrahl-Therapie ist eine vielversprechende Möglichkeit zur Behandlung von Tumoren mit unzureichenden Heilungsraten nach Photonentherapie. Das Tiefenprofil (Bragg-Peak) von Ionen erlaubt eine Dosiseskalation im Tumor bei Einhaltung der Toleranzdosen des angrenzenden Normalgewebes. Darüber hinaus zeigen Ionen relativ zu Photonen eine erhöhte relative biologische Wirksamkeit (RBW), die von der Ionenart abhängt und mit dem linearen Energietransfer (LET) ansteigt. Der LET von Ionen kann als niedrig (Protonen), moderat (4He-Ionen) oder hoch (12C- oder 16O-Ionen) klassifiziert werden.Neben Protonen, sind in wenigen Zentren auch 4He-, 12C- oder 16O-Ionen als weitere Tumorbehandlungs-Strategie verfügbar. Im Vergleich zu Protonen weisen 4He-Ionen eine höhere physikalische Selektivität bei moderat erhöhter RBW auf. 12C- und 16O-Ionen erscheinen besonders attraktiv für die Behandlung hypoxischer Tumore, da für hoch-LET Bestrahlung ein kleinerer Sauerstoff-Verstärkungsfaktor (OER) erwartet wird. Die Entscheidung, welche Ionen für welche Tumorart am besten geeignet ist, kann mangels klinischer und biologischer Daten derzeit nicht getroffen werden. Insbesondere für 4He-Ionen mit ihrem moderaten LET ist nur wenig über das Behandlungspotenzial bei verschiedenen Tumorarten bekannt.Als direkte Fortsetzung des Vorgängerprojekts (DFG, GL 893/1-1, KA 2679/3-1) schlagen wir eine präklinische Studie zur Quantifizierung der Auswirkung der intrinsischen Hypoxie (gegeben durch das Tumor-Grading) und Rolle der akuten Hypoxie (induziert durch Abklemmen (clamping) der Tumor-versorgenden Arterie) auf die Tumorreaktion nach Bestrahlung mit den klinisch vorgesehenen Ionenstrahlen. Das Projekt umfasst Dosis-Wirkungskurven für drei verschiedenen Sublinien eines Prostata-Karzinoms in der Ratte nach Bestrahlung mit Protonen, 4He-, 12C- oder 16O-Ionen. Durch Bestimmung der Dosis bei 50% lokaler Tumorkontrollwahrscheinlichkeit (TCD50) nach 300 Tagen, werden die RBW (Photonen vs Ionen) und der OER (clamping vs non-clamping) für jede Ionenart und Tumorlinie berechnet. Zur Charakterisierung von Hypoxie- und Perfusionsstatus der Tumore werden 18F-MISO PET, fotoakustische Bildgebung und T1-gewichtete DCE-MRT Messungen eingesetzt und quantitativ ausgewertet. Ergänzend werden histologische Untersuchungen der Gefäßarchitektur (CD31, SMA), Hypoxie (Pimonidazole, CCI103F, CAIX), Perfusion (Hoechst 33342), Proliferation (BrdU) und der strahleninduzierten Immunantwort (Makrophagen, CD4+ und CD8+ T-Zellen sowie NK-Zellen) durchgeführt.Das Projekt stellt eine umfassende biologische Datenbasis bereit um die am Patienten verwendeten RBE-Modelle zu validieren und zu verbessern. Der Einsatz von Ionen über Protonen und 12C-ionen hinaus kann neue Behandlungsstrategen ermöglichen, um die Dosiskonformation bei Tumoren zu optimieren, den Einfluss von Tumorheterogenität und Strahlen¬resistenz zu minimieren und dadurch die klinischen Resultate bei reduzierten Nebenwirkungen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen