Steigerung der Wirksamkeit der Protonentherapie

1 Dezember 2021

Prof. Judith Reindl, Professorin für biomedizinische Strahlenphysik, hat bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Bereich internationale Kooperationen, das Projekt "Nano-scale investigation of the underlying radiobiological mechanisms for protontherapy effectiveness enhancement by the Proton-Boron fusion nuclear reaction /PBCTnano" erfolgreich eingeworben.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. - DFG-internationale Kooperationen
Laufzeit: 01.12.2021 bis 30.11.2022

Krebs ist eine weltweite Volkskrankheit. Strahlentherapie nutzt den zellschädigenden Effekt von Strahlung aus, um Tumorzellen zu töten. Ein Nachteil ist, dass alles umliegende Gewebe, welches Strahlung ausgesetzt ist, geschädigt wird, was zu Nebenwirkungen wie Entzündungen oder der Induktion von Sekundärtumoren führen kann. Deshalb ist es eine große Aufgabe der Forschung Methoden zu entwickeln, welche die Nebenwirkungen senken und gleichzeitig die Tumorabtötung mindestens beibehalten. Ein wichtiger Schritt dazu ist die Verwendung von Teilchen- anstelle von Photonenstrahlung, da durch die einzigartige Dosisverteilung der Teilchen, das Gewebe hinter dem Tumor nicht bestrahlt wird. Aktuelle Forschung widmet sich nun der Frage wie die Gefährdung des Gewebes vor dem Tumor vermindert werden kann. Eine Methode dabei ist die Proton-Bor Einfang Therapie (PBCT), bei der ein borhaltiges Medikament in den Tumor induziert wird. Wenn Protonen auf ein Bor Atom treffen wird eine Fusionsreaktion ausgelöst, bei der 3 alpha-Teilchen entstehen, welche einen hohen linearen Energietransfer (LET) und eine kurze Reichweite von ~20µm haben. Der LET definiert die Komplexität der in den Zellen induzierten Schäden und ein höherer LET steigert die Effektivität von Strahlung Zellen zu schädigen, bzw. abzutöten. Die Idee der PBCT ist nun, dass niedrig-LET Protonen im Tumor zu hoch-LET alpha-Teilchen umgewandelt werden, um so die Effektivität der Strahlung nur im Tumorvolumen zu erhöhen. Obwohl erste prinzipielle Experimente vielversprechende Ergebnisse geliefert haben sind viele grundlegende Fragen noch ungeklärt. Die wichtigste ist, wie sich die Transformation der Protonen in alpha-Teilchen in DNA Schaden im biologischen Experiment überträgt. Diese Frage kann nur mit modernster höchstauflösender Mikroskopie beantwortet werden. Eine Methode ist die Markierung des DNA Doppelstrangbruch Reparaturmarkers pDNA-PKcs, welcher in kleinen (~140nm) Foci um den induzierten Schaden akkumuliert. Diese Foci können mittels Immunofluoreszenz angefärbt und mit höchstauflösender STED Mikroskopie detektiert werden. Damit ist es möglich zwischen Schäden induziert von Strahlung mit unterschiedlichem LET zu unterscheiden und mehr noch den LET zu bestimmen und damit die übertragene Dosis zu berechnen. In dieser Studie wird die Machbarkeit geprüft, den Foci Assay aus der Gruppe von Judith Reindl, mit der PBCT, aus der Gruppe von Lorenzo Manti, zu kombinieren. Außerdem wird die Möglichkeit zur Etablierung eines vielversprechenden Forschungsprojektes evaluiert. Dafür müssen gegenseitige Besuche der Partnerorganisationen und der Einrichtung, in der die PBCT Experimente durchgeführt werden, erfolgen um die Partner für Anforderungen und Probleme zu sensibilisieren. Des Weiteren müssen die strahlenbiologischen Protokolle übertagen und in den Partnerlaboren etabliert werden.

^{Bild: © gettyimages/Dr_Microbe}