Damit, dass sich Tumore während der Bestrahlung nicht nur biologisch, sondern auch räumlich ändern, befasst sich das im März 2012 eröffnete Christian Doppler-Labor für Medizinische Strahlenforschung für die Radioonkologie an der Meduni Wien, wie dessen Leiter, Univ. Doz. DI Dietmar Georg, im Gespräch mit Elisabeth Gerstendorfer erklärt.
ÖÄZ: Was wird im neuen Christian Doppler-Labor für Medizinische Strahlenforschung untersucht?
Georg: Wir sind an der technologischen und auch konzeptionellen Verbesserung der Strahlentherapie interessiert. Die derzeitige Behandlungsstrategie sieht noch vor, einen Tumor homogen zu behandeln. Die sich ändernde Tumorbiologie und Morphologie während der Therapie werden bei der Bestrahlung nicht berücksichtigt. Ich bin aber davon überzeugt, dass das der nächste Quantensprung zur Therapieverbesserung sein wird. Wichtig dabei ist, die Information zur Tumorveränderung, die mittels funktioneller Bildgebung gewonnen werden kann, mit in die Therapie einzubeziehen. Die Ergebnisse wollen wir in die Therapieplanung und die Therapieadaptierung einfließen lassen.
Das heißt, es geht vor allem um die Änderungen der Tumorbiologie während der Bestrahlung?
Ja, das ist eines der Hauptthemen. Neben der biologischen Veränderung gibt es aber auch räumliche Veränderungen während der Therapie. Die einfachste Form ist etwa bei der Behandlung eines Lungentumor-Patienten, der während der Bestrahlung ja weiteratmen muss. Je nachdem wo der Tumor sitzt, kann er sich während der Atmung um mehrere Zentimeter bewegen. Ziel ist also, die Bestrahlung mit der Atembewegung zu korrelieren beziehungsweise zu synchronisieren. Derzeit wird ein größeres Gebiet bestrahlt, auch wenn sich der Tumor bewegt. Wenn man die Bestrahlung der Bewegung anpasst, kann man viel schonender und präziser behandeln.
Wie wollen Sie diese räumlichen Änderungen sichtbar machen?
Die Software für die Bildgebung im Rahmen der Strahlentherapie (Image Guided Radiotherapy, Anm.), an der wir arbeiten, funktioniert ähnlich wie bei einer ‚Playstation‘. Dort läuft die Software nicht mehr auf einer Central Processing Unit wie am Standard-Computer, sondern auf mächtigen Grafikkarten, um die Bilder in Echtzeit darzustellen. Diese Technologie machen wir uns zunutze und lassen unsere Softwareentwicklung auf Grafikkarten laufen, die mehrmals pro Sekunde Soll- und Ist-Lage eines Tumors oder eines Organs vergleichen. Basierend auf dieser Information kann man die Strahlanwendung entsprechend adaptieren oder steuern.
Sind neue Strahlungsarten ein weiterer Aspekt Ihrer Forschung?
In einigen Jahren werden in Wiener Neustadt bei MedAustron neue Strahlungsarten zur Verfügung stehen, allen voran Protonen und Kohlenstoff-Ionen. Aber es gibt auch andere Ionenarten wie Sauerstoff oder Helium, die für die klinische Anwendung interessant sind. Wir wissen aus bisherigen Ergebnissen, dass hypoxische, also mit Sauerstoff unterversorgte Bereiche, im Tumor strahlenresistenter sind. Das ist bekannt, man tut sich nur etwas schwer in der Darstellung. Wenn wir das mit funktioneller Bildgebung visualisieren, können wir den Tumor – je nachdem, welches Areal wir sehen – inhomogen behandeln und dann genau dort mehr Strahlung und zwar mit biologisch effizienteren Strahlenarten geben, wo wir wissen, dass der Tumor die Strahlung braucht.
Tumorareale werden also markiert, je nachdem wie viel Strahlung notwendig ist?
In unserem Konzept nennt sich das ‚dose painting‘. Der Begriff wurde aber nicht von mir geprägt. Das Prinzip kommt vom Kinderspiel ‚Malen nach Zahlen‘, wo unterschiedliche Bereiche eine Nummer haben und je nach Nummer eine unterschiedliche Farbe bekommen. Bei uns geht es darum, aus der funktionellen Bildgebung eine entsprechende Zahl herauszufinden und zwar die Strahlendosis, die für ein bestimmtes Subareal benötigt wird.
Lässt sich so auch der Therapieerfolg vorhersagen?
