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TP6 Präklinische Studien zur Wirkung von Schwerionen auf Normalgewebe und hypoxische Tumoren

Protonen und Schwerionen zeigen ein gegenüber Photonen invertiertes Tiefendosis-Profil (Bragg-Peak), welches ideal für eine konforme Bestrahlung kritisch gelegener Tumore geeignet ist. Im Gegensatz zu Protonen weisen Schwerionen am distalen Ende ihrer Reichweite (Peak-Bereich) eine biologische Wirkung auf, die höher ist als im Eintrittskanal (Plateau-Bereich). Grund hierfür ist der mit der Tiefe stark ansteigende lineare Energietransfer (LET) von schweren Ionen. Aufgrund dieser Eigenschaft können Schwerionen prinzipiell dazu verwendet werden, die biologisch wirksame Dosis im Tumor relativ zum Normalgewebe (α/β) zu erhöhen. Die erhöhte biologische Wirkung einer Schwerionenbestrahlung wird durch die relative biologische Wirksamkeit (RBW) beschrieben, welche als das Verhältnis einer Photonen-Dosis und einer iso-effektiven Schwerionen-Dosis definiert ist. Ein klinischer Vorteil der Schwerionentherapie ist dann gegeben, wenn die RBW im Tumor größer als im umliegenden Normalgewebe ist.

Die RBW ist eine äußerst komplexe Größe und hängt von Ionensorte, LET, Dosis, Gewebeart und betrachtetem biologischen Endpunkt ab. Da die Bestrahlungsplanung für Schwerionen anhand der biologisch effektiven Dosis (= RBW x physikalische Dosis, Einheit (GyE) erfolgt, muss für die klinische Anwendung von Schwerionen der RBW an jedem Punkt
im Patienten mit Hilfe von mathematischen Modellen berechnet werden. Für das an der GSI
entwickelte Rasterscanverfahren erfolgt die Berechnung der RBW mit dem Local Effect Modell (LEM). Für passive Bestrahlungstechniken, wie sie in Japan angewendet werden, existieren analoge RBE-Modelle.

Ziel des vorliegenden Projekts ist die systematische und quantitative Untersuchung der Reaktion von Normalgewebe und Tumoren auf eine Bestrahlung mit Schwerionen. Dabei wollen wir folgende Fragen beantworten:

  • Wie genau ist das in der Bestrahlungsplanung verwendete RBW-Modell?
  • Existiert für Schwerionenbestrahlungen ein klinisch nutzbarer differentieller Effekt zwischen Tumor- und Normalgewebe?
  • Kann man mit Schwerionenbestrahlungen die Resistenz hypoxischer Tumore überwinden?
  • Was sind die zugrunde liegenden Mechanismen einer hoch-LET- im Vergleich zu einer Photonen-Bestrahlung?


Ausgewählte Literatur

Saager M, Glowa C, Peschke P, Brons S, Grün R, Scholz M, Huber PE, Debus J, Karger CP. Split dose carbon ion irradiation of the rat spinal cord: Dependence of the relative biological effectiveness on dose and linear energy transfer. Radiother Oncol. 2015 Jul 18

Saager M, Glowa C, Peschke P, Brons S, Scholz M, Huber PE, Debus J, Karger CP. Carbon ion irradiation of the rat spinal cord: dependence of the relative biological effectiveness on linear energy transfer. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2014 Sep 1;90(1):63-70

Karger CP, Scholz M, Huber PE, Debus J, Peschke P. Photon and carbon ion irradiation of a rat prostate carcinoma: does a higher fraction number increase the metastatic rate? Radiat Res. 2014 Jun;181(6):623-8

Karger CP, Peschke P, Scholz M, Huber PE, Debus J. Relative biological effectiveness of carbon ions in a rat prostate carcinoma in vivo: comparison of 1, 2, and 6 fractions. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2013 Jul 1;86(3):450-5

Peschke P, Karger CP, Scholz M, Debus J, Huber PE. Relative biological effectiveness of carbon ions for local tumor control of a radioresistant prostate carcinoma in the rat. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2011 Jan 1;79(1):239-46

Schlampp I, Karger CP, Jäkel O, Scholz M, Didinger B, Nikoghosyan A, Hoess A, Krämer M, Edler L, Debus J, Schulz-Ertner D. Temporal lobe reactions after radiotherapy with carbon ions: incidence and estimation of the relative biological effectiveness by the local effect model. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2011 Jul 1;80(3):815-23


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