Es gibt gewisse Hypothesen, die besagen, dass man durch die Bildgebung und Parameter, die man daraus gewinnt, den prognostischen Wert der Therapie abschätzen kann. Wenn wir wissen, dass der Patient nicht so gut auf die Therapie anspricht, können wir mit Hilfe dieser Methoden die Therapie intensivieren. Bei der Strahlenempfindlichkeit gibt es wie in vielen Bereichen der Medizin eine gewisse Variation von Mensch zu Mensch. Genaueres gilt es noch herauszufinden. Aber Patienten, die gut auf die Therapie ansprechen und etwas weniger Dosis im Rahmen der Bestrahlung brauchen, könnte man dann auch eine weniger intensive Therapie geben.
Befassen Sie sich auch mit Nebenwirkungen?
Wir haben verschiedene Mausmodelle, um Änderungen im Tumor zu studieren,
aber auch um Änderungen im Normalgewebe nach erfolgter Therapie zu untersuchen. Wenn es uns gelingt, die Strahlentherapie durch die Technologie-Entwicklung räumlich präziser zu machen, bedingt das auch, dass wir weniger Normalgewebe mitbehandeln. Auf der anderen Seite gibt es auch im Normalgewebe unterschiedliche funktionelle Bereiche und da gibt es noch viel fehlendes Wissen, das wir mit Tierversuchen, aber auch durch bessere Bildnachbeobachtung gewinnen wollen. Das verbesserte Verständnis der Strahlenreaktionen können wir dann wieder in die Optimierung der Therapie einfließen lassen.
Mit welchen Tumorarten beschäftigen Sie sich?
Die Technologieentwicklung und die konzeptionelle Weiterentwicklung der Strahlentherapie, die wir betreiben, sind prinzipiell offen für jeden Tumor, den wir in der Strahlentherapie behandeln. Letztlich muss man sagen, dass das ganze Forschungsprojekt schon darauf aus ist, die Verbesserung in der Therapie klinisch zu validieren. Da können wir trotz Forschungsförderung und mit dem vorhandenen Personal nicht alles machen, weil auch die Nachsorge entsprechend komplex ist. Die klinische Validierung in Bezug auf diese biologisch und technologisch optimierte Strahlentherapie konzentriert sich auf das Prostatakarzinom, das Zervixkarzinom und verschiedenste HNO-Tumoren.
Christian Doppler-Labors umfassen immer auch Kooperationen von Wissenschaft und Unternehmen. Wie sieht dies bei Ihnen aus?
Wir arbeiten mit Gesamttechnologie-Providern in der Radioonkologie zusammen, um Geräte-seitig die Technologie zu verbessern, aber auch um kombinierte Hybridgeräte, das sind Bestrahlungsgeräte mit integrierter Bildgebung, weiter zu entwickeln. Einer unserer Kooperationspartner ist die Firma Elekta, einer der Global Player in der Radioonkologie, die Therapiebeschleuniger und unter anderem auch Bestrahlungs-Planungssysteme erzeugen, mit denen eine Therapie simuliert wird. Das heißt: Mit Hilfe der Patientendaten und mit entsprechenden Modellen, um die Strahlenwirkung im Gewebe zu simulieren, sieht man dann, wie viel Dosis auf den Tumor kommt und mit welchem Risiko Strahlung auf ein Organ in der Nähe geht. Im Bereich der funktionellen Bildgebung arbeiten wir mit Siemens und für die Weiterentwicklung der Therapie mit neuen Strahlenarten der Ionen mit MedAustron zusammen.
Ihr Labor ist bis 2018 eingerichtet. Wie lange wird es dauern, bis erste Ergebnisse umgesetzt werden können?
Ich hoffe natürlich, dass wir die vollen sieben Jahre Forschungsförderung bekommen, aber es gibt auch Zwischenevaluierungen unserer Aktivitäten. Die Umsetzung unserer Ergebnisse in die klinische Praxis wird für die verschiedensten Bereiche unterschiedlich lange dauern. Neue Behandlungskonzepte auf Basis der funktionellen Bildgebung kann man relativ rasch in die Klinik bringen. Aber ich denke, es ist schon wichtig, die neuen Behandlungskonzepte zuerst in Studien mit kleineren Patientenzahlen zu validieren. Für das ‚Malen nach Zahlen‘ haben wir jetzt mit unseren neuen hochpräzisen Bestrahlungsanlagen etliche ‚Pinsel‘ zur Verfügung und damit ist eigentlich die Technologie vorhanden, um das applizieren zu können.
© Österreichische Ärztezeitung Nr. 9 / 10.05.2012